打地熱井一眼的造價成本

隨著地熱開發利用的不斷發展，地熱井的數量和抽水量都逐年增加，有的地方已達到甚至超過資源評價所限定的抽水量ji限。大量抽水而不回灌，勢必造成水位持續下降，井的使用壽命將減少，不利于地熱的持續發展。只抽不灌，不但不利于保護地熱資源，同時也將含有某些有害成分的地熱水牌的地表的水體或滲透到地下，造成不同程度的環境化學污染。有些排水溫度超過環保的規定還會造成熱污染。所以，回灌開采被看作是地熱持續發展的重要措施之一。然而，由于不同的地熱區其地質構造是不同的，所以回灌方式也不**。為了預測回灌開采后地下溫度場等各種場的變化趨勢以及冷鋒面推進的速度，近年來還通過建立熱儲蓄模型和發展計算機數值模擬技術來加速回灌開采的研究。此外，回灌還會帶來對地下新鮮清潔水的污染問題，所以回灌開采并不是一件十分容易的事情。國內外除地熱電站所在的熱田一般都打回灌井并開發研究外，多數中低溫地熱直接利用地熱田進行回灌開采的還較少。目前，一些有比較豐富地熱資源的城市，如天津市，由于地熱采暖的抽水量很大，水位下降較快，因而城市地熱管理部門已加強地熱回灌開采的技術研究，并提出了在城市打地熱井必須同時打回灌井的要求。

打地熱井一眼的造價成本保持熱儲的流體壓力, 維持地熱田的開采條件 一般來說, 地熱的開采會導致熱儲壓力降低, 如果開采量過大, 使補給和開采失去平衡時, 熱儲壓力會持續降低, 使地熱田的生產能力降低, 甚至喪失生產能力和引起地面沉降。回灌對于維持或恢復熱儲壓力, 穩定地熱田的開采條件, 預防地面沉降具有重要作用。在zui早的回灌工程中, 其目的主要是處理地熱廢水, 但是后兩個方面的目的在近年來已經受到了日益重視[1]  。

把溫度較低的水灌入熱儲中是一項非常復雜的技術。如果回灌井的位置不當可能引起熱儲的冷卻, 降低開采井的出水溫度或產汽量;如果采用的回灌工藝存在問題, 回灌井的回灌能力可能逐漸降低, 甚至zui后喪失回灌能力。為了研究回灌的效果, 需要進行示蹤試驗, 并對地熱田進行全面的監測把水灌入熱儲中會改變熱儲的狀態, 有時影響范圍可以達到很大的距離。回灌的影響從回灌點開始以不同的形式向外擴展, zui主要的是壓力傳導、流體的機械運動和熱傳導。正確理解三者的機理和關系對回灌工程的設計是非常重要的。在三者之中, 壓力傳導界面的運動是zui快的, 因為它是流體分子能量的傳遞, 其影響可能幾天、幾小時甚至幾分鐘就能到達開采井。化學界面的運移慢于壓力傳導, 因為它是回灌的物質分子的實際運移, 一般需要幾星期或幾天才能到達開采井。溫度界面的運移是zui慢的, 因為回灌水在其運移過程中會被逐漸加熱。

在回灌工程設計中, 非常重要的一點就是避免由于回灌水過快地到達開采井,從而引起開采井溫度的降低。反之, 如果回灌井距離開采井或地熱田開采區過遠, 又不能起到保持熱儲壓力, 穩定地熱田生產能力的作用。地熱回灌是高度依賴場地的, 也就是說每個回灌工程之間會因為開采井和回灌井之間的地質條件不同而存在差異, 甚至存在很大的差異。因此, 在生產性回灌之前必須進行回灌試驗, 并在回灌試驗的過程中進行示蹤試驗, 以研究回灌水在熱儲中運移的規律,研究回灌對于穩定熱儲壓力和改善地熱田生產技術條件方面的作用, 研究合理的回灌量和運行方式。

預測溫度界面的運移速度在回灌工程設計中的重要性是可想而知的。但是, 在不掌握回灌水運移路徑的性質之前, 是很難對此進行計算的。因此, 經常根據示蹤試驗成果來預測回灌引起開采井冷卻的可能性。

堵塞問題

在地熱回灌中, 經常由于堵塞而使井的回灌能力降低。堵塞的原因包括物理的和化學的。物理堵塞主要是由于水中含有的懸浮物顆粒, 在回灌壓力的作用下附著在回灌井壁上或進入熱儲的裂隙中而影響回灌能力。此外, 回灌水中的氣泡也可能影響回灌的速度。

為了避免或減輕物理堵塞, 可以用過濾的方法去除水中的懸浮物, 然后再進行回灌。當回灌井的水位低于地表時, 應在回灌井中安裝回灌管, 使回灌水通過回灌管直接到達井水位以下, 以避免回灌水在井筒中自由下落過程中混入氣泡, 從而影響井的回灌能力。化學堵塞是由于物理化學狀態的改變或回灌水與地熱水之間的化學反應而產生沉淀(主要為二氧化硅或碳酸鈣等), 從而降低井的回灌能力。在高溫地熱田, 發電后的地熱水的化學組分濃度增加, 溫度和壓力降低, 可能形成過飽和溶液, 產生沉淀析出。空氣的作用也可能加速沉淀作用。因此, 在設計回灌系統時, 應研究合理的回灌水溫度和工作壓力, 盡可能避免產生化學沉淀而影響井的回灌能力。還應注意保證系統的密閉性,盡量避免回灌水和空氣接觸。在可能產生沉淀的化學組分含量較高時, 可以通過調節回灌水的pH值避免化學沉淀的產生。

回灌效果的監測和研究

為了掌握回灌的效果, 及時發現回灌引起的不利影響, 應該對開展回灌的地熱田進行更為嚴格的監測。對于回灌井, 需要觀測回灌的水量、水溫、井口壓力(水位)和水質。對于開采井, 觀測項目包括開采量、出水溫度、壓力(水位)和出水的水質, 還要監測示蹤劑的濃度。此外, 還應對周圍的地熱井進行監測, 除了正常的水量、水溫、壓力和水質監測外, 也應采取一些水樣監測示蹤劑的濃度。當回灌停止或暫停時, 應以一定的時間間隔測量回灌井和開采井內的溫度剖面, 以觀測回灌井停灌后的升溫情況和開采井中可能的冷卻。

根據監測數據可以發現回灌的短期效果, 要研究回灌的*效果就需要建立適當的模型。一種較為簡單適用的模型就是根據示蹤試驗得到的參數, 求取解析解。對于復雜的情況, 需要建立數值模型。地熱田的大量開采必然會造成熱儲壽命縮短，地下水位下降，并導致地面沉降，如果將開發利用后的地熱棄水回灌地下，就可大大減輕上述弊端并控制地熱水對地面的化學污染。對以熱水為主的熱水型地熱田，回灌困難zui大，因為要回灌處理的廢熱水數量很大。在評價回灌方案時，要考慮回灌水的數量、溫度和化學成分。實踐證明，回灌廢熱水以保持熱儲層的壓力和總開采量并不困難，重要的是不要因回灌溫度較低的水而使生產井的水溫降低。