打地?zé)峋谎鄣脑靸r(jià)成本

隨著地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用的不斷發(fā)展，地?zé)峋臄?shù)量和抽水量都逐年增加，有的地方已達(dá)到甚至超過(guò)資源評(píng)價(jià)所限定的抽水量ji限。大量抽水而不回灌，勢(shì)必造成水位持續(xù)下降，井的使用壽命將減少，不利于地?zé)岬某掷m(xù)發(fā)展。只抽不灌，不但不利于保護(hù)地?zé)豳Y源，同時(shí)也將含有某些有害成分的地?zé)崴频牡乇淼乃w或滲透到地下，造成不同程度的環(huán)境化學(xué)污染。有些排水溫度超過(guò)環(huán)保的規(guī)定還會(huì)造成熱污染。所以，回灌開(kāi)采被看作是地?zé)岢掷m(xù)發(fā)展的重要措施之一。然而，由于不同的地?zé)釁^(qū)其地質(zhì)構(gòu)造是不同的，所以回灌方式也不**。為了預(yù)測(cè)回灌開(kāi)采后地下溫度場(chǎng)等各種場(chǎng)的變化趨勢(shì)以及冷鋒面推進(jìn)的速度，近年來(lái)還通過(guò)建立熱儲(chǔ)蓄模型和發(fā)展計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)來(lái)加速回灌開(kāi)采的研究。此外，回灌還會(huì)帶來(lái)對(duì)地下新鮮清潔水的污染問(wèn)題，所以回灌開(kāi)采并不是一件十分容易的事情。國(guó)內(nèi)外除地?zé)犭娬舅诘臒崽镆话愣即蚧毓嗑㈤_(kāi)發(fā)研究外，多數(shù)中低溫地?zé)嶂苯永玫責(zé)崽镞M(jìn)行回灌開(kāi)采的還較少。目前，一些有比較豐富地?zé)豳Y源的城市，如天津市，由于地?zé)岵膳某樗亢艽?，水位下降較快，因而城市地?zé)峁芾聿块T已加強(qiáng)地?zé)峄毓嚅_(kāi)采的技術(shù)研究，并提出了在城市打地?zé)峋仨毻瑫r(shí)打回灌井的要求。

打地?zé)峋谎鄣脑靸r(jià)成本保持熱儲(chǔ)的流體壓力, 維持地?zé)崽锏拈_(kāi)采條件 一般來(lái)說(shuō), 地?zé)岬拈_(kāi)采會(huì)導(dǎo)致熱儲(chǔ)壓力降低, 如果開(kāi)采量過(guò)大, 使補(bǔ)給和開(kāi)采失去平衡時(shí), 熱儲(chǔ)壓力會(huì)持續(xù)降低, 使地?zé)崽锏纳a(chǎn)能力降低, 甚至喪失生產(chǎn)能力和引起地面沉降。回灌對(duì)于維持或恢復(fù)熱儲(chǔ)壓力, 穩(wěn)定地?zé)崽锏拈_(kāi)采條件, 預(yù)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?zé)釓U水, 但是后兩個(gè)方面的目的在近年來(lái)已經(jīng)受到了日益重視[1]  。

把溫度較低的水灌入熱儲(chǔ)中是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)。如果回灌井的位置不當(dāng)可能引起熱儲(chǔ)的冷卻, 降低開(kāi)采井的出水溫度或產(chǎn)汽量;如果采用的回灌工藝存在問(wèn)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(jìn)行示蹤試驗(yàn), 并對(duì)地?zé)崽镞M(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)把水灌入熱儲(chǔ)中會(huì)改變熱儲(chǔ)的狀態(tài), 有時(shí)影響范圍可以達(dá)到很大的距離?；毓嗟挠绊憦幕毓帱c(diǎn)開(kāi)始以不同的形式向外擴(kuò)展, zui主要的是壓力傳導(dǎo)、流體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和熱傳導(dǎo)。正確理解三者的機(jī)理和關(guān)系對(duì)回灌工程的設(shè)計(jì)是非常重要的。在三者之中, 壓力傳導(dǎo)界面的運(yùn)動(dòng)是zui快的, 因?yàn)樗橇黧w分子能量的傳遞, 其影響可能幾天、幾小時(shí)甚至幾分鐘就能到達(dá)開(kāi)采井?；瘜W(xué)界面的運(yùn)移慢于壓力傳導(dǎo), 因?yàn)樗腔毓嗟奈镔|(zhì)分子的實(shí)際運(yùn)移, 一般需要幾星期或幾天才能到達(dá)開(kāi)采井。溫度界面的運(yùn)移是zui慢的, 因?yàn)榛毓嗨谄溥\(yùn)移過(guò)程中會(huì)被逐漸加熱。

在回灌工程設(shè)計(jì)中, 非常重要的一點(diǎn)就是避免由于回灌水過(guò)快地到達(dá)開(kāi)采井,從而引起開(kāi)采井溫度的降低。反之, 如果回灌井距離開(kāi)采井或地?zé)崽镩_(kāi)采區(qū)過(guò)遠(yuǎn), 又不能起到保持熱儲(chǔ)壓力, 穩(wěn)定地?zé)崽锷a(chǎn)能力的作用。地?zé)峄毓嗍歉叨纫蕾噲?chǎng)地的, 也就是說(shuō)每個(gè)回灌工程之間會(huì)因?yàn)殚_(kāi)采井和回灌井之間的地質(zhì)條件不同而存在差異, 甚至存在很大的差異。因此, 在生產(chǎn)性回灌之前必須進(jìn)行回灌試驗(yàn), 并在回灌試驗(yàn)的過(guò)程中進(jìn)行示蹤試驗(yàn), 以研究回灌水在熱儲(chǔ)中運(yùn)移的規(guī)律,研究回灌對(duì)于穩(wěn)定熱儲(chǔ)壓力和改善地?zé)崽锷a(chǎn)技術(shù)條件方面的作用, 研究合理的回灌量和運(yùn)行方式。

預(yù)測(cè)溫度界面的運(yùn)移速度在回灌工程設(shè)計(jì)中的重要性是可想而知的。但是, 在不掌握回灌水運(yùn)移路徑的性質(zhì)之前, 是很難對(duì)此進(jìn)行計(jì)算的。因此, 經(jīng)常根據(jù)示蹤試驗(yàn)成果來(lái)預(yù)測(cè)回灌引起開(kāi)采井冷卻的可能性。

堵塞問(wèn)題

在地?zé)峄毓嘀? 經(jīng)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(xué)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(jìn)入熱儲(chǔ)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(guò)濾的方法去除水中的懸浮物, 然后再進(jìn)行回灌。當(dāng)回灌井的水位低于地表時(shí), 應(yīng)在回灌井中安裝回灌管, 使回灌水通過(guò)回灌管直接到達(dá)井水位以下, 以避免回灌水在井筒中自由下落過(guò)程中混入氣泡, 從而影響井的回灌能力?；瘜W(xué)堵塞是由于物理化學(xué)狀態(tài)的改變或回灌水與地?zé)崴g的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)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?zé)崽? 發(fā)電后的地?zé)崴幕瘜W(xué)組分濃度增加, 溫度和壓力降低, 可能形成過(guò)飽和溶液, 產(chǎn)生沉淀析出?？諝獾淖饔靡部赡芗铀俪恋碜饔谩Ｒ虼? 在設(shè)計(jì)回灌系統(tǒng)時(shí), 應(yīng)研究合理的回灌水溫度和工作壓力, 盡可能避免產(chǎn)生化學(xué)沉淀而影響井的回灌能力。還應(yīng)注意保證系統(tǒng)的密閉性,盡量避免回灌水和空氣接觸。在可能產(chǎn)生沉淀的化學(xué)組分含量較高時(shí), 可以通過(guò)調(diào)節(jié)回灌水的pH值避免化學(xué)沉淀的產(chǎn)生。

回灌效果的監(jiān)測(cè)和研究

為了掌握回灌的效果, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)回灌引起的不利影響, 應(yīng)該對(duì)開(kāi)展回灌的地?zé)崽镞M(jìn)行更為嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)。對(duì)于回灌井, 需要觀測(cè)回灌的水量、水溫、井口壓力(水位)和水質(zhì)。對(duì)于開(kāi)采井, 觀測(cè)項(xiàng)目包括開(kāi)采量、出水溫度、壓力(水位)和出水的水質(zhì), 還要監(jiān)測(cè)示蹤劑的濃度。此外, 還應(yīng)對(duì)周圍的地?zé)峋M(jìn)行監(jiān)測(cè), 除了正常的水量、水溫、壓力和水質(zhì)監(jiān)測(cè)外, 也應(yīng)采取一些水樣監(jiān)測(cè)示蹤劑的濃度。當(dāng)回灌停止或暫停時(shí), 應(yīng)以一定的時(shí)間間隔測(cè)量回灌井和開(kāi)采井內(nèi)的溫度剖面, 以觀測(cè)回灌井停灌后的升溫情況和開(kāi)采井中可能的冷卻。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)回灌的短期效果, 要研究回灌的*效果就需要建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀Ｒ环N較為簡(jiǎn)單適用的模型就是根據(jù)示蹤試驗(yàn)得到的參數(shù), 求取解析解。對(duì)于復(fù)雜的情況, 需要建立數(shù)值模型。地?zé)崽锏拇罅块_(kāi)采必然會(huì)造成熱儲(chǔ)壽命縮短，地下水位下降，并導(dǎo)致地面沉降，如果將開(kāi)發(fā)利用后的地?zé)釛壦毓嗟叵拢涂纱蟠鬁p輕上述弊端并控制地?zé)崴畬?duì)地面的化學(xué)污染。對(duì)以熱水為主的熱水型地?zé)崽?，回灌困難zui大，因?yàn)橐毓嗵幚淼膹U熱水?dāng)?shù)量很大。在評(píng)價(jià)回灌方案時(shí)，要考慮回灌水的數(shù)量、溫度和化學(xué)成分。實(shí)踐證明，回灌廢熱水以保持熱儲(chǔ)層的壓力和總開(kāi)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(chǎn)井的水溫降低。