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        關(guān)于山東省地?zé)嵛菜毓嘣囼?yàn)的應(yīng)用研究

        2019-06-18 07:07:52崔圓圓
        山東國(guó)土資源 2019年7期
        關(guān)鍵詞:同層成井館陶

        崔圓圓

        (山東地礦新能源有限公司,山東 濟(jì)南 250013)

        0 引言

        黨的“十八大”報(bào)告提出“推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”、“建設(shè)美麗中國(guó)”。闡釋了推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),大力發(fā)展可再生能源的重要性和必要性。山東省地?zé)豳Y源豐富,合理開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮軐?duì)建設(shè)生態(tài)山東具有重要意義,是構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)、保障能源安全、改善山東省現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的重要措施。

        近年來(lái),隨著地?zé)豳Y源的持續(xù)開(kāi)采,地?zé)崴淹耆パa(bǔ)采平衡,導(dǎo)致了地?zé)崴怀掷m(xù)下降,形成降落漏斗。地?zé)豳Y源的不合理使用和熱流體的隨意排放造成了資源浪費(fèi),引起了較為嚴(yán)重的熱污染和化學(xué)污染問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題,山東省陸續(xù)開(kāi)展了多次地?zé)嵛菜幕毓嘣囼?yàn)工作,效果較為顯著。

        1 國(guó)外地?zé)峄毓嘌芯楷F(xiàn)狀

        1969年美國(guó)加州Geysers地?zé)崽锝议_(kāi)了地?zé)峄毓嘈蚰?,開(kāi)展了世界上第一個(gè)地?zé)峄毓囗?xiàng)目,以避免熱流體在地表排放而引起的熱污染和化學(xué)污染,克服熱儲(chǔ)壓力的降低,維持地?zé)崽锏纳a(chǎn)能力。但是,無(wú)法完全克服熱儲(chǔ)壓力的降低;1980年開(kāi)始使用地表水進(jìn)行回灌;1997年開(kāi)始回灌經(jīng)處理后的污水和湖水的試驗(yàn)。通過(guò)回灌實(shí)現(xiàn)了Geysers地?zé)崽锏目沙掷m(xù)生產(chǎn)[1-2]。

        法國(guó)巴黎盆地中、低溫地?zé)崽锏責(zé)峄毓嘈Ч^好。法國(guó)是中低溫、盆地型地?zé)峄毓嘧顬橥怀龅拇怼?969年在侏羅道格統(tǒng)灰?guī)r建立了世界上第一個(gè)“對(duì)井”系統(tǒng),并于1995年開(kāi)始嘗試“二采一灌三井”系統(tǒng),目前共有61個(gè)地?zé)峁┡到y(tǒng)在運(yùn)行,地?zé)峁┡艏s20萬(wàn)套。砂巖回灌試驗(yàn),衰減很快,對(duì)回灌井要定期進(jìn)行維護(hù);需加壓運(yùn)行,電能消耗大。要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定回灌,還需對(duì)技術(shù)、工藝進(jìn)行研究,并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的最大化[3-4]。

        20世紀(jì)末,地?zé)峤鐚?duì)砂巖熱儲(chǔ)層地?zé)崴幕毓噙M(jìn)行過(guò)深入細(xì)致的研究。德國(guó)通過(guò)對(duì)孔隙型儲(chǔ)層宏觀(分布、垂向結(jié)構(gòu)變化)、微觀(孔隙度,孔徑、顆粒排列)等特征進(jìn)行研究,對(duì)流體的化學(xué)組成、懸浮物、流體中所含氣體、井口流體的溫度、回灌溫度等進(jìn)行測(cè)試。在砂巖熱儲(chǔ)層地?zé)崴拈_(kāi)采與回灌方面取得值得借鑒的豐富經(jīng)驗(yàn),代表性項(xiàng)目有Waren、新魯賓市、Klaipeda等,回灌效果較好,回灌量多在50m3/h左右,最大的為150m3/h。

        現(xiàn)在,回灌技術(shù)在新西蘭、冰島、意大利、日本等國(guó)得到不同程度的應(yīng)用。但從地?zé)峄毓嗟膹V泛推廣和長(zhǎng)期應(yīng)用看,還面臨很多已有和未知問(wèn)題待研究解決。

        2 國(guó)內(nèi)地?zé)峄毓嘌芯楷F(xiàn)狀

        2.1 北京市地?zé)峄毓嘌芯?/h3>

        我國(guó)最早的地?zé)峄毓嗍?982年初在北京城區(qū)地?zé)崽飽|南部進(jìn)行的回灌試驗(yàn)?;毓鄽v史可分為3個(gè)階段:

        1974-1983年:試驗(yàn)研究階段,關(guān)注點(diǎn)是回灌后多長(zhǎng)時(shí)間冷水被加熱。

        2001-2002年:示范工程建設(shè)階段,結(jié)論回灌技術(shù)可行。

        2003年至現(xiàn)在:回灌推廣應(yīng)用階段,回灌發(fā)展迅速。以小湯山為例,2004年回灌井?dāng)?shù)增加到6個(gè),回灌量達(dá)到102.7萬(wàn)m3,占當(dāng)年熱田開(kāi)采量的36.5%,2006年6月回灌量達(dá)到132.27萬(wàn)m3,占當(dāng)年熱田開(kāi)采量的56.6%。通過(guò)控制開(kāi)采量,增大回灌量,其地下水位有明顯回升,地?zé)峄毓嘈Ч黠@[5]。

        2.2 天津市地?zé)峄毓嘌芯?/h3>

        天津1992年在塘沽區(qū)開(kāi)鑿新近紀(jì)砂巖孔隙型回灌井進(jìn)行回灌試驗(yàn),經(jīng)過(guò)近20年的地?zé)峄毓嘣囼?yàn)研究,認(rèn)為熱儲(chǔ)層的巖性特征及膠結(jié)程度為影響回灌效果的主要因素,對(duì)于孔隙型熱儲(chǔ)層來(lái)說(shuō),粒徑粗的熱儲(chǔ)層易于粒徑細(xì)的熱儲(chǔ)層,在試驗(yàn)過(guò)程中,對(duì)回灌井的成井工藝進(jìn)行了研究。

        2010年天津市地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院針對(duì)濱海新區(qū)塘沽中心區(qū)孔隙型熱儲(chǔ)埋藏深的特點(diǎn),在理論分析和模擬演算的基礎(chǔ)上,分別在渤海石油基地和河濱公園采用新成井工藝開(kāi)鑿了2眼地?zé)峄毓嗑?,其回灌能力都達(dá)到了預(yù)期效果。其中1口回灌井自然回灌狀況下回灌量達(dá)到103m3/h,回灌溫度34℃,穩(wěn)定回灌水位22m,穩(wěn)定時(shí)間137h;另1口回灌井回灌試驗(yàn)總歷時(shí)305h,回灌溫度66℃,當(dāng)回灌量達(dá)到120m3/h時(shí),穩(wěn)定回灌水位15.58m,穩(wěn)定時(shí)間94h。

        2012年天津市地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院在武清區(qū)天和林溪小區(qū)內(nèi)施工了一對(duì)新近紀(jì)館陶組地?zé)峋?。兩口地?zé)峋捎昧硕ㄏ蛟煨奔夹g(shù),先下管成井、后射孔成井工藝。井口距離5m,井底距離800m,熱儲(chǔ)層位館陶組。項(xiàng)目共進(jìn)行了3個(gè)穩(wěn)定灌量的試驗(yàn),其中最大回灌量以35℃地?zé)崃黧w回灌,回灌量為120m3/h,穩(wěn)定時(shí)間36h,穩(wěn)定水位74~75m,表明該地?zé)釋?duì)井回灌效果非常理想。這一試驗(yàn)成果驗(yàn)證了天津北部新近紀(jì)館陶組回灌的可能性[6-8]。

        存在問(wèn)題:天津的回灌經(jīng)驗(yàn)技術(shù),針對(duì)砂巖孔隙型熱儲(chǔ)回灌已有很大進(jìn)步,獲得寶貴的技術(shù)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但砂巖孔隙型熱儲(chǔ)回灌量雖然較大,但回灌持續(xù)時(shí)間較短。還需要加強(qiáng)持續(xù)回灌對(duì)熱儲(chǔ)層、回灌量的影響等問(wèn)題進(jìn)行研究。

        2.3 西安市地?zé)峄毓嘌芯?/h3>

        西安市主要有第四紀(jì)秦川組和三門(mén)組、新近系張家坡組、藍(lán)田灞河組、高陵群和白鹿塬組6個(gè)熱儲(chǔ)層段。其中藍(lán)田灞河組為區(qū)內(nèi)的主要開(kāi)采層,巖性為細(xì)砂巖、砂礫巖互層??偟奶卣鳛樯皫r顆粒較粗、半固結(jié),較疏松,分選較差,滲透率較大。

        西安市第1口回灌井于2002年成井,井深2300m,西安市礦產(chǎn)資源管理局曾進(jìn)行過(guò)為期50d的地?zé)崴毓嘣囼?yàn),從開(kāi)采井里抽上來(lái)的地?zé)崴?jīng)降溫處理,按20m3/h回灌利用后的尾水,隨后將根據(jù)儲(chǔ)熱層滲透性及回灌難易程度,逐漸增加回灌量。證明西安地區(qū)熱儲(chǔ)層進(jìn)行回灌是可行的。

        隨后幾年,西安市不斷加大地?zé)豳Y源回灌研究力度,借鑒冰島及國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù),結(jié)合秦都區(qū)地質(zhì)條件進(jìn)行的地?zé)峄毓嗉夹g(shù)于2009年11月14日開(kāi)始,進(jìn)行了5晝夜的回灌試驗(yàn),取得了初步成功。2011年,西北大學(xué)地質(zhì)系任戰(zhàn)利研究員和西安市水資源利用技術(shù)服務(wù)中心共同完成了《西安地?zé)崴毓嘣囼?yàn)研究》,針對(duì)西安市地?zé)崽锏臒醿?chǔ)層物理性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)的特征,對(duì)不同回灌方案地?zé)衢_(kāi)采井和回灌井地?zé)崴厍蚧瘜W(xué)特征及回灌堵塞原因進(jìn)行了分析,對(duì)回灌方案進(jìn)行了優(yōu)選,提出回灌井配套設(shè)備工藝及技術(shù)要求,推進(jìn)了西安市地?zé)峄毓嘣囼?yàn)的進(jìn)程[7]。

        3 山東省地?zé)峄毓嘣囼?yàn)工作

        截至目前,山東省進(jìn)行了多次地?zé)峄毓喙ぷ?,逐步改進(jìn)回灌水源、回灌壓力、成井工藝、回灌水源溫度,回灌技術(shù)日趨成熟。

        “未處理—除砂、除鐵—精校過(guò)濾”是回灌水源處理的3個(gè)主要階段。最早進(jìn)行的是原水回灌,由于含有大量泥沙,回灌后造成嚴(yán)重堵塞,致使回灌井的生產(chǎn)能力嚴(yán)重下降。后開(kāi)始加入除砂器對(duì)回灌水源進(jìn)行處理,堵塞問(wèn)題得到一定改善,但由于除砂器過(guò)濾精度有限,仍會(huì)造成堵塞,回灌量衰減迅速。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探索,近年來(lái)開(kāi)始使用粗效過(guò)濾器和精校過(guò)濾器對(duì)地?zé)嵛菜M(jìn)行進(jìn)一步的處理,堵塞問(wèn)題得到較大改善,但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的回灌之后回灌量仍舊衰減嚴(yán)重。

        回灌壓力主要經(jīng)歷了“自然回灌—加壓回灌—加壓回灌與無(wú)壓回灌相結(jié)合”3個(gè)階段。最早采用的是自然回灌,回灌量普遍較小。隨后開(kāi)始使用加壓泵進(jìn)行加壓回灌,回灌量有明顯增加。由于加壓回灌對(duì)設(shè)備的密封條件要求很高,成本較高,因此后期開(kāi)展的回灌工作開(kāi)始采用加壓回灌和自然回灌相結(jié)合的方式進(jìn)行。

        回灌試驗(yàn)開(kāi)展初期,利用地?zé)嵘a(chǎn)井進(jìn)行的試驗(yàn),特點(diǎn)是成孔口徑較小,濾水管多使用包網(wǎng)等方式成井。后期,通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)技術(shù),開(kāi)始施工專門(mén)的回灌井進(jìn)行回灌試驗(yàn),從成井工藝上看,開(kāi)始使用石英砂充填含水層,并使用大口徑成孔工藝,以增加過(guò)水?dāng)嗝妫行У卦龃罅嘶毓嗔俊?/p>

        早期回灌水源采用的是地?zé)嵩?,回灌水源溫度與熱儲(chǔ)層溫度基本相同,無(wú)法確定回灌水源的溫度對(duì)水源井開(kāi)采溫度的影響。后期商河縣泰和名都小區(qū)采用了供暖后地?zé)嵛菜M(jìn)行回灌,回灌水源溫度為26℃左右,并貫穿整個(gè)供暖期。監(jiān)測(cè)水源井開(kāi)采溫度,對(duì)研究供暖期持續(xù)回灌對(duì)熱儲(chǔ)層溫度的影響有重大意義。

        3.1 德城區(qū)首次回灌試驗(yàn)

        2006年,由山東省魯北地質(zhì)工程勘察院承擔(dān)完成的1∶100萬(wàn)《山東省地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用效應(yīng)及模式調(diào)查研究報(bào)告》,參照天津等地區(qū)地?zé)峄毓嗄J降谝淮卧诘轮菔械鲁菂^(qū)進(jìn)行了一組地?zé)峄毓嘣囼?yàn),回灌熱儲(chǔ)層為館陶組,地?zé)峄毓嗖捎猛瑢訉?duì)井加壓回灌方法,在不同壓力條件下進(jìn)行回灌。

        試驗(yàn)證明,在山東省進(jìn)行地?zé)峄毓嘁詼p緩水位下降是可行的。且壓力回灌相對(duì)自然回灌更利于回灌;回灌量隨著回灌壓力的增大而增大,單位壓力回灌量隨著壓力的增大而快速減小,但均不呈線性關(guān)系,均呈冪函數(shù)關(guān)系。

        由于是首次試驗(yàn),回灌的工藝技術(shù)還在摸索階段,僅采用已有開(kāi)采井進(jìn)行原水回灌,沒(méi)有相應(yīng)防堵措施或設(shè)備,且回?fù)P及間隔時(shí)間沒(méi)有足夠的經(jīng)驗(yàn)借鑒,回灌量相對(duì)較低,并產(chǎn)生了嚴(yán)重堵塞,影響了原有的正常開(kāi)采量,最后經(jīng)過(guò)多次酸洗,開(kāi)采量歸為正常[9]。

        3.2 東營(yíng)城區(qū)首次回灌試驗(yàn)

        2006年,東營(yíng)市國(guó)土資源局提交了由山東省地礦集團(tuán)有限公司施工完成的《山東省東營(yíng)市城區(qū)地?zé)豳Y源人工回灌調(diào)查報(bào)告》。主要采用了自然回灌方式,并分別進(jìn)行了同層回灌和異層回灌兩組試驗(yàn)。魯班公寓東熱12井既為地?zé)峋髁吭囼?yàn)時(shí)抽水主井,又是回灌試驗(yàn)時(shí)的回灌水源井。周邊多井進(jìn)行了觀測(cè)。

        試驗(yàn)證明,單井回灌量與回灌水頭升高呈正相關(guān)性,大致符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系,回灌水頭隨回灌量的增大而升高,升高幅度大于回灌量的增加幅度;而同層為異層回灌量的3倍左右,進(jìn)一步證明同層回灌優(yōu)于異層回灌。

        區(qū)內(nèi)第一次對(duì)東營(yíng)組熱儲(chǔ)進(jìn)行回灌試驗(yàn),采用已有開(kāi)采井作為回灌井,進(jìn)行原水回灌試驗(yàn),由于經(jīng)驗(yàn)技術(shù)等不足,對(duì)回?fù)P措施采用不夠,且沒(méi)有進(jìn)行密封加壓等工藝,回灌量較低,回灌堵塞嚴(yán)重,回灌時(shí)的單位水頭升高回灌量與抽水時(shí)的單位降深涌水量比值為9.5%~22%(館陶組同層回灌:17%~22%;館陶組、東營(yíng)組異層回灌:9.5%~10.5%)[10]。

        3.3 德城區(qū)二次回灌試驗(yàn)

        2011年,山東省魯北地質(zhì)工程勘察院提交了《山東省德州市城區(qū)地?zé)豳Y源回灌勘查報(bào)告》,對(duì)德州市城區(qū)地?zé)豳Y源回灌條件進(jìn)行了勘查,并分別在德州東建花園和水文地質(zhì)二隊(duì)進(jìn)行了2組回灌試驗(yàn),回灌壓力包括無(wú)壓和有壓2種。采用同層對(duì)井加壓回灌模式進(jìn)行回灌,回灌井的注水層與開(kāi)采井的取水層均為館陶組熱儲(chǔ)。

        在前期工作的基礎(chǔ)上,改進(jìn)了試驗(yàn)方法、工藝,認(rèn)為在工作區(qū)內(nèi)進(jìn)行地?zé)峄毓?,可以在控制開(kāi)采量的前提下進(jìn)行加壓回灌,單井開(kāi)采量宜控制在60m3/h,回灌時(shí)可以采用5個(gè)大氣壓進(jìn)行1對(duì)2同層對(duì)井回灌,或采用15個(gè)大氣壓進(jìn)行1對(duì)2同層對(duì)井回灌。且目前的回灌空間看,不適于大規(guī)模地?zé)嶙匀换毓嗪图訅夯毓?。該次回灌比較前期回灌試驗(yàn)在工藝流程上取得一定的進(jìn)步,進(jìn)行了加壓、密封及除砂、除鐵等簡(jiǎn)單的過(guò)濾裝置,在回灌期間根據(jù)回灌量和水質(zhì)變化,加密了回?fù)P次數(shù),回灌時(shí)的水頭升高回灌量與抽水時(shí)的同降深涌水量比值增加為13%~38%[11]。

        雖然該次試驗(yàn)在方法、工藝上進(jìn)行了改進(jìn),回灌量不大(60m3/h及以下)的情況下,基本能做到100%的回灌率,但是如果要求的回灌量大幅度提高,回灌率將會(huì)隨之降低。

        3.4 平原縣回灌試驗(yàn)

        2012年,山東省魯北地質(zhì)工程勘察院提交了《山東省德州市地?zé)峄毓嘣囼?yàn)報(bào)告》,查明了區(qū)內(nèi)地?zé)峄毓鄺l件,在平原縣施工了一眼回灌井,采用大口徑填礫成井工藝、并增加了密封、除砂、除鐵、精、粗過(guò)濾器、排氣灌等地面凈化設(shè)施,根據(jù)回灌時(shí)水質(zhì)、水量變化,進(jìn)行2周一次回?fù)P。

        隨著回灌量的增加,回灌井的水位升幅也逐漸增加(表1),回灌量與水位升幅符合三次多項(xiàng)式回歸(表1、圖1)。

        表1 平原縣回灌試驗(yàn)回灌量與水位升幅數(shù)據(jù)對(duì)比

        圖1 平原縣回灌試驗(yàn)回灌量與水位升幅回歸曲線

        當(dāng)回灌量等幅度增加時(shí),回灌井水位的增幅呈增大趨勢(shì),回灌量與回灌井水位增量符合一元二次多項(xiàng)式回歸(表2、圖2)。

        表2 平原縣回灌試驗(yàn)回灌量與水位增量數(shù)據(jù)

        圖2 平原縣回灌試驗(yàn)回灌量與回灌井水位增量回歸曲線

        該次回灌試驗(yàn)系結(jié)合天津地區(qū)砂巖熱儲(chǔ)地?zé)峄毓嗑@探成井工藝進(jìn)行的首次回灌井鉆探工作基礎(chǔ)上進(jìn)行的回灌試驗(yàn),在自然無(wú)壓條件下回灌量可達(dá)70m3/h,山東省地?zé)峄毓嘣囼?yàn)工作取得較大進(jìn)步[12]。

        該次回灌僅為地?zé)嵩M(jìn)行的回灌,回灌井與開(kāi)采井間距僅為230m左右,溫度相差在1℃以內(nèi),極易形成采灌循環(huán),無(wú)法檢測(cè)其溫度場(chǎng)變化,是否能達(dá)到采補(bǔ)的熱平衡,且回灌過(guò)程需要定期回?fù)P,根據(jù)省內(nèi)尾水水溫、水質(zhì)情況,要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定回灌,還需對(duì)技術(shù)、工藝進(jìn)行研究,并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的最大化。

        3.5 東營(yíng)市南展區(qū)地?zé)峄毓?/h3>

        山東省地礦工程集團(tuán)有限公司于2014年在東營(yíng)市施工了2眼地?zé)峋?,一采一灌,屬同層?duì)井回灌。分別進(jìn)行了自然回灌,低壓力(0~0.2MPa)回灌、中壓力(0.2~0.3MPa)回灌、高壓力(大于0.3MPa)回灌4組回灌試驗(yàn)。

        在吸取其他回灌試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,優(yōu)化了成井工藝,回灌井采用優(yōu)質(zhì)石英砂充填過(guò)濾層,上部粘土球止水的施工工藝。加壓回灌,壓力越大,回灌量越大。回?fù)P對(duì)地?zé)峋毓嗔坑休^明顯的改善,該次回灌相同壓力條件下,較回?fù)P前,回?fù)P后的回灌量增加4m3/h。

        回灌管路的密封性對(duì)回灌有影響,當(dāng)管路內(nèi)的氣體經(jīng)過(guò)充分排放后,回灌量有所增加,該現(xiàn)象在自然回灌前期、中后期尤為明顯,該次設(shè)定的自然回灌實(shí)際上是定期排空狀態(tài)下的“偽自然回灌”。初步分析主要與開(kāi)始設(shè)定的回灌量過(guò)大有關(guān)[13]。

        3.6 濟(jì)南市商河縣地?zé)峄毓?/h3>

        商河縣地?zé)豳Y源豐富,開(kāi)發(fā)利用層位主要為新近紀(jì)館陶組,開(kāi)采量較大,因此進(jìn)行的回灌試驗(yàn)工作較多,分不同地區(qū)進(jìn)行3次回灌試驗(yàn)工作。

        3.6.1 玉苑小區(qū)回灌

        2012年,商河縣在玉皇廟鎮(zhèn)玉苑小區(qū)施工了地?zé)衢_(kāi)采井和回灌井?dāng)M用于回灌工作,并于2013年初進(jìn)行了短期的回灌調(diào)試,回灌調(diào)試初期采用無(wú)壓自然回灌:回灌量分別為15m3/h,25m3/h,45m3/h,至45m3/h左右井口有水溢出。

        回灌試驗(yàn)證明,該區(qū)開(kāi)展回灌試驗(yàn)是可行的。

        工作區(qū)內(nèi)欲推行地?zé)嵛菜毓喙ぷ鳎瑧?yīng)加強(qiáng)地?zé)嵛菜毓嗟难芯抗ぷ?,明確工作區(qū)孔隙熱儲(chǔ)地?zé)峄毓嘈Ч挠绊懸蛩亍⒒毓鄬?duì)同層位地?zé)醿?chǔ)層水溫、水質(zhì)的影響、研究回灌條件下的熱儲(chǔ)層各項(xiàng)參數(shù)的變化規(guī)律、提出合理的地?zé)嵛菜毓喾桨浮?/p>

        3.6.2 旭潤(rùn)新城小區(qū)回灌

        該回灌試驗(yàn)采用的是同層對(duì)井回灌,2井地面直線距離150.1m,回灌井為斜井,340m以深,NE方向傾斜,角度約30°,兩井熱儲(chǔ)層中點(diǎn)間距約500m。為提高回灌率,地?zé)嵛菜谧⑷牖毓嗑?,利用粗效過(guò)濾器和精效過(guò)濾器進(jìn)行了過(guò)濾處理,過(guò)濾精度達(dá)到了3~5μm。

        根據(jù)數(shù)據(jù)曲線的階梯回灌形態(tài),開(kāi)采量可分為77m3/h,71m3/h,65m3/h,60m3/h,56m3/h;回灌量相應(yīng)呈階梯型分為75m3/h,66m3/h,54m3/h,43m3/h,37m3/h(表3、圖3),尾水最大回灌量約75m3/h,連續(xù)時(shí)間達(dá)40380min。

        表3 商河縣城旭潤(rùn)新城回灌試驗(yàn)數(shù)據(jù)

        圖3 旭潤(rùn)新城小區(qū)地?zé)峄毓嘣囼?yàn)總體曲線圖

        回灌試驗(yàn)所求得的滲透系數(shù)為成井時(shí)降壓試驗(yàn)所求得的滲透系數(shù)的67.8%,館陶組熱儲(chǔ)含水層的回灌性能要遠(yuǎn)弱于涌水性能。無(wú)壓情況下,回灌井初始水位埋深對(duì)回灌量有很大影響。相同地質(zhì)條件下,回灌井初始水位埋深越大,回灌量越大,回灌效果越好。該次試驗(yàn)為同層回灌,熱儲(chǔ)層為館陶組,水質(zhì)分析結(jié)果表明,同層回灌,水質(zhì)差異小,對(duì)熱儲(chǔ)層水質(zhì)穩(wěn)定影響小。采用同層對(duì)井無(wú)壓流-回?fù)P的回灌模式,并在地面設(shè)施方面增加除砂、過(guò)濾、排氣等設(shè)施,在商河縣開(kāi)展回灌工程是可行的。

        該次回灌試驗(yàn),對(duì)比以往省內(nèi)砂巖熱儲(chǔ)回灌試驗(yàn),在自然回灌條件下,尾水最大回灌量約75m3/h,連續(xù)時(shí)間達(dá)673h,合計(jì)28d,該次回灌試驗(yàn)取得了重大突破。

        此次回灌試驗(yàn)在回灌井成井結(jié)構(gòu)方面,由于成孔口徑較小,過(guò)水?dāng)嗝孑^小,一定程度上影響了回灌量和灌采比?;毓嗄J街饕捎脽o(wú)壓自流回灌,隨著開(kāi)采量變小,回灌量降低,灌采比逐漸減小[14]。

        3.6.3 泰和名都小區(qū)回灌

        2015年,山東省地礦工程集團(tuán)有限公司在泰和名都小區(qū)內(nèi)施工一眼地?zé)嵛菜毓嗑?。水源井位于商河縣泰和名都小區(qū)內(nèi),于2014年6月成井。水源井與回灌井井口直線距離240m。回灌場(chǎng)地靠近商河縣城地區(qū)降落漏斗中心,儲(chǔ)水空間大。采用大口徑成孔工藝,含水層采用優(yōu)質(zhì)石英砂填礫。該次回灌主要采用自然同層對(duì)井回灌,回灌層位位于館陶組熱儲(chǔ)富水性好的砂礫巖層,含泥量少。

        建立了一套完善的回灌系統(tǒng),回灌流程見(jiàn)圖4。

        主要設(shè)備包括地?zé)釢撍谩⒊捌?、曝氣塔、粗效過(guò)濾器、精效過(guò)濾器、加壓泵、循環(huán)泵、流量計(jì)等。完全模擬了供暖期間地?zé)嵛菜毓喙ぷ鳌U麄€(gè)供暖季回灌量為13.84萬(wàn)m3,其中,自然回灌階段回灌率高達(dá)84.4%,基本達(dá)到完全回灌的狀態(tài),回灌量依據(jù)開(kāi)采量而定,最大回灌量可達(dá)75m3/h?;毓嘈Ч浅:?表4)。

        地?zé)嵛菜谳斔瓦^(guò)程中存在管道壓力降低,造成井口壓力小于泵房?jī)?nèi)所加壓力,因此加壓回灌階段數(shù)據(jù)并不能準(zhǔn)確反應(yīng)加壓對(duì)回灌效果的影響。因此綜合研究過(guò)程中未選用加壓回灌階段的數(shù)據(jù),雖設(shè)置了加壓泵,但最后未采用加壓后的回灌數(shù)據(jù)。

        圖4 泰和名都小區(qū)回灌工藝流程圖

        表4 泰和名都小區(qū)自然回灌階段水源井與回灌井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比

        4 試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)分析

        回灌場(chǎng)地宜選取靠近降落漏斗的中心區(qū)位,回灌層位宜選擇滲透率較高,泥頁(yè)巖含量較少,顆粒較大的砂礫巖層;回灌井成井宜采用大口徑定向造斜成孔工藝;同層回灌優(yōu)于異層回灌,采用同層回灌模式進(jìn)行回灌,回灌效果好,同層回灌對(duì)水源井熱儲(chǔ)層水化學(xué)條件影響較小,不過(guò)可能會(huì)降低水源井的出水溫度;壓力回灌優(yōu)于自然回灌,自然回灌率高的情況下,若考慮節(jié)約成本,可不采用壓力回灌;建立一套完善的回灌系統(tǒng),為減少回灌過(guò)程中的堵塞,可加裝除砂、除鐵等過(guò)濾裝置,過(guò)濾精度越高,回灌效果越好;回灌過(guò)程中適當(dāng)采用回?fù)P措施,且注意回?fù)P時(shí)間及間隔;提高地?zé)豳Y源利用率,降低回水溫度,但同樣熱突破風(fēng)險(xiǎn)也就隨之變大,所以合理安排井距,控制好恰當(dāng)?shù)幕毓嗨疁胤浅V匾?;鉆探工藝、成井工藝和過(guò)濾工藝對(duì)回灌量的影響至關(guān)重要,但限于篇幅所限,此文不再展開(kāi)。

        探求最合理的回灌方式對(duì)于使地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用有著重大意義,希望本文能為下一步山東省地?zé)嵛菜幕毓喙ぷ魈峁┮恍﹨⒖?,若有不?dāng)之處敬請(qǐng)各位批評(píng)指正。

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