楊 可

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省地質(zhì)勘查局二一四地質(zhì)隊(duì)，山西 運(yùn)城 044000）

運(yùn)城市地?zé)釋儆诔练e盆地型地?zé)豳Y源，地?zé)衢_采歷史較長、規(guī)模也比較大。數(shù)據(jù)表明，2003年運(yùn)城開始使用地?zé)幔F(xiàn)有地?zé)峋?6余眼，年開采量997萬m3，單井涌水量60m3/h～102m3/h（1440-2448m3/d），井口出水溫度57℃～70℃，主要用于供暖[1]。由于開采井密度過大，一定程度上超出了合理開采的規(guī)模，靜水位埋深、單井出水量、出水溫度發(fā)生了一定變化，水位埋深由2004年的+40m下降到2018年的-110m，水量由120m3/h下降到98m3/h，出水溫度由90℃下降到70℃。

長期開采而缺乏有效回灌，導(dǎo)致運(yùn)城地區(qū)儲(chǔ)層水力平衡破壞，因此在這類地區(qū)保持回灌持續(xù)性極其重要。但熱儲(chǔ)層巖性為粉細(xì)砂巖，顆粒粒徑較小，回灌量較小，難以做到連續(xù)穩(wěn)定的回灌，因此，回灌模式的選擇和回灌的操作方法是其保持穩(wěn)定回灌的一個(gè)重要因素。本文通過對(duì)運(yùn)城市鹽湖區(qū)HGJ01回灌井回灌試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，研究采用自然回灌、“回?fù)P-回灌”兩種回灌方式對(duì)砂巖熱儲(chǔ)層地?zé)峄毓嗑幕毓嘈Ч?/p>

1 地質(zhì)概況及地層特征

HGJ01回灌井處于運(yùn)城塊凹內(nèi)，地理上與運(yùn)城盆地大致范圍相當(dāng)。北側(cè)以夾馬口-臨猗-三路里-陳村斷裂與峨嵋陷隆為界，南側(cè)以中條山北山前大斷裂與中條山塊隆為界，呈北東東走向，長110km，寬15km～25km。

HGJ01回灌井地層從上到下為：第四系丁村組、匼河組、三門組，新近系靜樂組、保德組，古近系劉林河組、高廟組、坡底組[2]。

2 熱儲(chǔ)層條件

新近系與古近系在運(yùn)城市鹽湖區(qū)普遍發(fā)育，高廟組與坡底組是該區(qū)地?zé)峋_采的主要熱儲(chǔ)層。地區(qū)所有地?zé)峋饕獮榛旌祥_采，開采深度2000m～3000m，出水量80m3/h～100m3/h，出水溫度70℃～80℃，最高的能達(dá)90℃。HGJ01回灌井目的層為古近系高廟組與坡底組。

HGJ01回灌井高廟組與坡底組熱儲(chǔ)層聲波孔隙度26.03%～28.86%，平均27.23%左右，滲透率56.89μm2～106.66μm2，砂巖泥質(zhì)含量13.99%～20.33%（表1），整體來講，儲(chǔ)層孔隙度、滲透率均相對(duì)較低，泥質(zhì)含量偏高。熱流體礦化度17259 mg/L，水化學(xué)類型為Cl-Na型，pH值7.14。

表1 HGJ01回灌井回灌熱儲(chǔ)層段測(cè)井解釋成果表

3 井身結(jié)構(gòu)

一開：采用Φ444.5mm牙輪鉆頭清水自造漿正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至502.16m后，下入Φ339.72mm×9.65mmJ55級(jí)的石油套管，進(jìn)行水泥固井?；毓嗑斫Y(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

圖1 HGJ01 回灌井井身結(jié)構(gòu)圖

二開：采用Φ311mm3A球齒牙輪鉆頭化學(xué)泥漿護(hù)壁，正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至2000.67m。下入ф244.48mm×8.94mmJ55級(jí)的石油套管1536.73m套管并進(jìn)行水泥固井。

三開：采用ф215mm3A球齒牙輪鉆頭正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，使用優(yōu)質(zhì)化學(xué)泥漿護(hù)壁。施工至3218.53m。下入ф177.8mm×8.05mm的J55石油套管并進(jìn)行水泥固井。

HGJ01在回灌目的層采用射孔工藝，射孔段位于2700m～3218.53m之間，根據(jù)測(cè)井地質(zhì)資料，確定熱儲(chǔ)層含水層位置，最后根據(jù)含水層位置準(zhǔn)確確定射孔段位置，該回灌井實(shí)際射孔段長度為300m。射孔作業(yè)時(shí)，地面操作系統(tǒng)采用SKD-3000B數(shù)控測(cè)井儀控制，射孔選用102槍64彈，槍長2m、3m或4m之間，密度16孔/m，孔徑20mm，穿透深度≥800mm，射孔孔隙率1.11%。射孔方式螺旋排列。

4 回灌試驗(yàn)過程

本次回灌試驗(yàn)采用“同層對(duì)井”回灌試驗(yàn)，開采井為濱湖一號(hào)小區(qū)地?zé)峋?，該井位于回灌井?80m，井深3705.0m，靜止水位88.5m，降深36.5m，出水量可達(dá)100m3/h，出水溫度59℃，主要開采深度2766m～3700m，熱儲(chǔ)層時(shí)代為古近系始新統(tǒng)（E2），與回灌井熱儲(chǔ)層為同一地質(zhì)時(shí)代，回灌試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 回灌試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

第一階段：非采暖期回灌試驗(yàn)。

試驗(yàn)前HGJ01回灌井水位埋深89.19m。該階段回灌試驗(yàn)分三組，均以自然回灌方式進(jìn)行：

第一組試驗(yàn)：歷時(shí)28小時(shí)，穩(wěn)定回灌量大小90m3/h，回灌水溫度57.7℃，4小時(shí)水位基本穩(wěn)定在23.39m，水位抬升65.80m，單位回灌水量為0.380 L/s?m。

第二組試驗(yàn)：歷時(shí)86小時(shí)，穩(wěn)定回灌量大小60m3/h，回灌水溫度57.7℃，1小時(shí)水位基本穩(wěn)定在55.09m，水位抬升34.10m，單位回灌水量為0.489 L/s?m。

第三組試驗(yàn)：歷時(shí)96小時(shí)，穩(wěn)定回灌量大小80m3/h，回灌水溫度58.5℃，3小時(shí)水位基本穩(wěn)定在36.32m，水位抬升52.87m，單位回灌水量為0.420 L/s?m。

第一階段自然回灌累計(jì)時(shí)間210小時(shí)，回灌水溫57.7℃～58.5℃，回灌量15360m3。

第二階段：采暖期回灌試驗(yàn)。

由于采暖期地?zé)峋罅坑糜诓膳?，使得地?zé)崴o水位降低，試驗(yàn)前測(cè)得HGJ01回灌井水位埋深101.44m。該階段回灌試驗(yàn)分五組：

第一組試驗(yàn)：歷時(shí)75小時(shí)，以自然回灌方式進(jìn)行。穩(wěn)定回灌量大小75m3/h，回灌水溫度40℃，72小時(shí)水位基本穩(wěn)定在8.99m，水位抬升92.45m，單位回灌水量為0.225L/s?m。

第二組試驗(yàn)：歷時(shí)48小時(shí)，以自然回灌方式進(jìn)行。穩(wěn)定回灌量大小50m3/h，回灌水溫度40℃，穩(wěn)定水位17.44m，水位抬升84.00m，單位回灌水量為0.165L/s?m。

第三組試驗(yàn)：歷時(shí)18小時(shí)，57分鐘水位抬升至管口，以壓力回灌方式進(jìn)行。穩(wěn)定回灌量大小65m3/h，回灌水溫度40℃，水位抬升至管口。

第四組試驗(yàn)：歷時(shí)360小時(shí)，回灌前水位埋深98.70mm，以自然回灌方式進(jìn)行。穩(wěn)定回灌量大小50m3/h，回灌水溫度40℃，穩(wěn)定水位3.80m，水位抬升94.90m，單位回灌水量為0.146 L/s?m。

第五組試驗(yàn)：歷時(shí)412小時(shí)，該組試驗(yàn)在回?fù)P44小時(shí)后以自然回灌方式進(jìn)行。穩(wěn)定回灌量大小85m3/h，回灌水溫度40℃，回灌前穩(wěn)定水位埋深118.95m，回灌穩(wěn)定水位埋深6.69m，水位抬升112.26m，單位回灌水量為0.210L/s?m。

第二階段自然回灌累計(jì)時(shí)間913小時(shí)，回灌水溫40.0℃，回灌量累計(jì)63480m3。

第三階段：非采暖期回?fù)P后回灌試驗(yàn)。

該階段回灌試驗(yàn)前進(jìn)行了一組回?fù)P試驗(yàn)，回?fù)P試驗(yàn)歷時(shí)72小時(shí)，靜止水位埋深114.30m，水位降深31.10m，出水量95.60m3/h，單位涌水量0.854 L/s?m，出水溫度57℃。

回?fù)P試驗(yàn)結(jié)束，進(jìn)行了一組回灌試驗(yàn)，歷時(shí)320小時(shí)，該組試驗(yàn)在回?fù)P72小時(shí)后以自然回灌方式進(jìn)行。穩(wěn)定回灌量大小70m3/h，回灌水溫度57.2℃，回灌穩(wěn)定水位埋深5.30m，水位抬升109.0m，單位回灌水量為0.178L/s?m。

第三階段自然回灌累計(jì)時(shí)間320小時(shí)，回灌水溫57.2℃，回灌量累計(jì)22400m3。

5 回灌試驗(yàn)分析

5.1 第一階段自然回灌分析 （非采暖期）

根據(jù)第一階段回灌試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該階段累計(jì)回灌210小時(shí)，最大回灌量90m3/h，最小回灌量60m3/h，最大水位抬升65.80m，最小水位抬升34.10m，回灌水溫57.7℃～58.5℃，累計(jì)回灌量15360m3。說明在非采暖期回灌效果較好，水位短時(shí)間內(nèi)無法達(dá)到孔口，保證回灌率達(dá)到90%。

5.2 第二階段自然回灌分析 （采暖期）

根據(jù)第二階段回灌試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，最大回灌量85m3/h，最小回灌量50m3/h，回灌水溫40.0℃，回灌量累計(jì)63480m3。

當(dāng)回灌量為65m3/h時(shí)，回灌18小時(shí)，水位抬升至孔口，孔口壓力0.1Mpa，當(dāng)回灌量為50m3/h時(shí)，穩(wěn)定水位埋深3.38m，單位回灌量變小?；?fù)P44小時(shí)后，回灌量增加至85m3/h，穩(wěn)定水位埋深6.69m。說明在采暖期回灌隨時(shí)間的增加，出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，回灌量逐漸減少，通過回?fù)P44小時(shí)后，回灌量增加。

5.3 第三階段回?fù)P后自然回灌分析（非采暖期）

該階段主要進(jìn)行了“回?fù)P-回灌”試驗(yàn)，回灌量70m3/h，回灌水溫度57.2℃，累計(jì)回灌時(shí)間320小時(shí)，穩(wěn)定水位埋深5.30m，累計(jì)回灌量22400m3。當(dāng)回?fù)P72小時(shí)后，回灌量增加。

綜上所述，對(duì)比第一階段和第二階段的自然回灌試驗(yàn)，反應(yīng)出回灌井出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，初步推測(cè)回灌井水溫度的變化，造成化學(xué)堵塞，容易形成硫酸鈣垢、氯化鈉垢及碳酸鈣垢等。通過第二階段與第三階段的試驗(yàn)結(jié)果，表明采用自然回灌與回?fù)P相結(jié)合的方式，以17天為周期，遵循“回灌17天－回?fù)P3天”的定時(shí)循環(huán)運(yùn)行方式，其平均灌量可提升至85m3/h左右。

6 結(jié)論與建議

（1）運(yùn)城市鹽湖區(qū)熱儲(chǔ)層主要為粉砂巖、砂礫巖，回灌量小，回灌工作困難，難以保持回灌的穩(wěn)定性，回?fù)P對(duì)回灌井的回灌性起著關(guān)鍵作用，能夠增大回灌量及回灌持續(xù)性。加壓回灌可以增加回灌量，但也會(huì)造成地層孔隙結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致堵塞現(xiàn)象，經(jīng)試驗(yàn)表明，采用“回?fù)P-回灌”是現(xiàn)階段最適宜的回灌方式。

（2）該地區(qū)回灌方式采用自然回灌，回灌率為50%，當(dāng)采用自然回灌與回?fù)P相結(jié)合的方式時(shí)，遵循“回灌17天-回?fù)P3天”的定時(shí)循環(huán)運(yùn)行方式，其平均灌量回灌率提升到85%。