王 剛，宋 佳，王盼盼，秦國強

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南鄭州 450053）

0 引言

地熱是一種清潔、可再生資源，因其社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益顯著而受到國內(nèi)外的高度重視。地熱資源根據(jù)埋藏深度可分為淺層地熱能、中深層地熱能和干熱巖等類型［1］。淺層地熱能一般指200 m深度范圍內(nèi)的地熱，也是最容易被開發(fā)利用的地熱資源。在淺層地熱能開發(fā)利用的過程中，地下水作為能量傳遞的介質(zhì)，需要封閉式循環(huán)使用，即取熱能完成的回水要同層回灌至地下含水層，利用地下熱能而不消耗水資源。若不實施回灌，勢必導致區(qū)域地下水位持續(xù)下降，造成資源枯竭，并引發(fā)一系列的地質(zhì)環(huán)境問題。馬忠平等［2］提出地熱回灌開發(fā)方式是資源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，地熱尾水回灌是資源持續(xù)開發(fā)的主要手段。李鑫等［3］認為地下水回灌緩解了華北平原地區(qū)因地下水過度開采而導致的地下水位急劇下降、水資源枯竭、地面沉降等一系列的水資源與水環(huán)境問題。宋前進等［4］認為封閉循環(huán)利用地熱資源，取熱后加壓同層回灌的方式能有效降低熱儲層流場的漏斗效應?；毓嗑菍嵤┑叵滤毓嗟年P鍵設施，其施工技術直接影響到井的回灌效果。曾梅香等［5］通過研究天津市新近系回灌井的鉆探工藝和回灌效果，得出回灌井與開采井的鉆探工藝和成井方案相同會導致回灌率偏低的結論。

河南省中低溫地熱能資源分布廣泛，地熱資源熱儲面積為全省國土面積的25.2%［6］。目前，淺層地熱能開發(fā)利用主要有地下水源熱泵和土壤源熱泵等2種方式，其中地下水源熱泵應用比較多。地下水源熱泵系統(tǒng)換熱效率高、占用地下空間少、投資造價低，其突出問題是在細顆粒地層回灌率低，對地質(zhì)環(huán)境影響較大［7］。本文以鄭州市東部新城區(qū)、西部新城區(qū)淺層地熱能開發(fā)的回灌井為研究對象，闡述不同區(qū)域地質(zhì)條件的差異，通過回灌井的結構分析地下水的回灌機理。結合試驗井實踐論述幾種鉆進工藝的適用情況和施工中存在的問題，分析不同鉆進工藝和成井管材對回灌效果的影響，探索提高回灌率的針對性措施，為今后鄭州市及周邊地區(qū)淺層地熱開發(fā)中回灌井的施工提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

鄭州市位于華北平原的南部，黃河南岸，地貌單元屬于豫西黃土丘陵向豫東平原的過渡地帶，總體地勢是南西較高，向北東逐漸降低。西部黃土丘陵地形變化較大，地面高程150～259 m，坡度10%～15%，中部山前傾斜平原地形相對高差約130 m，坡度2%～3%，北東部地形平坦，標高110～150 m，相對高差30～50 m。鄭州市西部新城區(qū)面積263.0 km2，地貌單元包括黃土丘陵和山前沖洪積傾斜平原。東部新城區(qū)面積459.0 km2，地貌單元為黃河沖積平原。

1.2 地層結構

鄭州市屬華北地區(qū)華北平原地層分區(qū)，因地質(zhì)成因和地貌單元不同，西部新城區(qū)與東部新城區(qū)200 m深度范圍內(nèi)的地層結構和巖性特征有差異，地表出露地層情況見圖1。

圖1 項目區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geology in the project area

1.2.1 西部新城區(qū)

西部新城區(qū)200 m深度內(nèi)地層由第四系和新近系的地層組成，自上而下分別為：

（1）上更新統(tǒng)（Qp3）。因沉積物來源不同西南部與東北部巖性有明顯差異。西南部主要為黃色粉土、黃土狀粉土，夾薄層細砂，含少量鈣質(zhì)結核；東北部砂層多，為黃色細砂、中細砂等，層厚20～50 m，底板埋深20～50 m。

（2）中更新統(tǒng)（Qp2）。黃棕色，巖性以粘土、粉質(zhì)粘土、細中砂、粗中砂為主，底部有砂卵石層。自西向東、自西南向東北粒度由細變粗，砂層減少，夾有數(shù)層鈣質(zhì)結核，層厚50～100 m，底板埋深90～130 m。

（3）下更新統(tǒng)（Qp1）。淺褐色、淺棕色，巖性以粘土為主，夾細中砂、含礫細中砂、砂質(zhì)粘土及鈣質(zhì)結核層。砂層粒度自西、西南向東、東北由粗變細，泥質(zhì)增加，厚度20～50 m，底板埋深70～170 m。

（4）新近系（N）?；尹S、淡棕色，巖性以細中砂、含礫細中砂及粘土為主，局部粘土較厚，揭露深度200 m。

1.2.2 東部新城區(qū)

東部新城區(qū)200 m深度范圍內(nèi)為第四系地層，自上而下分別為：

（1）全新統(tǒng)（Qh）。黃灰、灰色，巖性為黃河沖積形成的粉土、粉砂、細中砂、中粗砂等，自南向北顆粒由細變粗，厚度逐漸增大，厚度15～30 m。

（2）上更新統(tǒng)（Qp3）。上部為灰黃色粉土、灰褐色粉質(zhì)粘土、粉細砂及粘土透鏡體，下部為黃褐色粉土、細中砂及中粗砂，自西、西南向東、東北粒度由粗變細，層厚40～60 m，底板埋深60～80 m。

（3）中更新統(tǒng)（Qp2）。黃棕色，巖性以粘土、粉質(zhì)粘土、粉細砂、中細砂、粗中砂為主。自西南向東北其粒度由粗變細，砂層減少，泥質(zhì)增加，層厚40～70 m，底板埋深110～150 m。

（4）灰綠色、黃褐色，巖性以粉土、粉質(zhì)粘土和砂為主。砂層粒度自西、西南向東、東北由粗變細，埋深由小到大，層厚30～80 m，揭露深度200 m。

1.3 水文地質(zhì)條件

本區(qū)200 m以內(nèi)地下水類型為松散巖類孔隙潛水，主要儲存于第四系及新近系地層中。含水層巖性主要為粉土、細砂、細中砂、中粗砂等。地下水位埋深由西南向東北逐漸由深變淺，西部新城區(qū)最深超過50.0 m，東部新城區(qū)最淺不到5.0 m。地下水補給主要為大氣降水、灌溉回滲及側向徑流，由西、西南向東及東北徑流，排泄方式為開采、徑流及越流等。區(qū)內(nèi)200 m以淺的地下水多為混合開采，地下水漏斗區(qū)明顯，不同深度含水層之間水力聯(lián)系較密切。南水北調(diào)中線實施后，區(qū)內(nèi)供水水源結構發(fā)生了變化，地下水水位均有恢復上升現(xiàn)象［8］，不同區(qū)域上升的程度不一，漏斗區(qū)也有變化。淺層地熱能開發(fā)的地下水要有足夠的水量和循環(huán)深度，從而形成一個從補給、徑流、儲存到排泄的地下水環(huán)流系統(tǒng)，在地下徑流過程中逐漸被加熱，形成中低溫熱水［9］。

2 回灌井結構與回灌機理

2.1 回灌井結構與材料

回灌井的作用是將取熱完成后的回水同層回灌進入地下含水層，一般情況下采取一徑到底原則，即通孔同徑。最初，回灌井是采用傳統(tǒng)供水井的施工工藝和技術，成孔直徑600～800 mm，下?273～315 mm的管材，在含水層的層位設置濾水管，濾水管外包尼龍濾網(wǎng)。含水層段孔壁與井管之間環(huán)狀間隙回填濾料，含水層上方采用粘土球止水。鄭州西部新城區(qū)、東部新城區(qū)地質(zhì)條件有差異，含水層厚度不一，設置濾水管的長度也不一致。

目前，淺層地熱能利用中回灌井的井管有鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管、混凝土管及U-PVC管等。鋼管采用焊接方式連接，鑄鐵管采用管箍絲扣連接方式，濾水管均采用鋼（鑄鐵）管打孔后纏絲管，開孔為圓形，呈梅花形均勻布置。鋼筋混凝土管和混凝土管的濾水管均為同材質(zhì)濾水管。U-PVC管采用管箍絲扣連接方式，濾水管采用割縫管或打孔纏絲管。

2.2 地下水回灌機理

地下水回灌是將取熱能完成的回水通過水泵疏排到回灌井內(nèi)，在井內(nèi)產(chǎn)生一定的水頭高度，與地下水水位之間造成水壓差Δh，見圖2。

圖2 地下水回灌機理示意Fig.2 Groundwater recharge mechanism

井水在水壓差作用下通過濾水管和濾網(wǎng)進入井管四周的濾料層，再通過濾料層向四周砂層、粉土等含水層中滲透，進而逐步向遠處擴散。水流在井四周形成既有徑向流、又有豎向流的三維水流，經(jīng)過一定長度的過渡，逐漸轉化為以徑向流為主的二維水平流［10］。地下水回灌過程中，水要通過濾水管、濾料層、濾料與地層接觸面等多個過水面才能向四周地層中滲透、擴散。因此，單井回灌量就受回灌壓力和這些過水面透水狀況的影響。在這些過水面中，濾水花管的過水斷面最小，但孔隙度最大，過水效率最高。濾料層與地層接觸面的面積最大，但透水性差，過水效率最低，對單井回灌量的影響也最大。由于不同鉆進工藝所形成的井孔井壁狀態(tài)不一樣，也就是濾料層與地層接觸面的透水狀態(tài)不一樣，從而導致回灌效果不一致。表面看地下水回灌是抽水的逆過程，但兩者的機理和制約因素不同。由于抽水和回灌過程中水的徑流途徑和順序不同，滲流過程中各種阻水因素發(fā)揮的作用不一樣，以致單井出水量和單井回灌量可能不同，甚至差異較大。

3 回灌井施工工藝

3.1 鉆進工藝

鄭州市200 m深度范圍內(nèi)地層為第四系和新近系地層，巖性包括粉土、粉質(zhì)粘土、粉細砂、細中砂等，局部鈣質(zhì)結核富集，甚至膠結成層。目前，回灌井成孔常采用的鉆進工藝有：泥漿護壁正循環(huán)、泵吸反循環(huán)、沖擊鉆進等3種方式，需要根據(jù)場地地質(zhì)條件、回灌井的工程特點等因素確定科學、合理、適用的鉆進工藝。

3.1.1 泥漿護壁正循環(huán)

泥漿護壁正循環(huán)是最常采用的鉆進工藝，對地層的適應性比較強。針對200 m深度的鉆孔，一般采用SPJ-300型鉆機配套BW-280/30型泥漿泵，鉆具組合為：?311 mm三牙輪鉆頭＋?114 mm鉆鋌＋?89 mm鉆桿［11］。成孔直徑311 mm，鉆進到底后采用擴孔鉆頭擴孔至設計井徑800 mm。這種鉆進工藝的優(yōu)點是井孔垂直度好，對地層適應性強，在任何區(qū)域都可以順利施工至200 m深度。缺點是鉆進效率不高，一般情況下為0.5～1 m/h；洗井時間長，而且沖孔、換漿、洗井等工序的質(zhì)量對回灌效果影響大。

3.1.2 泵吸反循環(huán)

泵吸反循環(huán)是松散層施工水井常用的鉆進工藝，工作原理是利用砂石泵（離心泵）在鉆桿內(nèi)腔造成負壓產(chǎn)生抽吸作用，使鉆桿內(nèi)腔液體進行反循環(huán)的鉆進工藝。設備選取GF-200型鉆機或ZJ-80型鉆機，鉆具組合為：刮刀鉆頭＋?168 mm鉆桿，一徑成孔。由于這種鉆進工藝是靠離心泵的作用排渣，井徑太大或井深較大時排渣困難，成孔直徑、鉆進深度都受到一定程度的制約。這種鉆進工藝的優(yōu)點是：清水鉆進，成井效率高，鉆進速度可達到10 m/h。鉆進時鉆頭壓入土體并回轉，地層一經(jīng)攪動，鉆渣就很快被循環(huán)介質(zhì)攜帶出孔外，因此井壁幾乎沒有泥皮，便于洗井。缺點是鉆進深度受限制，而且不適用在堅硬的地層中施工。

3.1.3 沖擊鉆進

在鈣質(zhì)結核富集的地層或卵石層需要采用沖擊鉆進工藝，稠泥漿護壁，利用撈渣筒撈渣。設備選用GZ-2000型沖擊鉆機和配套撈渣筒。這種鉆進工藝解決了軟硬不均勻地層的鉆進問題，適用于鄭州西部新城區(qū)鈣質(zhì)結核發(fā)育地層的鉆進，而且施工設備和工藝簡單。鉆進效率不高，一般情況下鉆進速度為0.5～0.8 m/h。為防止井壁坍塌，鉆進過程中需要稠泥漿護壁，成孔后井壁有較厚的泥皮存在，對回灌效果影響較大。

3.2 成井工藝與管材

回灌井成井工藝是鉆進成孔之后的主要工藝，包括掃孔（掃去井壁泥皮）、沖孔（沖凈井內(nèi)泥砂巖屑）、換漿（把井內(nèi)濃泥漿稀釋）、下管、填礫、止水、洗井等工序。除止水外，這些工序?qū)毓嗑幕毓嘈Ч鶗斐刹煌潭鹊挠绊懀煌煽足@進工藝對后續(xù)成井工藝的要求也有差別。成井管材可采用鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管、混凝土管、U-PVC塑料管等幾種，濾水管也是相應的材質(zhì)。受管材材料強度的限制，濾水管的開孔率各不相同［12］，見表1。

表1 各類井管濾水管的開孔率Table 1 Openness rate of all kinds of screen pipes

通過以上對比可以看出，鋼管開孔率最大，濾水管相同長度的情況下過水效果最好?；炷凉堋⑺芰瞎艿拈_孔率最小，單位長度過水效果也最差。在抗腐蝕性能方面，鋼管的抗腐蝕性最差，鑄鐵管是弱抗腐蝕性，鋼筋混凝土管、混凝土管的抗腐蝕性強，地下水對塑料管則基本沒有腐蝕性。對于200 m深度的回灌井，鑄鐵管質(zhì)量大，不利于施工，很少被采用。普通混凝土管的強度滿足不了100 m管自身重力的要求，深度＞100 m時需要用鋼筋混凝土管，管節(jié)之間采用焊接方式連接。U-PVC塑料管抗腐蝕性強，據(jù)調(diào)查其最大成井深度可達400 m，只是濾水管的開孔率偏小，下管時還需要采取有效抗浮措施。

3.3 不同鉆進工藝施工中存在問題

泥漿護壁正循環(huán)是利用鉆頭轉動破碎巖土體，通過泥漿循環(huán)將破碎物排出井外，鉆進深度可以通過調(diào)整鉆機、泥漿泵的功率完成，井深基本不受限制。井徑800 mm、深度200 m的回灌井在任何地層條件下都可以順利完成。由于在鉆進過程中為保持孔壁穩(wěn)定需要泥漿護壁，一般泥漿密度≮1.25 g/L，成孔后需要進行換漿，將稠泥漿置換成稀泥漿，泥漿密度≯1.15g/L時才能下管。下管后要反復沖孔，確保井壁、井底的泥塊和沉渣被清除后，才能實施投濾料等后續(xù)工序。

泵吸反循環(huán)是靠離心泵的作用實施排渣。在鄭州市東部新城區(qū)，井徑800 mm的回灌井140 m深度范圍內(nèi)鉆進效率非常高，24 h即可完成。鉆至140 m后受泵吸工作原理的制約，泵吸方式排渣非常困難，井底部土層擾動嚴重，進尺緩慢，而且經(jīng)常出現(xiàn)井壁坍塌現(xiàn)象。根據(jù)統(tǒng)計，泵吸反循環(huán)在東部新城區(qū)的最大鉆進深度為195 m，最佳鉆進深度是140 m。西部新城區(qū)50 m以深地層局部鈣質(zhì)結核富集，甚至膠結成層，泵吸反循環(huán)施工進尺緩慢，需要采用沖擊或其他方式破碎鈣質(zhì)結核層。在沒有鉆探進尺情況下的反復抽吸，易造成鈣質(zhì)結核層上部的軟地層坍塌。泵吸反循環(huán)施工直徑800 m的回灌井深度可以達到120 m左右，效率非常低，并需要輔助沖擊鉆進的組合式鉆進工藝才能順利完成。

沖擊鉆進是依靠沖擊破碎巖土成孔，施工中沖擊振動會影響井壁的穩(wěn)定。在易坍塌的砂層鉆進時，要按照1∶1投入粘土，用沖擊錐以小沖程（500 mm）反復沖擊，使井壁形成均勻的泥膏層，發(fā)揮護壁作用。遇到流沙或厚層砂卵石層時，需要增加粘土用量，加大泥漿濃度，以保證井壁穩(wěn)定。在實施刷孔、換漿、沖孔過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)井壁坍塌現(xiàn)象。為保證回灌效果，下管前需要刷孔以破除井壁的泥皮，并實施換漿、沖孔等工序，成井后需要采用空壓機震蕩、深井泵等多種方法聯(lián)合洗井。井壁泥皮不易排出時，還要采用活塞洗井、化學洗井等其他方法聯(lián)合進行［11］，在西部新城區(qū)鈣質(zhì)結核富集的地層條件下，可以鉆進施工至200 m，但整體鉆進效率低，200 m深度需要15～20 d。這種工藝在鄭州東部新城區(qū)軟土層施工時則經(jīng)常遇到井壁坍塌現(xiàn)象，甚至會出現(xiàn)鉆機整體下陷到地面下的嚴重事故，施工效率低。

4 效果分析

4.1 地質(zhì)條件和施工工藝的影響

在鄭州市西部新城區(qū)、東部新城區(qū)同一場地分別施工2眼抽水/回灌試驗井，同一區(qū)域的井徑、深度及井身結構均相同，分別采用泥漿護壁正循環(huán)和泵吸反循環(huán)2種工藝施工。試驗井深度西部新城區(qū)為150 m，東部新城區(qū)為120 m；其余成井參數(shù)相同，孔徑700 mm、下?360 mm鋼管，濾水管長度45 m，濾料為1～3 mm的優(yōu)質(zhì)石英砂，成井完成、洗井達到水清砂凈的標準后，分別進行抽水、回灌試驗，結果見表2。

表2 鉆進工藝試驗井試驗結果Table 2 Test results of drilling test wells

通過對比試驗結果可以看出：鄭州東部新城區(qū)與西部新城區(qū)試驗井的單位出水量、單位灌水量差別非常大，而且采用不同施工工藝的單位出水量、單位灌水量差別也較大。如圖3所示，采用泥漿護壁正循環(huán)時，東部新城區(qū)井的單位出水量、單井回灌量分別是西部新城區(qū)的7.8倍和14.2倍；采用泵吸反循環(huán)時，東部新城區(qū)井的單位出水量、單井回灌量分別是西部新城區(qū)的6.4倍和26.7倍。在鄭州東部新城區(qū)泵吸反循環(huán)試驗井的單位出水量、回灌量分別是泥漿護壁正循環(huán)試驗井的1.71倍和2.47倍，西部新城區(qū)泵吸反循環(huán)試驗井的單位出水量、回灌量分別是泥漿護壁正循環(huán)試驗井的2.09倍和1.32倍。還發(fā)現(xiàn)單位出水量與單位回灌量不是簡單的正比關系，不同地質(zhì)條件下單位出水量與單位回灌量的差值也不同。結合地質(zhì)條件綜合分析，含水層顆粒越粗，越有利于回灌，粗砂、中砂含水層的單位回灌量為單位出水量的40%～70%，中細砂含水層的單位回灌量為單位出水量的30%～50%，細砂、粉砂含水層中單位回灌量小于單位出水量的30%［13］。

圖3 不同施工方法的出水量、灌水量對比Fig.3 Comparision of yield and recharge between various drilling processes

4.2 成井管材的影響

由于不同成井管材濾水管的開孔率不同，造成成井的回灌效果差異也比較大。在西部新城區(qū)采用沖擊鉆進施工3眼深度202 m的試驗井，分別采用鋼筋砼管、鋼管和U-PVC管等3種管材，除管材外其他成井工藝和輔助材料均一樣。在東部新城區(qū)采用泵吸反循環(huán)工藝施工3眼深度160 m的試驗井，分別采用鋼筋砼管、鋼管和U-PVC管，除管材外其他成井工藝和輔助材料一樣。洗井完成后進行抽水和回灌試驗，試驗結果見圖4、表3。

表3 管材試驗井試驗結果Table 3 Test results of pipe test wells

圖4 不同井管管材的的出水量、灌水量對比Fig.4 Comparision of yield and recharge between various pipe materials

試驗結果和對比可以看出：在鄭州西部新城區(qū)采用沖擊鉆成井工藝時，鋼管井的單位出水量值最大，分別是U-PVC管井的1.16倍、鋼筋砼管井的3.27倍。鋼管井的單位回灌量也最大，是U-PVC管井和鋼筋砼管井的1.84倍。U-PVC管試驗井單位出水量是鋼筋砼管井的2.82倍，而兩者的單位回灌量卻相同，分析是由于U-PVC管在回灌過程中比抽水過程的阻水效應更強所致。

在鄭州東部新城區(qū)采用泵吸反循環(huán)成井工藝時，鋼管井、鋼筋砼管井和U-PVC管的單位出水量接近，但鋼管井的單位回灌量分別是U-PVC管井、鋼筋砼管井的1.02倍和1.31倍。

4.3 施工效率分析

采用不同鉆進工藝的施工效率不同［14］，成孔后其他后續(xù)成井工藝的效率也差別較大，選擇具有代表性的不不同施工工藝的試驗井各3眼，單井成井工序的施工時間和洗井方式見表4。

表4 不同成井工藝試驗井的施工時間Table 4 Construction time of test wells with different completion technology

通過對比可以看出：泵吸反循環(huán)的鉆進效率最高，不需要刷井壁、換漿等工序，只需要沖孔清除井底沉渣，而且洗井方式簡單，效率高，用時少。據(jù)統(tǒng)計，采用泵吸反循環(huán)24 h內(nèi)可鉆進至195 m，但140 m深度后鉆進效率迅速降低，140～195 m需要鉆進240 h，甚至更長時間。在西部新城區(qū)有多層鈣質(zhì)結核膠結成層，泵吸反循環(huán)要沖擊等其他鉆進工藝輔助才能順利完成。采用泥漿護壁正循環(huán)工藝時，沖孔、換漿是必不可少的工序，而且洗井工藝復雜，經(jīng)歷時間較長。采用沖擊鉆進時不僅要沖孔、換漿，還要充分刷孔，破除井壁的泥皮，洗井工藝更復雜，經(jīng)歷時間更長。

5 針對性措施

影響回灌井回灌效果的主要因素包括含水層透水性、濾料層滲透性、鉆進工藝、管材和成井質(zhì)量。碎石濾料層滲透系數(shù)比含水砂層的滲透系數(shù)大得多［15］，而含水層透水性是沒有辦法改變的，為提高單井回灌量可以通過優(yōu)化鉆進工藝和井身結構、科學選擇管材、提高成井質(zhì)量等方法。泵吸反循環(huán)是提高回灌率的最佳鉆進工藝，其制約因素是地層條件和鉆進深度。在鄭州市東部新城區(qū)，回灌井首選采用泵吸反循環(huán)鉆進工藝，設計深度140 m。為提高單井回灌量，將井徑擴大到800～1000 mm，采用鋼管井管，濾料采用1～3 mm的優(yōu)質(zhì)石英砂，回灌效果明顯提高。針對鄭州西部新城區(qū)的堅硬地層與鈣質(zhì)結核層，可先采用正循環(huán)鉆進預成孔，然后再采用泵吸反循環(huán)成井孔，洗井方式選用深井泵洗井。采用沖擊鉆進時必須充分刷孔、破除井壁泥皮，并采用空壓機震蕩、活塞及深井泵等組合式洗井工藝。西部新城區(qū)為黃土丘陵、山前沖洪積傾斜平原區(qū)，含水層為第四系和新近系的砂礫巖，局部鈣質(zhì)膠結成層，而巖性特征和孔隙率是影響回灌效果的主要因素［16］。西部新城區(qū)淺層地溫屬于層狀熱儲，地熱回灌［17］效果不好，建議回灌井井深也不宜超過180 m，成孔工藝也可以考慮采用氣舉反循環(huán)［18］，并合理確定成井工藝每個環(huán)節(jié)［19］。淺層地熱能開發(fā)利用中回灌井還應根據(jù)場區(qū)的地質(zhì)條件、巖土的物理性質(zhì)等選擇合適的鉆進工藝及參數(shù)［20］，還要對地下水實施長期監(jiān)測，以了解地熱開發(fā)對區(qū)域地下水流場造成的影響［21］。

6 結論

（1）鄭州市西部新城區(qū)、東部新城區(qū)的地質(zhì)條件差異較大，回灌井的單位回灌量差別也較大。采用正循環(huán)鉆進工藝情況下，東部新城區(qū)井單位出水量、單井回灌量分別是西部新城區(qū)的7.8倍和14.2倍；采用泵吸反循環(huán)工藝情況下，東部新城區(qū)井單位出水量、單井回灌量分別是西部新城區(qū)的6.4倍和26.7倍。從實施地下水回灌方面考慮，東部新城區(qū)開發(fā)利用淺層地熱能的條件優(yōu)于西部新城區(qū)。

（2）鉆進工藝對回灌井的單位出水量和回灌量影響較大。東部新城區(qū)泵吸反循環(huán)施工井的單位出水量、回灌量分別是泥漿護壁正循環(huán)施工井的1.71倍和2.47倍，西部新城區(qū)泵吸反循環(huán)施工井的單位出水量、回灌量分別是泥漿護壁正循環(huán)施工井的2.09倍和1.32倍。東部新城區(qū)的回灌井應首選采用泵吸反循環(huán)鉆進工藝，合理成井深度為140 m。西部新城區(qū)的回灌井深度宜確定為180 m，采用正循環(huán)預成孔，再采用泵吸反循環(huán)方式成孔。

（3）成井管材對回灌井的單位出水量和回灌量有影響。鋼管井的單位出水量值最大，分別是UPVC管井的1.16倍、鋼筋砼管井的3.27倍。鋼管井的單位回灌量也最大，是U-PVC管井和鋼筋砼管井的1.84倍。回灌井應優(yōu)先選用鋼管材質(zhì)。地下水回灌不是簡單的抽水逆過程，單位出水量與單位回灌量有差異，尤其是采用沖擊鉆進工藝、U-PVC管時差異很大，分析是由于U-PVC管在回灌過程中比抽水過程的阻水效應更強所致，各種管材的阻水效應有待進一步研究。

（4）為提高回灌井的單井回灌量，可以將井徑擴大到800～1000 mm，并采用1～3 mm的優(yōu)質(zhì)石英砂作為濾料。必要時采取化學洗井、空壓機震蕩及深井泵等組合式洗井方式，確保洗井效果。