地熱水回灌技術(shù)

地熱是一種無(wú)污染、可再生的清潔能源，與傳統化石能源相比，具有儲量大、分布廣和能源利用率高等優(yōu)勢，越來(lái)越受到重視。但地熱資源過(guò)度開(kāi)采或養護不當會(huì )造成資源枯竭，為確保地熱資源的可持續發(fā)展，同時(shí)避免環(huán)境污染，最有效的技術(shù)措施就是地熱回灌技術(shù)。

回灌是把經(jīng)過(guò)利用的地熱水，通過(guò)地熱回灌井重新注回熱儲層段的方法，回灌不僅可以解決地熱廢水問(wèn)題，還可以改善或恢復地熱儲層的產(chǎn)熱能力，保持地熱儲層的流體壓力，維持地熱田的持續開(kāi)采和循環(huán)利用，使地熱能成為一種可持續的清潔能源。

回灌過(guò)程中，由水中懸浮物、氣泡、化學(xué)沉淀等導致的回灌井堵塞是造成回灌量有限的主要原因，尤其是孔隙性砂巖熱儲回灌井堵塞問(wèn)題一直沒(méi)有解決，是地熱可持續開(kāi)發(fā)利用中公認的技術(shù)難題。地熱水回灌系統中，回灌井的鉆井完井工藝是回灌能否實(shí)現的重要技術(shù)環(huán)節，回灌井井深多為2000～3000 m。

地熱回灌技術(shù)主要有以下作用。

一是處理地熱廢水。地熱廢水一般溫度較高, 其中含有較高的鹽分, 有很多有毒的化學(xué)物質(zhì), 因此直接將地熱廢水排放到環(huán)境中可能會(huì )造成污染。

二是恢復地熱井的熱儲能。在地熱田中有部分熱能是存儲在內部的地熱水中, 地熱水大部分都在巖石骨架中, 如果人們把溫度較低的水注入到地熱井中, 經(jīng)過(guò)地熱井的加熱, 就會(huì )提高地熱資源的利用率。

三是維持地熱田的開(kāi)采條件。地熱資源開(kāi)采過(guò)度就會(huì )導致整個(gè)熱儲能降低, 一旦開(kāi)采數量與補給數量失去平衡, 就會(huì )使得整個(gè)地熱資源的熱儲能逐漸降低, 甚至使其失去生產(chǎn)能力, 最終導致整個(gè)地面的沉降。

地熱井尾水回灌技術(shù)及其應用效果研究進(jìn)展

地熱井在進(jìn)行大量開(kāi)采后, 必然造成熱儲壽命的縮短, 同時(shí)會(huì )造成地下水位下降, 最終導致整個(gè)地面發(fā)生沉降。將利用后的地熱水資源回灌到地熱田中, 可有效緩解這種危機, 減少地熱水對地面水體的污染。

地熱水的真空回灌

真空回灌是指在回灌的過(guò)程中保持整個(gè)管道處在真空的環(huán)境, 同時(shí)使回灌井處于真空狀態(tài), 防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入, 如圖2所示。真空回灌的基本原理是:在地下水位較低條件下, 利用更具有密封裝置的回灌井揚水時(shí), 泵管及水管內即充滿(mǎn)水;當停泵時(shí)關(guān)閉控制閥和揚水閥后, 由于水的重力作用, 其隨泵內水面下跌, 泵內水面與控制閥區間即會(huì )產(chǎn)生真空, 使泵內外水位產(chǎn)生10m高的水頭差;當開(kāi)啟水源閥門(mén)和控制閥門(mén)后, 因真空虹吸作用, 水就能進(jìn)入泵內, 破壞原有的壓力平衡, 在井周?chē)a(chǎn)生水力坡降, 回灌水就能克服阻力向含水層中滲透。

真空回灌時(shí)需要注意的幾個(gè)問(wèn)題: (1) 進(jìn)行回灌時(shí), 應該首先檢查真空的密封的效果; (2) 回灌的數量應該是出水量的一半左右, 并且回灌的量應該從小到大進(jìn)行; (3) 必須要及時(shí)采取沖洗措施; (4) 一定要保證回灌記錄的完整性, 做到有據可查; (5) 在冬季進(jìn)行作業(yè)時(shí)應該要做好管道的防凍措施, 同時(shí)保證內部的儲能水資源不受其他雜質(zhì)污染。

壓力回灌指的是在壓力泵的作用下, 將地熱井的尾水加壓注入回灌井中, 用這種方式來(lái)進(jìn)行回灌, 如圖3所示。壓力回灌的難易程度和熱儲層的裂縫發(fā)育程度息息相關(guān), 有時(shí)候還與地下水熱水的流動(dòng)順暢程度有一定關(guān)系。如果在熱儲條件比較好的地方或者是裂縫發(fā)育比較好的地方, 回灌就顯得很容易;如果在熱儲條件比較差的地方或者裂縫發(fā)育并不完全的地方, 回灌就會(huì )顯得比較困難?？障缎偷幕毓喾绞皆诨毓嘀跄芰ι詮? 因此人們在回灌初期可以采取自然回灌與壓力回灌并行的方式, 然后在后期獨立采用壓力回灌的形式。

進(jìn)行壓力回灌時(shí), 人們應該注意:要提前將管道內的空氣排空, 保持真空狀態(tài);要定期清除過(guò)濾網(wǎng)上的雜質(zhì), 定期放氣;離心泵不要把空氣打入井內, 這樣很容易造成阻塞。

無(wú)論哪種地熱井回灌技術(shù), 其直接目的是盡可能多且經(jīng)濟地將回灌水輸入地下, 但是由于回灌水質(zhì)及地層條件的原因, 隨著(zhù)回灌時(shí)間的延續, 回灌時(shí)會(huì )出現各種阻塞現象, 導致單位時(shí)間的回灌量下降。所以, 無(wú)論采用哪種回灌技術(shù), 在回灌過(guò)程中, 人們都要結合各種防腐蝕阻塞處理技術(shù)來(lái)盡可能保證回灌水量持續穩定。