地熱井回灌過濾設備

A. 地熱回灌方式

(一)按工程結構分為對井回灌、同井回灌、外圍回灌

對井回灌是施工兩眼或兩眼以上的深井,形成一采一灌或多采多灌,根據目的層的不同又分為同層采灌、異層采灌;同井回灌是同一眼井在上部熱儲中用較大口徑成井,再在下部熱儲層中用較小口徑成井,由套管固井隔離兩個熱儲層,可以下抽上灌或上抽下灌;外圍回灌指在開采區的外圍或上游施工回灌井向熱儲層回灌。目前在各國實施回灌開采熱儲流體時,採用最多的是同層對井回灌開采模式,對井中開采井以一定流量抽水,而回灌井則把經過換熱器提取熱能以後的原地熱流體回注入熱儲層中。這種對井開采方案使地下熱源開采、地面綜合利用、尾水回灌形成全封閉循環系統,只消耗熱能不消耗水量,補充單井開采造成的熱儲流體的虧空,減緩熱儲壓力場的下降,這樣不僅可以防止排放棄水污染環境,還能通過回灌流體在儲層中的再加熱,使蘊藏在岩石骨架中的熱能帶出來得以循環利用,延長熱田開發利用年限,保證地熱井長年穩定開采。同時,由於對井回灌開采採取嚴格的全封閉系統,保證回灌水做到「原汁原味」,也利於保護熱儲層原有水化學平衡。

實際對井回灌項目中,有的將開采井與回灌井倒替運行,這樣做管線控制是沒有問題的,但實施中要提前考慮以下幾點:(1)持續的回灌井在儲層中有穩定的滲流通道,如改為開采井,可能會對儲層造成傷害;(2)一般回灌井溫度低,如開采利用,是否適宜供暖系統參數的設計參數;(3)如果采灌對井井口距離較遠,之間水平管線也是一筆很大的費用;(4)回灌井井口有一套過濾、加壓裝置,開采井則沒有,如果想切換,需提前設計。

(二)按進水通道的不同,地熱回灌有3種方式

從泵管內進水,注入儲層(孔隙型地熱井經過濾水管滲入含水層);泵管外進水,流體從泵管與井管之間的環狀空間進水,滲入含水層;整個井管(泵管內、外)同時進水。在回灌壓力和儲層周圍水位保持不變的條件下,泵管內、外同時進水,水流斷面最大,水流阻力最小,回灌水量最大;當井管的直徑比泵管大較多時,泵管外水流斷面大於泵管內水流斷面,水流阻力小於泵管內,泵管外環狀空間回灌量大於泵管內回灌量;但泵管內進水方式能有效防止氣堵,依靠控制閥調節回灌量,由小到大逐漸增加,在較易產生氣體阻塞的沉積盆地型回灌井中普遍採用。

(三)按流體注入儲層的壓力方式不同,分為自然回灌、真空回灌和加壓回灌

依靠大氣壓力、井筒液位水柱壓力以及利用系統尾水壓力為驅動力進行回灌的方式為自然回灌。

真空回灌又稱負壓回灌,是在具有密封裝置的回灌井中,先開泵使井管和地面出水管路內充滿流體,然後停泵並立即關閉泵出口的控制閥門,此時由於重力作用,井管內地熱流體迅速下降,在管內的液面與控制閥之間造成真空度,在這種真空狀態下,開啟控制閥門和回灌水管路上的進水閥,靠真空缸吸作用,水迅速進入管內,並克制阻力向含水層中滲透。真空回灌運行時嚴禁空氣混入井管或輸送管路。

當自然回灌和真空回灌不能正常實施時,依靠外力(壓力泵等設備)作用在回灌系統中增加壓力,進行強迫回灌的方式為加壓回灌。加壓回灌是增加回灌量的一種補救措施,但是由於地層構造不同,特別是膠結較差的孔隙型地層結構,加壓回灌可能會造成對地層結構的破壞。原因是在強壓力推進時,回灌流速加大,地層中膠結較差的粉細砂將被搬運。隨著搬運距離延長、流速降低,在某一區域內粉細砂粒將會滯留。這種情況一旦發生,原本細小的砂岩孔隙將被緊密堆積,回灌堵塞的現象就此發生。因此,在採用加壓回灌時,通常需要考慮定期或不定期的空壓機氣舉或反抽回揚洗井,以清除附著在濾水管內表面上隨回灌流體進入的雜質,疏通濾層網眼和過水通道,減少回灌井管及周圍熱儲物理、化學阻塞,提高回灌能力。

自然回灌、真空回灌和加壓回灌方式主要是通過水壓驅動實現回灌,這一點在砂岩孔隙型地熱回灌井中表現的比較明顯。除此之外,依靠回灌流體與儲層中地熱流體的密度差異產生的重力作用來驅動,這一點在岩溶裂隙型地熱回灌井表現的比較明顯。

B. 地熱回灌井距離樓房多遠才安全

地熱回灌（geothermal reinjeetion）是將水回灌於地下的技術措施。地熱回灌是實現地熱資源可持續開發的有力專措施，在世屬界各國已獲得廣泛應用，它對於地熱資源的保護、減少資源浪費、延長生產井壽命以及減少環境污染等方面均具有重要意義。所採用的地熱回灌措施有三類：①同井分層回灌，即在同一眼地熱井中存在兩個含熱水層的情況下進行的回灌，確定其中的一個含熱水層為生產層，而另一個含熱水層為回灌層。②對井回灌，即打兩眼地熱井，確定其中的一眼為生產井，另一眼為回灌井，生產層與同灌層可同層，也可不同層。同層回灌的開采井與回灌井必須保持合理距離。③群井生產性回灌，選擇有利場地進行地熱尾水的多井集中回灌。回灌量與全熱田的開采量應保持一定的比例。

C. 淺層地熱能開發利用區劃

筆者在收集了河南省各城市大量的地質、水文地質資料後，根據各城市的水文地質特徵，按照地下水熱泵、地埋管熱泵適宜性的分區標准，對河南省各城市進行了淺層地熱能的不同利用形式的適宜性進行了開發利用區劃。結果見表6-10及圖6-29至圖6-46。

由表6-10看出，淺層地熱能利用方式在不同地質條件下的適宜性既存在一定的差異也存在一定的聯系。地下水換熱的適宜性主要考慮的是良好的水文地質條件，如單井的出水量和回灌量；地埋管換熱的經濟性主要考慮的是影響成井經濟性的地質因素，如地層結構、顆粒度等。兩者考慮的因素具有相同部分，如地層的滲透性、水位埋深、徑流大小等，只是考慮的側重點不同。同時存在不同的部分，如地埋管熱泵經濟性主要考慮地層可鑽性以及基岩埋深，而不考慮地層的回灌能力。所以一般在地下水熱泵適宜的地區地埋管熱泵的經濟性不是最好的.在地埋管熱泵經濟性最好的地區地下水熱泵適宜性一般，二者有一定的互補性。在過渡地帶二者的適用性相差不大，可以綜合考慮多種因素（包括非地質因素）來決定該地區的淺層地熱能開發利用方式。

表6-10 河南省城市地埋管熱泵系統應用適宜性評價結果表

圖6-12 鄭州市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

適宜區生產能力：強，採回比：1:1或1:2，井深：80～100m；較適宜區生產能力：一般，採回比；1:2或1:3，井深90～160m；不適宜區生產能力：弱

圖6-13 開封市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統較適宜區生產能力：強，採回比：1:2，井深80～160m；不適宜區生產能力：弱

圖6-14 洛陽市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

適宜區生產能力：極強，採回比；1:1，井深：90～150m，較適宜區生產能力：強，採回比：1:1或1:2，井深100～150m；不適宜區生產能力：弱

圖6-15 平頂山市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統，b—地埋管熱泵系統

圖6-16 安陽市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

適宜區生產能力：極強，採回比：1:1，井深：65～85m；較適宜區生產能力：強，採回比：1:2，井深65～85m；不適宜區生產能力：弱

圖6-17 鶴壁市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

圖6-18 新鄉市淺層地熱能適宜性分區圖

a —地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

適宜區生產能力：強，採回比：1:2，井深：90～100m；不適宜區生產能力：弱

圖6-19 焦作市淺層地熱能適宜性分區圖

a 地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

較適宜區生產能力：強，採回比：1:2，井深 80～130m；不適宜區生產能力：弱

圖6-20 濮陽市淺層地熱能適宜性分區圖

a 地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

較適宜區生產能力：一般.採回比：1:3，井深：90～140m；不適宜區生產能力：弱

圖6-21 許昌市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統：b—地埋管熱泵系統

較適宜區生產能力：一般，採回比：1:3，井深：130～160m；不適宜區生產能力：弱

圖6-22 漯河市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統：b—地埋管熱泵系統

較適宜區生產能力：一般，採回比：1:3，井深：100～150m；不適宜區生產能力：弱

圖6-23 三門峽市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

圖6-24 南陽市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

適宜區生產能力：強，採回比：1:1，井深：100～160m；較適宜區生產能力：一般.採回比：1:1或1:2，井深120～160m；不適宜區生產能力：弱

圖6-25 商丘市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

圖6-26 信陽市淺層地熱能適宜性分區圖

a —地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

圖6-27 周口市淺層地熱能適宜性分區圖

a 地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

較適宜區生產能力：一般，採回比：1:3，井深110～l80m；不適宜區生產能力：弱

圖6-28 駐馬店市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

圖6-29 濟源市淺層地熱能適宜性分區圖

a—地下水源熱泵系統；b—地埋管熱泵系統

表6-11 淺層地熱能開發利用區劃表

續表

續表

續表

續表

圖6-30 鄭州市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-31 開封市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-32 洛陽市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-33 平頂山市淺層淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-34 安陽市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-35 鶴壁市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-36 新鄉市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-37 焦作市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-38 濮陽市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-39 許昌市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-40 漯河市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-41 三門峽市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-42 南陽市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-43 商丘市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-44 信陽市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-45 周口市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-46 駐馬店市淺層地熱能開發利用區劃圖

圖6-47 濟源市淺層地熱能開發利用區劃圖

河南省城市淺層地熱能開發利用適宜區分布情況如下。

1.鄭州市

鄭州市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為784.47km²，主要分布在京廣鐵路以東城區、鄭東新區的黃河沖積平原和中原區、高新區的黃土塬間平原大部地區；地埋管熱泵適宜區總面積為116.23km²，主要分布在北郊黃河灘區地下水水源區、西部黃土塬間平原、北部黃土台塬；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為110.53km²，主要分布在市區西南部的馬寨、侯寨黃土台源一帶。

2.開封市

開封市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為297.40km²，主要分布在城市規劃區內大部分黃河沖積平原；地埋管熱泵適宜區總面積為76.04km²，主要分布在北部柳園口以北的黃河灘區，中部龍亭到前台，南部西御林、火神廟的黃河沖積平原河間帶。

3.洛陽市

洛陽市地下水源熱泵適宜區總面積為300.18km²，主要分布在洛北的洛河一、二級階地，澗河三級階地，洛南的伊－洛河河間地塊東部；地埋管熱泵適宜區總面積為159.12km²，主要分布在邙山、南山、龍門山的黃土台塬和丘陵區。

4 .平頂山市

平頂山市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為159.05km²，主要分布在市區南部的沙河沖積平原；地下水源熱泵適宜區總面積為27.42km²，主要分布在市區西南靠近白龜山水庫一帶、WN—ES方向呈條帶狀、點狀分布的岩溶水區：地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為276.28km²，主要分布在市區及北部礦區的丘陵、山前坡洪積平原一帶。

5.安陽市

安陽市地下水源熱泵適宜區總面積為183.77km²，主要分布在建成區到安陽西站的安陽河沖洪積扇及北部漳河洪積扇；地埋管熱泵適宜區總面積為156.33km²，主要分布在市區外圍的安陽河沖洪積扇前緣地帶；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為191.89km²，主要分布在南部龍泉鎮到馬頭澗一帶的丘陵區。

6.鶴壁市

鶴壁市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為97.93km²，主要分布在淇濱新區斷陷窪地和淇河沖洪積扇；地下水源熱泵適宜區總面積為140.47km²，主要分布在龐村鎮至高村鎮的淇河沖洪積扇群；地埋管熱泵適宜區總面積為39.42km²，主要分布在淇濱新區東部呈NNE向展布的崗地；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為494.08km²，主要分布在鶴山區、山城區的侵蝕剝蝕低山地丘陵。

7.新鄉市

新鄉市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為512.50km².主要分布在建成區及其南部黃河沖積平原；地下水源熱泵適宜區總面積為41.60km².主要分布在北部鳳、泉區堡上及鳳凰山一帶的奧陶系灰岩裂隙岩溶水；地埋管熱泵適宜區總面積為281.89km²，主要分布在共產主義渠兩側交接窪地。

8.焦作市

焦作市地下水源熱泵適宜區總面積為359.78km²，主要分布在市區及其中部、北部的坡洪積斜地、扇、扇前（間）窪地；地埋管熱泵適宜區總面積為125.81km²，主要分布在市區南部沁河沖積平原；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為295.20km².主要分布在市區北部的基岩山區。

9.灌陽市

濮陽市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為487.24km²，主要分布在市區西部的黃河沖積平原大部；地埋管熱泵適宜區總面積為120.45km²，主要分布在市區東部黃河沖 積平原。

10.許昌市

許昌市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為37.20km²，主要分布在市區南部的雙洎河—清沂河沖積平原：地埋管熱泵適宜區總面積為196.09km²，主要分布在市區及其北部一帶雙洎河—清沂河沖積平原的弱富水區。

11.漯河市

漯河市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為112.06km².主要分布在東部昭陵區一帶的沙潁河沖洪積平原；地埋管熱泵適宜區總面積為247.79km²，主要分布在市區及郾城區一帶沙潁河沖洪積平原的弱富水區。

12.三門峽市

三 門峽市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為129.20km²，主要分布在市區的青龍澗河、蒼龍澗河和宏農澗河河谷及階地，市區南部山前沖洪積扇、黃土梁峁；地下水源熱泵適宜區總面積為54.66km²，主要分布在三門峽水庫南側的黃河階地；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為1.90km²，主要分布陝縣溫塘基岩山區。

13.南陽市

南陽市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為179.63km²，主要分布在市區西側槐樹清—卧龍崗一帶及白河東部的白河沖積、洪積平原；地下水源熱泵適宜區總面積為123.20km²，主要分布在市區及白河兩岸的漫灘與階地；地埋管熱泵適宜區總面積為109.52km³，主要分布在市區西部周後王—靳崗一帶剝蝕壟崗；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為12.48km²，主要分布在市區北部侵入岩體的獨山。

14.商丘市

商丘市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為102.25km²，主要分布在黃河沖積平原區的市區及其中部地下水漏斗區；地埋管熱泵適宜區總面積為110.55km²，主要分布在市區外圍的黃河沖積平原區。

15.信陽市

信陽市地下水源熱泵適宜區總面積為32.54km²，主要分布在建成區及浉河河谷；地埋管熱泵適宜區總面積為70.65km²，主要分布在市區北部豫南軟岩分布丘陵崗地。

16.周口市

周口市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為124.60km²，主要分布在市區北部；地埋管熱泵適宜區總面積為171.40km²，主要分布在市區及黃河沖積平原、沙潁河沖積平原。

17.駐馬店市

駐馬店市全區88.43km²均適宜地下水源熱泵和地埋管熱泵。

18.濟源市

濟源市地下水源熱泵、地埋管熱泵均適宜區總面積為315.15km²，主要分布在市區及其周邊的漭河沖洪積平原；地下水源熱泵適宜區總面積為26.58km²，主要分布在五龍口東部沁河口洪積扇；地埋管熱泵適宜區總面積為228.11km²，主要分布在南部軟岩組成的低山與丘陵區；地下水源熱泵、地埋管熱泵均不適宜區總面積為297.82km²，主要分布在西部、北部的低山與丘陵區。

D. 孔隙型地熱回灌井施工技術

天津地區孔隙型回灌井主要有明化鎮組與館陶組地熱井,其熱儲層基本特徵如表4-5所示。

表4-5 天津地區明化鎮組與館陶組熱儲層基本特徵表

這類孔隙型熱儲在中國沉積盆地中具有廣泛的代表性,研究其井身結構和成井工藝不僅關繫到鑽井工程安全,而且對回灌效果有著特別重要的意義。

1.明化鎮組回灌井

新近系明化鎮組回灌井井身結構有兩種。當井深小於1000m時,採用一開大口徑施工,下入過濾器後在環空中充填礫料的成井工藝,優點是工藝簡單,成本低,水阻小,回灌效果好。缺點是長裸眼作業易發生井壁坍塌等。當井深大於1000m時,一般採用雙層過濾器二開成井工藝,優點是施工周期短,井壁易維護,施工安全。缺點是下入的過濾器與原始井壁之間無支撐,易造成砂層失穩,無序排列,導致部分人工填料之間被地層砂充填,影響進水和回灌效果。

(1)一開大口徑成井

鑽孔直徑Φ550mm鑽至目的層後,將Φ339.7mm表層套管與Φ177.8mm技術套管、過濾器連接後一次下入井內。明化鎮組目的層粉細砂粒徑在0.1～0.2mm之間,以D₅₀代表孔隙型過濾器纏絲間距, d₅₀代表熱儲層粒度中值粒徑,室內試驗表明,採用d₅₀的6～7倍均勻纏絲間距時(即D₅₀/d₅₀=6～7),井的出水量最大,含砂量亦最少,所以,一般過濾器纏絲間距在0.7～1.5mm之間。

礫料一般採用石英砂,要求磨圓度好,質地堅硬,直徑2～4mm,單邊厚度最佳為75～100mm。填入礫料前,應先根據實際的井身結構計算投入礫料的數量,一般在砂岩層段中,因井徑往往有超徑現象,礫料的附加量,應比計算值大10%左右。

礫料的填入採用動水投礫方法。將井管上部接泥漿泵管後封閉,使泥漿泵的排量和上返速度略低於礫料的填入量和礫料在井內環空中的下沉速度,以避免礫料膨堵架橋,影響回灌井質量。

(2)二開雙層過濾器成井

採用雙層過濾器井身結構。一開鑽頭直徑Φ444.5mm,鑽至350m,下入Φ339.7mm表層套管(泵室管)350m。二開鑽頭直徑Φ311mm,鑽穿目的層,下入Φ177.8mm井管和雙層過濾器,過濾器外徑Φ260～Φ265mm為宜,其纏絲間距依照地面模擬試驗結果,雙層過濾器內網纏絲間距1.5mm,外網纏絲間距2mm,單邊充填礫料的厚度大於40mm,充填礫料的直徑為4～6mm為最佳。成井套管入井後,需用清水將井內鑽井液替換干凈,然後立即開展洗井作業。

2.館陶組回灌井

新近系館陶組地熱回灌井井深大都在1800～2100m,因該熱儲層埋藏較深,施工均採用二開、單層過濾器井身結構。一開鑽頭直徑Φ444.5mm鑽至350～400m,下入Φ339.7mm表層套管(泵室管),考慮到地下水位逐年下降,泵室管長度應大於350m。二開鑽頭直徑Φ241.3mm鑽穿目的層後,下入Φ177.8mm井管和單層過濾器。館陶組熱儲層砂礫直徑一般在0.5～1.25mm之間,正常固結,顆粒不易隨地下水流運動,通過試驗確定過濾器纏絲間距以0.75～1.0mm最佳。這種井身結構的所有套管均為符合API標準的無縫石油套管,施工工藝簡單,措施得當,成本較低,在天津地區已施工多眼,經實踐檢驗,井身結構和施工工藝是較為成熟和成功的。

天津地區孔隙型地熱回灌井井身結構如圖4-3所示。

E. 地熱供暖的井要打多深

你是土壤源 還是 水源 ，如果是水源的話 要參考當地的水文條件，並不是所有地區都內適用，切記一定要容做好回灌井！。如果是土壤源的話一般在50~100米不等，這個要詳細計算，土壤源的話夏天一定要用空調將冬天從土壤中提取的溫度在還回去，不然用幾年以後就不熱了！

F. 地熱回灌井如何回揚，回灌井中是否也要下入潛水泵

你好，很高興為你解答。
不需要潛水泵
直接用管道循環泵即可

G. 地熱井不回灌造成水資源浪費嗎

如果你指的是地溫空調的地熱井，那麼答案是：必須回灌，否則會被責令整改並處罰金。

H. 地熱回灌布井技術要求

一個地熱田內的回灌布局主要取決於熱儲資源開采強度、規模與熱儲條件,要做到統籌規劃、兼顧全局。由於地質構造特點、沉積環境、儲層結構、邊界條件對地層吸水能力影響較大,直接影響地熱井的回灌量和回灌效果,因此熱儲特徵是決定所採用不同回灌方式、回灌類型、回灌壓力的重要因素。據天津市多年回灌資料統計:沉積盆地型地熱田中,岩溶裂隙發育的基岩回灌井可灌性一般在70%左右;而位於深大斷裂帶附近的回灌井,由於斷裂使儲層岩石破碎,岩溶裂隙非常發育,回灌最易於進行,可灌性能達100%;但新近系孔隙型熱儲層由於滲透率小、岩石粒徑細,回灌效果相對就不算理想。

為了防止回灌過程中地熱田內熱儲產生較快熱突破和熱儲流體水質突變,集中開采區群井回灌布局考慮以下5方面因素。

1.儲層特徵和地質條件

在一個地質單元,由於較厚熱儲層的吸水能力更有利於回灌,因此回灌井一般應布設於相對較厚且穩定的儲層上,應避開儲層的較薄地區和邊緣地帶;另外,在基岩岩溶裂隙熱儲層中,如果采、灌井之間存在岩溶裂隙管道竄流,那麼回灌所產生的熱突破即熱儲流體的冷卻降溫現象可能性較大,因此為避免回灌在短時間內對熱儲層溫度場造成較大影響,回灌井不應布設在與開采井同一主構造方向的強徑流帶上。

示蹤技術在獲取儲層方向性非均質特徵和回灌流體運移規律方面有較大優越性:可分析熱儲層滲流場特徵、探索回灌流體質點運移特點、采灌井之間的水力聯系、預測采灌井之間熱突破出現的可能性及時間等,同時也可以採用示蹤劑試驗並結合熱儲地質條件分析、抽水試驗等方法,來判斷采、灌井間是否存在裂隙管道竄流關系,變更和調整不宜運行的采灌系統方案,為地熱田開發提供幫助,正確指導和優化規劃采、灌井的合理布局。用作地熱回灌的示蹤劑主要有:化學示蹤劑、放射性同位素和穩定同位素示蹤劑、活性示蹤劑、熒光染色示蹤劑。需要考慮的問題有:試驗井場的地質條件、熱儲特徵、示蹤劑種類、注入劑量、試驗周期、取樣制度、分析方法、本底背景、檢出精度、安全性等。

傳統的抽水試驗也是一種經濟有效的方法,如果計劃用作回灌的地熱井抽水時周邊某一方位開采井水位出現持續下降情況,說明回灌井與該方位開采井的水力聯系較大,這樣的對井是不適宜作采灌對井之用的,應及時變更或調整采灌系統方案。

2.采、灌井合理井距

井距包括采、灌井井口距離和目的熱儲層內的井底距離兩方面,兩種距離均要科學合理。回灌流體注入儲層後的運移情況非常復雜,且不同熱儲類型運移方式不同,如孔隙型熱儲注入流體在目的熱儲層中主要以水平徑流為主;而基岩熱儲中回灌流體進入基岩儲層後,首先以垂直向下徑流為主,增溫後水平運移、上返,情況復雜。可以說回灌流體在儲層中的運移方式,直接影響著采灌井的布局。

天津地區多年回灌經驗表明:采、灌對井的地面井口距離不應過大,井口裝置及監測控制系統適宜建在一個站房內,這樣更便於操作管理、有效監控,同時可縮短地面輸水管網,節省相應資金投入。保證對井井底合理井距則是更重要的一項布井原則:井距過大,注入流體對開采儲層的壓力維持作用不明顯,無法取得理想的回灌效果;而井距過小,尤其同層采灌對井,在構造條件復雜、流體動力場活躍的儲層中,若采、灌對井水力聯系較好,水流速度較快,相對低溫的回灌流體會沿裂隙發育通道較快進入開采區域,很快就會產生開采井的降溫現象,出現熱突破,這樣的采灌系統是不適宜運行的。

地熱采、灌對井的井底合理距離,主要取決於冷、熱流體混和鋒面自回灌井向開采井的運移時間和速度,並與儲層水文地質條件有關。根據AndreMENJOE等(1979)推導公式整理得知,各相均質同性、完整地熱采、灌對井井距遵循以下數學關系:

沉積盆地型地熱田勘查開發與利用

式中:D為地熱對井井底距離(m);ρβ_w,ρ_aβ_a為流體和儲層的熱容(MJ/m³·℃);Q為總回灌量(m³/d);b為熱儲層有效厚度(m);t為冷熱流體混和鋒面到達開采井的時間(d)。

從關系式可看出這一理論井底距離主要與對井所處地質條件、儲層特徵和回灌規模有關。實際設計孔隙型地熱采、灌對井布局時,為避免相互干擾或過早出現熱突破現象,同層對井井底之間的距離應不小於合理井底距離計算值D。設計裂隙型地熱采灌對井布局時,在進行地質構造條件分析的基礎上,常採用垂直主裂隙發育方向布井,進行類比,分在兩個地質構造單元或通過完成的一眼井進行抽水試驗,分析曲線類型後再布第二眼井。

如果場地條件無法滿足這一要求,或地熱井分布較集中的地區,在布設對井時可以考慮適當減小井底間距,但應加大回灌井的深度,一般掌握比對應的開采井深200m左右的原則。因為回灌流體的水溫相對較低,密度相對較大,回注入儲層後由於重力流而向下運移,與地熱開采井在開采時流體運動特徵正相反。這種布井方式可以有效減緩由於回灌流體與熱儲層內流體溫度差產生強烈對流作用,從而避免對熱儲層溫度場造成影響和破壞。

3.布設回灌井的場地條件

一般早期地熱田的開發,利用模式較為單一、粗放,多以單井開采為主,尤其在熱儲條件較優越、經濟建設較發達的城市中心,開采強度規模均較大,多數形成了集中開采區,且地熱井的布局也較密集。但隨著時間的延續,一方面是開采條件已不樂觀,回灌勢在必行;另一方面是回灌井的布設受市政道路、建築設施、施工場地以及采灌井合理井間距等諸多因素影響。因此一個地熱田在開發伊始,回灌布局規劃就應未雨綢繆;而處於開采中後期的地熱田,受施工場地、地質條件等客觀條件限制,如果補建回灌井,可能由於井距較近,需要布設定向井來保證目的層的距離滿足采、灌井之間的合理井距要求,才能做到開采、回灌互不幹擾。定向井施工要根據現有地熱井的布局來確定合理的井方位角、井底水平位移和井斜角,根據地質條件設計井身結構滿足定向井施工需要。

4.可操控性

回灌布局規劃需具有很好的可操作性,這樣才能為下一步的回灌實施工作提供技術支持。可操作性主要體現在以下幾個方面:地質條件滿足、場地條件具備、技術經濟可行、符合各方利益。

5.回灌流體水質

充分回收利用後的地熱尾水是回灌的主要目的之一,但前提是不能破壞原始儲層性質和流體特性。由於不同水質的流體相混,在溫度較高、壓力較大的深部儲層所引起的化學反應及生成的沉澱物往往難以預測,所以進行地熱回灌時應遵循原水同層回灌的原則,且應對地下水流性質和不同溫度下水岩相互作用進行評價;不能做到同層回灌的異層采灌系統,開采層的流體水質應好於回灌層,要求水質類型一致,pH值、礦化度相近,主要離子含量差異不大。同時應在回灌之前進行兩種(或多種)不同水質的配伍試驗,對水質混合和水岩相互作用作出評價,證實兩種(或多種)流體的配伍性好,對儲層無傷害方可注入,防止回灌水源對儲層水質和儲層滲透性的傷害,以免造成不可逆轉的有害影響。