天津市大港區(qū)地?zé)峋毓嗄Ｊ教接?/h1>

文章來源：地大熱能 發(fā)布作者： 發(fā)表時(shí)間：2021-11-04 16:55:06瀏覽次數(shù)：1853

  天津大港區(qū)目前館陶組熱儲(chǔ)開采井數(shù)量多達(dá)40余眼，長期的集中開采造成該區(qū)域地下水位埋深不斷下降，年降幅逐年增加，為實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用，緩解地?zé)釤醿?chǔ)壓力下降的有效途徑就是回灌。地?zé)峄毓?/a>就是在地?zé)崃黧w利用后把尾水通過自然或加壓方式回注到開采的熱儲(chǔ)層中，它是解決過量地?zé)崃黧w開采造成地下水位持續(xù)下降與尾水排放造成污染的最有效方法。通過多年回灌試驗(yàn)，基巖裂隙型熱儲(chǔ)層回灌問題已基本解決，但砂巖層的熱儲(chǔ)層回灌問題依然存在，主要是回灌量偏低，回灌持續(xù)時(shí)間短。

 

  1 試驗(yàn)條件和方法

 

  1． 1 試驗(yàn)條件

 

  DG － 49B 井是目前大港區(qū)唯一的一眼孔隙型地?zé)峄毓?/a>井，該井井深1 892 m，熱流體溫度62℃，成井初期流量為85 m3 /h，靜水位埋深77 m。對地下熱流體進(jìn)行深部回灌實(shí)質(zhì)上是對熱流體的壓縮，熱儲(chǔ)層地層的巖性、巖石顆粒大小、巖石顆粒之間的空隙大小、地層的孔隙度和滲透率對回灌起著非常重要的作用。

 

  DG － 49B 井聲波測試孔隙度為16． 19% ～29． 21%，平均為26%，滲透率為( 105． 84 ～ 833． 9) ×10 － 3μm2，砂巖泥質(zhì)含量7． 06% ～ 22． 73%，熱流體礦化度1 961． 8 mg /L，水化學(xué)類型為Cl·HCO3 － Na 型，pH 值8． 38。

 

  1． 2 試驗(yàn)方法

 

  回灌試驗(yàn)以DG － 49 開采井抽水向DG － 49B 回灌井中進(jìn)行回灌。自2008 年1 月7 日開始，至3 月21日結(jié)束，試驗(yàn)期間處于供暖期，DG － 49 井開采量為50～ 65 m3 /h。試驗(yàn)采用井管與泵管的環(huán)狀間隙回灌，回灌井內(nèi)下入潛水泵，下入深度110 m。試驗(yàn)過程中通過閥門控制注水水量，以電磁流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器和自動(dòng)水位控制儀等電子監(jiān)測裝置觀測試驗(yàn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)。

 

  試驗(yàn)共進(jìn)行了4 組，即自然間歇回灌、定流量“回?fù)P－ 回灌”、大流量“回?fù)P－ 回灌”和加壓回灌試驗(yàn)。

 

  前面3 組試驗(yàn)都是在自然狀態(tài)下進(jìn)行回灌，其回灌壓力是靠回灌流體在自重條件下形成的，第4 組做了兩次加壓回灌試驗(yàn)。

 

  2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

 

  2． 1 自然間歇模式與“回?fù)P－ 回灌”模式比較表1 是6 次回灌試驗(yàn)的結(jié)果對比。圖1、圖2 反映不同回灌情況下動(dòng)水位的變化，表明“回?fù)P－ 回灌”模式下的回灌能力及可延續(xù)時(shí)間都要強(qiáng)于自然間歇模式。

 

  回灌后地層吸水能力的變化情況用吸水指數(shù)，即單位時(shí)間的灌水量與井底壓差的比值來表達(dá)，吸水指數(shù)是衡量回灌井吸水能力的重要指標(biāo)。

 

  N = QP2 － P1

 

  ( 1)式中，Q 為回灌量，m3 /h; P2為灌水后的井底壓力，MPa; P1為灌水前的井底壓力，MPa。

 

  圖3 為吸水指數(shù)歷時(shí)變化曲線，圖3 中曲線Ⅰ －1、Ⅰ － 2、Ⅰ － 3 的走勢說明在自然間歇模式下，DG －49B 井的回灌能力有限，在回灌量尚不足20 m3 /h 時(shí)，其回灌能力隨著回灌量的累積而不斷減小。在經(jīng)過第1 次回?fù)P后，DG － 49B 井的回灌能力得到了一定的改善，而經(jīng)過第2 次回?fù)P后，DG － 49B 井的回灌能力得到了顯著的提升，在灌量基本穩(wěn)定的情況下，回灌延續(xù)時(shí)間也大大延長( 圖4) 。到了第3 次回?fù)P的時(shí)候，DG－ 49B 井的回灌能力與前1 次相比有了一定程度的下降，雖然受當(dāng)時(shí)回灌量不穩(wěn)定的影響導(dǎo)致曲線Ⅱ － 3在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生波動(dòng)，但總體而言，其回灌能力仍然高于前4 次回灌試驗(yàn)。

 

  通過回灌試驗(yàn)對比可以看出，DG － 49B 回灌井在自然間歇模式下回灌能力有限，無法滿足正常回灌要求，要維持回灌的持續(xù)進(jìn)行，必須定期進(jìn)行回?fù)P。回?fù)P可以較明顯地恢復(fù)甚至提高回灌井的回灌能力，但隨著回灌量的不斷累計(jì)，在回?fù)P量不變的情況下，回?fù)P的效果會(huì)逐漸減弱。

 

  2． 2 “回?fù)P－ 回灌”模式分析

 

  2． 2． 1 20 m3 /h 與30 m3 /h 的回灌能力分析1 次“回?fù)P－ 回灌”實(shí)際上就是回灌能力的1 次“恢復(fù)－ 消耗”的過程，在“回?fù)P－ 回灌”模式下，可以用“回?fù)P率”( 1 次回?fù)P量與回?fù)P后能夠灌入的水量的比值) 來評估不同“回?fù)P－ 回灌”模式的效果。

 

  回?fù)P率越低，說明回灌能力消耗的越緩慢，回灌效果越佳。

 

  回?fù)P率受回灌量的影響很大，在第2 組回灌試驗(yàn)中，回灌量普遍控制在20 m3 /h 左右，其回?fù)P率普遍穩(wěn)定在20%左右，而Ⅱ － 1 試驗(yàn)的回?fù)P率偏高可以歸因于回灌量相對偏大以及前3 次自然降壓試驗(yàn)對其的影響。

 

  Ⅲ － 2、Ⅲ － 3、Ⅲ － 4 試驗(yàn)中以30 m3 /h 為目標(biāo)，在回灌開始1 h 后，回灌量短時(shí)間內(nèi)從20 m3 /h 增加到30 m3 /h，回灌所能持續(xù)的時(shí)間很短，回?fù)P率很高，超過了50%，回灌的實(shí)際意義大為降低。

 

  Ⅲ － 1 試驗(yàn)是第2 組試驗(yàn)到第3 組試驗(yàn)的過渡，本次試驗(yàn)開始后83% 的時(shí)間內(nèi)將回灌量穩(wěn)定在20m3 /h 左右，隨后逐漸增加到30 m3 /h，持續(xù)約20 h 水位漲至井口，本次試驗(yàn)的回?fù)P率為20． 9%。其回灌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于第3 組的其他幾次試驗(yàn)。

 

  2． 2． 2 25 m3 /h 回灌能力的初步分析

 

  在Ⅳ － 1 試驗(yàn)的自然回灌階段，以25 m3 /h 定流量為回灌試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，先以定流量20 m3 /h 左右回灌91h，隨后將流量增至25 m3 /h，在此流量下回灌持續(xù)95h。這次試驗(yàn)的回灌效果超過前面所有回灌試驗(yàn)。圖3、4 中曲線Ⅳ － 1 的變化趨勢與曲線Ⅲ － 1 非常相似，延續(xù)時(shí)間甚至長于Ⅲ － 1，說明在Ⅳ － 1 試驗(yàn)條件下具有良好的回灌能力。但是由于當(dāng)時(shí)供暖期即將結(jié)束，為了保證有加壓回灌試驗(yàn)的時(shí)間，25 m3 /h 的定流量回灌試驗(yàn)只進(jìn)行這1 組，而Ⅳ － 1 試驗(yàn)的條件并不具有普遍性。首先它并不是在試驗(yàn)的開始階段就以25m3 /h 進(jìn)行回灌，其次由于第3 組后3 次試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間很短，它們各自的回?fù)P量是否對Ⅳ － 1 試驗(yàn)產(chǎn)生了影響尚無法確定，因此只能確定該系統(tǒng)具備25 m3 /h的回灌能力，但如何進(jìn)行準(zhǔn)確操作以保證其回灌的延續(xù)性還需要進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)嘗試。

 

  2． 3 加壓回灌模式分析

 

  對于兩次壓力額定在0． 2 MPa 的定壓試驗(yàn)( 圖5、6) ，在壓力額定條件下都出現(xiàn)回灌量逐漸衰減，第1次在50 h 內(nèi)從40 m3 /h 衰減到34 m3 /h，第2 次在49h 內(nèi)從40 m3 /h 衰減到30 m3 /h。回灌量衰減的趨勢逐漸趨于平緩，預(yù)計(jì)當(dāng)衰減到一定量時(shí)會(huì)趨于穩(wěn)定。

 

  通過兩次加壓試驗(yàn)，在0． 2 MPa 壓力下，遵循“回?fù)P－加壓回灌”模式，DG － 49B 井的可回灌能力約為30m3 /h。

 

  2． 4 回灌流體溫度對回灌效果的影響

 

  在以往的回灌試驗(yàn)中，回灌流體溫度對回灌效果的影響表現(xiàn)為流體溫度越高，回灌效果越佳，流體溫度越低，回灌效果越差［4］，其原理為不同溫度下流體密度及動(dòng)力粘滯系數(shù)對其的影響。而本次回灌試驗(yàn)的結(jié)果則與之相反，在壓力、水位皆為定值時(shí)，回灌量與溫度表現(xiàn)出了明顯的相反關(guān)系，即流體溫度越高，回灌量越低，流體溫度越低，回灌量越高。初步分析該熱儲(chǔ)層中有可能在一定溫度下產(chǎn)生水化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)，其影響效果超過了動(dòng)力粘滯系數(shù)的影響，從而影響了回灌效果。

 

  3 結(jié)論與建議

 

  ( 1) 在自然間歇條件下，DG － 49B 井的回灌延續(xù)時(shí)間短，可灌能力不佳，無法滿足正常持續(xù)的回灌要求。建議今后在回灌過程中應(yīng)以“回?fù)P－ 回灌”模式為主。

 

  ( 2) “回?fù)P－ 回灌”模式下DG － 49B 井的回灌量可滿足20 m3 /h，但當(dāng)回?fù)P率降至20% ～ 30%時(shí)，應(yīng)重新回?fù)P，以避免地層的可灌能力過度消耗，影響接下來的回灌。相同條件下回?fù)P時(shí)間越長，回灌延續(xù)時(shí)間越長。

 

  ( 3) 回灌操作方式對系統(tǒng)回灌能力有很大影響。

 

  該系統(tǒng)在Ⅳ － 1 自然回灌試驗(yàn)階段具備25 m3 /h 的回灌能力，但其延續(xù)性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。在“回?fù)P－ 回灌”模式下進(jìn)行加壓回灌時(shí)，當(dāng)壓力額定在0． 2 MPa時(shí)，DG － 49B 井的可灌量在30 m3 /h。

 

  ( 4) 建議在今后的回灌過程中，在開始階段應(yīng)遵循流量從小到大逐漸增加的原則，切忌一開始就以額定流量回灌，以延長回灌的延續(xù)時(shí)間。