地热井回灌过滤设备

A. 地热回灌方式

(一)按工程结构分为对井回灌、同井回灌、外围回灌

对井回灌是施工两眼或两眼以上的深井,形成一采一灌或多采多灌,根据目的层的不同又分为同层采灌、异层采灌;同井回灌是同一眼井在上部热储中用较大口径成井,再在下部热储层中用较小口径成井,由套管固井隔离两个热储层,可以下抽上灌或上抽下灌;外围回灌指在开采区的外围或上游施工回灌井向热储层回灌。目前在各国实施回灌开采热储流体时,采用最多的是同层对井回灌开采模式,对井中开采井以一定流量抽水,而回灌井则把经过换热器提取热能以后的原地热流体回注入热储层中。这种对井开采方案使地下热源开采、地面综合利用、尾水回灌形成全封闭循环系统,只消耗热能不消耗水量,补充单井开采造成的热储流体的亏空,减缓热储压力场的下降,这样不仅可以防止排放弃水污染环境,还能通过回灌流体在储层中的再加热,使蕴藏在岩石骨架中的热能带出来得以循环利用,延长热田开发利用年限,保证地热井长年稳定开采。同时,由于对井回灌开采采取严格的全封闭系统,保证回灌水做到“原汁原味”,也利于保护热储层原有水化学平衡。

实际对井回灌项目中,有的将开采井与回灌井倒替运行,这样做管线控制是没有问题的,但实施中要提前考虑以下几点:(1)持续的回灌井在储层中有稳定的渗流通道,如改为开采井,可能会对储层造成伤害;(2)一般回灌井温度低,如开采利用,是否适宜供暖系统参数的设计参数;(3)如果采灌对井井口距离较远,之间水平管线也是一笔很大的费用;(4)回灌井井口有一套过滤、加压装置,开采井则没有,如果想切换,需提前设计。

(二)按进水通道的不同,地热回灌有3种方式

从泵管内进水,注入储层(孔隙型地热井经过滤水管渗入含水层);泵管外进水,流体从泵管与井管之间的环状空间进水,渗入含水层;整个井管(泵管内、外)同时进水。在回灌压力和储层周围水位保持不变的条件下,泵管内、外同时进水,水流断面最大,水流阻力最小,回灌水量最大;当井管的直径比泵管大较多时,泵管外水流断面大于泵管内水流断面,水流阻力小于泵管内,泵管外环状空间回灌量大于泵管内回灌量;但泵管内进水方式能有效防止气堵,依靠控制阀调节回灌量,由小到大逐渐增加,在较易产生气体阻塞的沉积盆地型回灌井中普遍采用。

(三)按流体注入储层的压力方式不同,分为自然回灌、真空回灌和加压回灌

依靠大气压力、井筒液位水柱压力以及利用系统尾水压力为驱动力进行回灌的方式为自然回灌。

真空回灌又称负压回灌,是在具有密封装置的回灌井中,先开泵使井管和地面出水管路内充满流体,然后停泵并立即关闭泵出口的控制阀门,此时由于重力作用,井管内地热流体迅速下降,在管内的液面与控制阀之间造成真空度,在这种真空状态下,开启控制阀门和回灌水管路上的进水阀,靠真空缸吸作用,水迅速进入管内,并克制阻力向含水层中渗透。真空回灌运行时严禁空气混入井管或输送管路。

当自然回灌和真空回灌不能正常实施时,依靠外力(压力泵等设备)作用在回灌系统中增加压力,进行强迫回灌的方式为加压回灌。加压回灌是增加回灌量的一种补救措施,但是由于地层构造不同,特别是胶结较差的孔隙型地层结构,加压回灌可能会造成对地层结构的破坏。原因是在强压力推进时,回灌流速加大,地层中胶结较差的粉细砂将被搬运。随着搬运距离延长、流速降低,在某一区域内粉细砂粒将会滞留。这种情况一旦发生,原本细小的砂岩孔隙将被紧密堆积,回灌堵塞的现象就此发生。因此,在采用加压回灌时,通常需要考虑定期或不定期的空压机气举或反抽回扬洗井,以清除附着在滤水管内表面上随回灌流体进入的杂质,疏通滤层网眼和过水通道,减少回灌井管及周围热储物理、化学阻塞,提高回灌能力。

自然回灌、真空回灌和加压回灌方式主要是通过水压驱动实现回灌,这一点在砂岩孔隙型地热回灌井中表现的比较明显。除此之外,依靠回灌流体与储层中地热流体的密度差异产生的重力作用来驱动,这一点在岩溶裂隙型地热回灌井表现的比较明显。

B. 地热回灌井距离楼房多远才安全

地热回灌（geothermal reinjeetion）是将水回灌于地下的技术措施。地热回灌是实现地热资源可持续开发的有力专措施，在世属界各国已获得广泛应用，它对于地热资源的保护、减少资源浪费、延长生产井寿命以及减少环境污染等方面均具有重要意义。所采用的地热回灌措施有三类：①同井分层回灌，即在同一眼地热井中存在两个含热水层的情况下进行的回灌，确定其中的一个含热水层为生产层，而另一个含热水层为回灌层。②对井回灌，即打两眼地热井，确定其中的一眼为生产井，另一眼为回灌井，生产层与同灌层可同层，也可不同层。同层回灌的开采井与回灌井必须保持合理距离。③群井生产性回灌，选择有利场地进行地热尾水的多井集中回灌。回灌量与全热田的开采量应保持一定的比例。

C. 浅层地热能开发利用区划

笔者在收集了河南省各城市大量的地质、水文地质资料后，根据各城市的水文地质特征，按照地下水热泵、地埋管热泵适宜性的分区标准，对河南省各城市进行了浅层地热能的不同利用形式的适宜性进行了开发利用区划。结果见表6-10及图6-29至图6-46。

由表6-10看出，浅层地热能利用方式在不同地质条件下的适宜性既存在一定的差异也存在一定的联系。地下水换热的适宜性主要考虑的是良好的水文地质条件，如单井的出水量和回灌量；地埋管换热的经济性主要考虑的是影响成井经济性的地质因素，如地层结构、颗粒度等。两者考虑的因素具有相同部分，如地层的渗透性、水位埋深、径流大小等，只是考虑的侧重点不同。同时存在不同的部分，如地埋管热泵经济性主要考虑地层可钻性以及基岩埋深，而不考虑地层的回灌能力。所以一般在地下水热泵适宜的地区地埋管热泵的经济性不是最好的.在地埋管热泵经济性最好的地区地下水热泵适宜性一般，二者有一定的互补性。在过渡地带二者的适用性相差不大，可以综合考虑多种因素（包括非地质因素）来决定该地区的浅层地热能开发利用方式。

表6-10 河南省城市地埋管热泵系统应用适宜性评价结果表

图6-12 郑州市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力：强，采回比：1:1或1:2，井深：80～100m；较适宜区生产能力：一般，采回比；1:2或1:3，井深90～160m；不适宜区生产能力：弱

图6-13 开封市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统较适宜区生产能力：强，采回比：1:2，井深80～160m；不适宜区生产能力：弱

图6-14 洛阳市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力：极强，采回比；1:1，井深：90～150m，较适宜区生产能力：强，采回比：1:1或1:2，井深100～150m；不适宜区生产能力：弱

图6-15 平顶山市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统，b—地埋管热泵系统

图6-16 安阳市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力：极强，采回比：1:1，井深：65～85m；较适宜区生产能力：强，采回比：1:2，井深65～85m；不适宜区生产能力：弱

图6-17 鹤壁市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

图6-18 新乡市浅层地热能适宜性分区图

a —地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力：强，采回比：1:2，井深：90～100m；不适宜区生产能力：弱

图6-19 焦作市浅层地热能适宜性分区图

a 地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力：强，采回比：1:2，井深 80～130m；不适宜区生产能力：弱

图6-20 濮阳市浅层地热能适宜性分区图

a 地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力：一般.采回比：1:3，井深：90～140m；不适宜区生产能力：弱

图6-21 许昌市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统：b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力：一般，采回比：1:3，井深：130～160m；不适宜区生产能力：弱

图6-22 漯河市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统：b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力：一般，采回比：1:3，井深：100～150m；不适宜区生产能力：弱

图6-23 三门峡市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

图6-24 南阳市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

适宜区生产能力：强，采回比：1:1，井深：100～160m；较适宜区生产能力：一般.采回比：1:1或1:2，井深120～160m；不适宜区生产能力：弱

图6-25 商丘市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

图6-26 信阳市浅层地热能适宜性分区图

a —地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

图6-27 周口市浅层地热能适宜性分区图

a 地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

较适宜区生产能力：一般，采回比：1:3，井深110～l80m；不适宜区生产能力：弱

图6-28 驻马店市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

图6-29 济源市浅层地热能适宜性分区图

a—地下水源热泵系统；b—地埋管热泵系统

表6-11 浅层地热能开发利用区划表

续表

续表

续表

续表

图6-30 郑州市浅层地热能开发利用区划图

图6-31 开封市浅层地热能开发利用区划图

图6-32 洛阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-33 平顶山市浅层浅层地热能开发利用区划图

图6-34 安阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-35 鹤壁市浅层地热能开发利用区划图

图6-36 新乡市浅层地热能开发利用区划图

图6-37 焦作市浅层地热能开发利用区划图

图6-38 濮阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-39 许昌市浅层地热能开发利用区划图

图6-40 漯河市浅层地热能开发利用区划图

图6-41 三门峡市浅层地热能开发利用区划图

图6-42 南阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-43 商丘市浅层地热能开发利用区划图

图6-44 信阳市浅层地热能开发利用区划图

图6-45 周口市浅层地热能开发利用区划图

图6-46 驻马店市浅层地热能开发利用区划图

图6-47 济源市浅层地热能开发利用区划图

河南省城市浅层地热能开发利用适宜区分布情况如下。

1.郑州市

郑州市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为784.47km²，主要分布在京广铁路以东城区、郑东新区的黄河冲积平原和中原区、高新区的黄土塬间平原大部地区；地埋管热泵适宜区总面积为116.23km²，主要分布在北郊黄河滩区地下水水源区、西部黄土塬间平原、北部黄土台塬；地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为110.53km²，主要分布在市区西南部的马寨、侯寨黄土台源一带。

2.开封市

开封市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为297.40km²，主要分布在城市规划区内大部分黄河冲积平原；地埋管热泵适宜区总面积为76.04km²，主要分布在北部柳园口以北的黄河滩区，中部龙亭到前台，南部西御林、火神庙的黄河冲积平原河间带。

3.洛阳市

洛阳市地下水源热泵适宜区总面积为300.18km²，主要分布在洛北的洛河一、二级阶地，涧河三级阶地，洛南的伊－洛河河间地块东部；地埋管热泵适宜区总面积为159.12km²，主要分布在邙山、南山、龙门山的黄土台塬和丘陵区。

4 .平顶山市

平顶山市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为159.05km²，主要分布在市区南部的沙河冲积平原；地下水源热泵适宜区总面积为27.42km²，主要分布在市区西南靠近白龟山水库一带、WN—ES方向呈条带状、点状分布的岩溶水区：地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为276.28km²，主要分布在市区及北部矿区的丘陵、山前坡洪积平原一带。

5.安阳市

安阳市地下水源热泵适宜区总面积为183.77km²，主要分布在建成区到安阳西站的安阳河冲洪积扇及北部漳河洪积扇；地埋管热泵适宜区总面积为156.33km²，主要分布在市区外围的安阳河冲洪积扇前缘地带；地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为191.89km²，主要分布在南部龙泉镇到马头涧一带的丘陵区。

6.鹤壁市

鹤壁市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为97.93km²，主要分布在淇滨新区断陷洼地和淇河冲洪积扇；地下水源热泵适宜区总面积为140.47km²，主要分布在庞村镇至高村镇的淇河冲洪积扇群；地埋管热泵适宜区总面积为39.42km²，主要分布在淇滨新区东部呈NNE向展布的岗地；地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为494.08km²，主要分布在鹤山区、山城区的侵蚀剥蚀低山地丘陵。

7.新乡市

新乡市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为512.50km².主要分布在建成区及其南部黄河冲积平原；地下水源热泵适宜区总面积为41.60km².主要分布在北部凤、泉区堡上及凤凰山一带的奥陶系灰岩裂隙岩溶水；地埋管热泵适宜区总面积为281.89km²，主要分布在共产主义渠两侧交接洼地。

8.焦作市

焦作市地下水源热泵适宜区总面积为359.78km²，主要分布在市区及其中部、北部的坡洪积斜地、扇、扇前（间）洼地；地埋管热泵适宜区总面积为125.81km²，主要分布在市区南部沁河冲积平原；地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为295.20km².主要分布在市区北部的基岩山区。

9.灌阳市

濮阳市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为487.24km²，主要分布在市区西部的黄河冲积平原大部；地埋管热泵适宜区总面积为120.45km²，主要分布在市区东部黄河冲 积平原。

10.许昌市

许昌市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为37.20km²，主要分布在市区南部的双洎河—清沂河冲积平原：地埋管热泵适宜区总面积为196.09km²，主要分布在市区及其北部一带双洎河—清沂河冲积平原的弱富水区。

11.漯河市

漯河市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为112.06km².主要分布在东部昭陵区一带的沙颍河冲洪积平原；地埋管热泵适宜区总面积为247.79km²，主要分布在市区及郾城区一带沙颍河冲洪积平原的弱富水区。

12.三门峡市

三 门峡市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为129.20km²，主要分布在市区的青龙涧河、苍龙涧河和宏农涧河河谷及阶地，市区南部山前冲洪积扇、黄土梁峁；地下水源热泵适宜区总面积为54.66km²，主要分布在三门峡水库南侧的黄河阶地；地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为1.90km²，主要分布陕县温塘基岩山区。

13.南阳市

南阳市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为179.63km²，主要分布在市区西侧槐树清—卧龙岗一带及白河东部的白河冲积、洪积平原；地下水源热泵适宜区总面积为123.20km²，主要分布在市区及白河两岸的漫滩与阶地；地埋管热泵适宜区总面积为109.52km³，主要分布在市区西部周后王—靳岗一带剥蚀垄岗；地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为12.48km²，主要分布在市区北部侵入岩体的独山。

14.商丘市

商丘市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为102.25km²，主要分布在黄河冲积平原区的市区及其中部地下水漏斗区；地埋管热泵适宜区总面积为110.55km²，主要分布在市区外围的黄河冲积平原区。

15.信阳市

信阳市地下水源热泵适宜区总面积为32.54km²，主要分布在建成区及浉河河谷；地埋管热泵适宜区总面积为70.65km²，主要分布在市区北部豫南软岩分布丘陵岗地。

16.周口市

周口市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为124.60km²，主要分布在市区北部；地埋管热泵适宜区总面积为171.40km²，主要分布在市区及黄河冲积平原、沙颍河冲积平原。

17.驻马店市

驻马店市全区88.43km²均适宜地下水源热泵和地埋管热泵。

18.济源市

济源市地下水源热泵、地埋管热泵均适宜区总面积为315.15km²，主要分布在市区及其周边的漭河冲洪积平原；地下水源热泵适宜区总面积为26.58km²，主要分布在五龙口东部沁河口洪积扇；地埋管热泵适宜区总面积为228.11km²，主要分布在南部软岩组成的低山与丘陵区；地下水源热泵、地埋管热泵均不适宜区总面积为297.82km²，主要分布在西部、北部的低山与丘陵区。

D. 孔隙型地热回灌井施工技术

天津地区孔隙型回灌井主要有明化镇组与馆陶组地热井,其热储层基本特征如表4-5所示。

表4-5 天津地区明化镇组与馆陶组热储层基本特征表

这类孔隙型热储在中国沉积盆地中具有广泛的代表性,研究其井身结构和成井工艺不仅关系到钻井工程安全,而且对回灌效果有着特别重要的意义。

1.明化镇组回灌井

新近系明化镇组回灌井井身结构有两种。当井深小于1000m时,采用一开大口径施工,下入过滤器后在环空中充填砾料的成井工艺,优点是工艺简单,成本低,水阻小,回灌效果好。缺点是长裸眼作业易发生井壁坍塌等。当井深大于1000m时,一般采用双层过滤器二开成井工艺,优点是施工周期短,井壁易维护,施工安全。缺点是下入的过滤器与原始井壁之间无支撑,易造成砂层失稳,无序排列,导致部分人工填料之间被地层砂充填,影响进水和回灌效果。

(1)一开大口径成井

钻孔直径Φ550mm钻至目的层后,将Φ339.7mm表层套管与Φ177.8mm技术套管、过滤器连接后一次下入井内。明化镇组目的层粉细砂粒径在0.1～0.2mm之间,以D₅₀代表孔隙型过滤器缠丝间距, d₅₀代表热储层粒度中值粒径,室内试验表明,采用d₅₀的6～7倍均匀缠丝间距时(即D₅₀/d₅₀=6～7),井的出水量最大,含砂量亦最少,所以,一般过滤器缠丝间距在0.7～1.5mm之间。

砾料一般采用石英砂,要求磨圆度好,质地坚硬,直径2～4mm,单边厚度最佳为75～100mm。填入砾料前,应先根据实际的井身结构计算投入砾料的数量,一般在砂岩层段中,因井径往往有超径现象,砾料的附加量,应比计算值大10%左右。

砾料的填入采用动水投砾方法。将井管上部接泥浆泵管后封闭,使泥浆泵的排量和上返速度略低于砾料的填入量和砾料在井内环空中的下沉速度,以避免砾料膨堵架桥,影响回灌井质量。

(2)二开双层过滤器成井

采用双层过滤器井身结构。一开钻头直径Φ444.5mm,钻至350m,下入Φ339.7mm表层套管(泵室管)350m。二开钻头直径Φ311mm,钻穿目的层,下入Φ177.8mm井管和双层过滤器,过滤器外径Φ260～Φ265mm为宜,其缠丝间距依照地面模拟试验结果,双层过滤器内网缠丝间距1.5mm,外网缠丝间距2mm,单边充填砾料的厚度大于40mm,充填砾料的直径为4～6mm为最佳。成井套管入井后,需用清水将井内钻井液替换干净,然后立即开展洗井作业。

2.馆陶组回灌井

新近系馆陶组地热回灌井井深大都在1800～2100m,因该热储层埋藏较深,施工均采用二开、单层过滤器井身结构。一开钻头直径Φ444.5mm钻至350～400m,下入Φ339.7mm表层套管(泵室管),考虑到地下水位逐年下降,泵室管长度应大于350m。二开钻头直径Φ241.3mm钻穿目的层后,下入Φ177.8mm井管和单层过滤器。馆陶组热储层砂砾直径一般在0.5～1.25mm之间,正常固结,颗粒不易随地下水流运动,通过试验确定过滤器缠丝间距以0.75～1.0mm最佳。这种井身结构的所有套管均为符合API标准的无缝石油套管,施工工艺简单,措施得当,成本较低,在天津地区已施工多眼,经实践检验,井身结构和施工工艺是较为成熟和成功的。

天津地区孔隙型地热回灌井井身结构如图4-3所示。

E. 地热供暖的井要打多深

你是土壤源 还是 水源 ，如果是水源的话 要参考当地的水文条件，并不是所有地区都内适用，切记一定要容做好回灌井！。如果是土壤源的话一般在50~100米不等，这个要详细计算，土壤源的话夏天一定要用空调将冬天从土壤中提取的温度在还回去，不然用几年以后就不热了！

F. 地热回灌井如何回扬，回灌井中是否也要下入潜水泵

你好，很高兴为你解答。
不需要潜水泵
直接用管道循环泵即可

G. 地热井不回灌造成水资源浪费吗

如果你指的是地温空调的地热井，那么答案是：必须回灌，否则会被责令整改并处罚金。

H. 地热回灌布井技术要求

一个地热田内的回灌布局主要取决于热储资源开采强度、规模与热储条件,要做到统筹规划、兼顾全局。由于地质构造特点、沉积环境、储层结构、边界条件对地层吸水能力影响较大,直接影响地热井的回灌量和回灌效果,因此热储特征是决定所采用不同回灌方式、回灌类型、回灌压力的重要因素。据天津市多年回灌资料统计:沉积盆地型地热田中,岩溶裂隙发育的基岩回灌井可灌性一般在70%左右;而位于深大断裂带附近的回灌井,由于断裂使储层岩石破碎,岩溶裂隙非常发育,回灌最易于进行,可灌性能达100%;但新近系孔隙型热储层由于渗透率小、岩石粒径细,回灌效果相对就不算理想。

为了防止回灌过程中地热田内热储产生较快热突破和热储流体水质突变,集中开采区群井回灌布局考虑以下5方面因素。

1.储层特征和地质条件

在一个地质单元,由于较厚热储层的吸水能力更有利于回灌,因此回灌井一般应布设于相对较厚且稳定的储层上,应避开储层的较薄地区和边缘地带;另外,在基岩岩溶裂隙热储层中,如果采、灌井之间存在岩溶裂隙管道窜流,那么回灌所产生的热突破即热储流体的冷却降温现象可能性较大,因此为避免回灌在短时间内对热储层温度场造成较大影响,回灌井不应布设在与开采井同一主构造方向的强径流带上。

示踪技术在获取储层方向性非均质特征和回灌流体运移规律方面有较大优越性:可分析热储层渗流场特征、探索回灌流体质点运移特点、采灌井之间的水力联系、预测采灌井之间热突破出现的可能性及时间等,同时也可以采用示踪剂试验并结合热储地质条件分析、抽水试验等方法,来判断采、灌井间是否存在裂隙管道窜流关系,变更和调整不宜运行的采灌系统方案,为地热田开发提供帮助,正确指导和优化规划采、灌井的合理布局。用作地热回灌的示踪剂主要有:化学示踪剂、放射性同位素和稳定同位素示踪剂、活性示踪剂、荧光染色示踪剂。需要考虑的问题有:试验井场的地质条件、热储特征、示踪剂种类、注入剂量、试验周期、取样制度、分析方法、本底背景、检出精度、安全性等。

传统的抽水试验也是一种经济有效的方法,如果计划用作回灌的地热井抽水时周边某一方位开采井水位出现持续下降情况,说明回灌井与该方位开采井的水力联系较大,这样的对井是不适宜作采灌对井之用的,应及时变更或调整采灌系统方案。

2.采、灌井合理井距

井距包括采、灌井井口距离和目的热储层内的井底距离两方面,两种距离均要科学合理。回灌流体注入储层后的运移情况非常复杂,且不同热储类型运移方式不同,如孔隙型热储注入流体在目的热储层中主要以水平径流为主;而基岩热储中回灌流体进入基岩储层后,首先以垂直向下径流为主,增温后水平运移、上返,情况复杂。可以说回灌流体在储层中的运移方式,直接影响着采灌井的布局。

天津地区多年回灌经验表明:采、灌对井的地面井口距离不应过大,井口装置及监测控制系统适宜建在一个站房内,这样更便于操作管理、有效监控,同时可缩短地面输水管网,节省相应资金投入。保证对井井底合理井距则是更重要的一项布井原则:井距过大,注入流体对开采储层的压力维持作用不明显,无法取得理想的回灌效果;而井距过小,尤其同层采灌对井,在构造条件复杂、流体动力场活跃的储层中,若采、灌对井水力联系较好,水流速度较快,相对低温的回灌流体会沿裂隙发育通道较快进入开采区域,很快就会产生开采井的降温现象,出现热突破,这样的采灌系统是不适宜运行的。

地热采、灌对井的井底合理距离,主要取决于冷、热流体混和锋面自回灌井向开采井的运移时间和速度,并与储层水文地质条件有关。根据AndreMENJOE等(1979)推导公式整理得知,各相均质同性、完整地热采、灌对井井距遵循以下数学关系:

沉积盆地型地热田勘查开发与利用

式中:D为地热对井井底距离(m);ρβ_w,ρ_aβ_a为流体和储层的热容(MJ/m³·℃);Q为总回灌量(m³/d);b为热储层有效厚度(m);t为冷热流体混和锋面到达开采井的时间(d)。

从关系式可看出这一理论井底距离主要与对井所处地质条件、储层特征和回灌规模有关。实际设计孔隙型地热采、灌对井布局时,为避免相互干扰或过早出现热突破现象,同层对井井底之间的距离应不小于合理井底距离计算值D。设计裂隙型地热采灌对井布局时,在进行地质构造条件分析的基础上,常采用垂直主裂隙发育方向布井,进行类比,分在两个地质构造单元或通过完成的一眼井进行抽水试验,分析曲线类型后再布第二眼井。

如果场地条件无法满足这一要求,或地热井分布较集中的地区,在布设对井时可以考虑适当减小井底间距,但应加大回灌井的深度,一般掌握比对应的开采井深200m左右的原则。因为回灌流体的水温相对较低,密度相对较大,回注入储层后由于重力流而向下运移,与地热开采井在开采时流体运动特征正相反。这种布井方式可以有效减缓由于回灌流体与热储层内流体温度差产生强烈对流作用,从而避免对热储层温度场造成影响和破坏。

3.布设回灌井的场地条件

一般早期地热田的开发,利用模式较为单一、粗放,多以单井开采为主,尤其在热储条件较优越、经济建设较发达的城市中心,开采强度规模均较大,多数形成了集中开采区,且地热井的布局也较密集。但随着时间的延续,一方面是开采条件已不乐观,回灌势在必行;另一方面是回灌井的布设受市政道路、建筑设施、施工场地以及采灌井合理井间距等诸多因素影响。因此一个地热田在开发伊始,回灌布局规划就应未雨绸缪;而处于开采中后期的地热田,受施工场地、地质条件等客观条件限制,如果补建回灌井,可能由于井距较近,需要布设定向井来保证目的层的距离满足采、灌井之间的合理井距要求,才能做到开采、回灌互不干扰。定向井施工要根据现有地热井的布局来确定合理的井方位角、井底水平位移和井斜角,根据地质条件设计井身结构满足定向井施工需要。

4.可操控性

回灌布局规划需具有很好的可操作性,这样才能为下一步的回灌实施工作提供技术支持。可操作性主要体现在以下几个方面:地质条件满足、场地条件具备、技术经济可行、符合各方利益。

5.回灌流体水质

充分回收利用后的地热尾水是回灌的主要目的之一,但前提是不能破坏原始储层性质和流体特性。由于不同水质的流体相混,在温度较高、压力较大的深部储层所引起的化学反应及生成的沉淀物往往难以预测,所以进行地热回灌时应遵循原水同层回灌的原则,且应对地下水流性质和不同温度下水岩相互作用进行评价;不能做到同层回灌的异层采灌系统,开采层的流体水质应好于回灌层,要求水质类型一致,pH值、矿化度相近,主要离子含量差异不大。同时应在回灌之前进行两种(或多种)不同水质的配伍试验,对水质混合和水岩相互作用作出评价,证实两种(或多种)流体的配伍性好,对储层无伤害方可注入,防止回灌水源对储层水质和储层渗透性的伤害,以免造成不可逆转的有害影响。