天津市地热供热单井回灌整合方法探析--以河西区某井为例

第43卷 第4期 2016年4月天 津 科 技TIANJIN SCIENCE & TECHNOLOGYV ol.43 No.4Apr. 2016收稿日期：2016-03-14应用技术天津市地热供热单井回灌整合方法探析——以河西区某井为例甄垣津1，曾小强1，沈 健2，王光辉3，牛伟达2(1. 天津市广视房地产开发公司 天津300204；2. 天津地热勘查开发设计院 天津300250；3. 天津市国土资源和房屋管理局地质事务中心 天津300042)摘 要：天津是我国地热资源开发较早的地区之一，但是随着需求的不断增加，地热资源开采量不断加大，影响了地热资源的可持续开发利用。

地热供暖单井的资源整合是地热资源保护的重要工作之一，通过对河西区某井的地热资源整合，实现了地热资源的回灌开采模式，年新增地热回灌量37×104m 3，为今后地热资源的整合工作起到了示范作用。

关键词：地热资源 地热单井 回灌 整合中图分类号：TD98 文献标志码：A 文章编号：1006-8945(2016)04-0056-04Analysis on the Integration Method of Single Well and Recharge ofGeothermal Heat Supply in Tianjin ：A Case Study of a Well in Hexi DistrictZHEN Yuanjin 1，ZENG Xiaoqiang 1，SHEN Jian 2，WANG Guanghui 3，NIU Weida 2(1．Tianjin Guang Shi Real Estate Development Company ，Tianjin 300204，China ； 2．Tianjin Geothermal Exploration Development Designing Institute ，Tianjin 300250，China ；3．Center of Geology ，Tianjin Bureau of Land Resources and Real Estate Management ，Tianjin 300042，China ) Abstract ：As one of the earlier cities engaging in geothermal resource development ，Tianjin is facing the problem of sus-tainable development of geothermal resources following their increasing demands and expanding exploitation quantity ．For single well ，geothermal heating resources integration is one of the important works for geothermal resources protec-tion ．This paper takes geothermal resources integration of a well in Hexi District as an example to explain the geothermal resources exploitation and reinjection mode ．It shows that new geothermal recharge volume reaches 37×104 cubic me-ters ．This study will provide a demonstration for future work of geothermal resources integration. Key words ：geothermal ；geothermal single well ；recharge ；integration0 引 言天津是我国地热资源开发较早的地区之一，地热开发利用规模和水平均走在全国前列。

[1]然而，随着需求的不断增加，地热资源开采量不断加大，出现了热储压力持续下降、排放尾水温度过高、地热资源利用率降低等问题，影响了地热资源的可持续开发利用。

近年来，天津市在地热供暖项目上采用对井采灌开发利用模式，建成了多处地热对井采灌系统，从实际运行看，效果较好。

[2]但早期形成的一些地热供暖利用系统仍为单井开采，若为这些项目补建回灌井，大多受到经济、施工场地和地质构造等条件的制约，落实难度很大。

对现有的地热单井进行合理的资源整合，组成采灌系统，既可以减少补建回灌井的钻探施工费用，又可以加强回灌，提高地热利用率，还符合政府回灌补贴政策，一举多得；从区域上看，可以有效缓解热储压力下降，促进天津市地热可持续开发利用和环境保护工作。

2016年4月甄垣津等：天津市地热供热单井回灌整合方法探析——以河西区某井为例·57·1 地热单井回灌整合可行性分析地热单井回灌整合一般有两种方式：①在两眼开采单井相距较近，且供热面积较小的情况下，将其中一眼开采单井改造为回灌井，通过管路连接将原有的两个单井开采系统改造为一个对井采灌系统，实现地热单井的回灌。

②开采单井与周边现有回灌井相距较近，可通过管路连接将该井的地热尾水回灌至回灌井中，实现地热单井的回灌。

本项目符合第2种情况，H-1地热开采井位于河西区友谊北路附近(见图1)，该井成井于1996年。

开采热储层为中新元古界蓟县系雾迷山组，该井年平均开采量为20×104m3，主要为居民小区进行集中供暖。

由于是单井开采形式，温度高达50℃的地热尾水直接排放到市政污水管网，不但造成了地热资源的极大浪费，也对市政管网的水处理形成了较大的 负担。

图1地热井交通位置图Fig.1Traffic location map of geothermal wellsH-4、H-3地热井与H-1地热井相距较近(见图1)。

两井热储层均为蓟县系雾迷山组，目前H-4井与H-3井为一对采灌系统，年均回灌量约为17×104m3，回灌率100%。

根据两个系统的运行记录：H-1井在供暖季最大开采量为100m3/h左右，H-1井的流体未来可回灌至H-3井的最大量为60～80m3/h，回水温度为45～50℃；H-4井的流体回灌至H-3井的最大量为80～120m3/h，回水温度约为45～48℃。

因此整合后最大回灌量为140～200m3/h左右。

H-3井回灌能力一直较为稳定，始终未出现明显的衰减现象。

以2014年为例，供暖季平均回灌量在80m3/h左右，该井稳定动水位为110m，回灌率达到100%。

说明该地区蓟县系雾迷山组热储层岩溶裂隙发育，回灌能力较强。

H-3经过科学的技术改造后具备满足“两采一灌”的回灌潜力。

根据2014天津地区地热资源动态监测数据显示，该区域雾迷山组水位每年下降4～5m。

为了保护地热资源，实现可持续开发利用，本整合项目将H-1地热开采单井并入H-4与H-3地热井系统中，形成“两采一灌”开发利用模式，既可增加地热水资源回灌量、维持热储压力，又可减少尾水排放，降低对环境的影响。

2 回灌整合工作2.1 地热回灌井技术改造在热储层裂隙发育程度满足的情况下，利用酸化压裂的方法可以有效提高地热井的产能，尤其在对老旧回灌井修复处理中，对提高回灌效果极为重要，[3]同时对于提高地热井的使用寿命和维持地热资源的可持续发展效果显著。

根据以往监测资料显示，H-3井具备较强的回灌能力，但由于该井使用年限过长，导致井底锈蚀物堆积。

为了确保该系统冬季的正常使用，更好地增大回灌井的回灌能力，本项目采用了酸化洗井的方法对回灌井进行处理，增大回灌量，进而满足未来两采一灌的需求。

酸化洗井主要工艺方式及参数如下：酸化工艺：盐酸酸压工艺；挤注方式：正挤；浓度：22%；挤注压力：≤20MPa；排酸方式：汽化水排酸。

2.2 地面回灌系统技术改造天津市基岩裂隙热储层的回灌研究工作始于 20世纪80年代，[4]经过多年的研究和实际运行监测，基岩热储地热回灌系统对于回灌水质主要有以下要求：①水质稳定，回灌水与储层水相混不应产生沉淀，以防止回灌水质对良好热流体造成不可逆转的伤害影响；②回灌水注入目的热储层后不应使岩石矿物产生水化反应；③回灌水中不得携带大量固体悬浮物，以防堵塞渗流裂隙通道；④回灌水不应是存放时间长、已滋生各种细菌的二次污染水；⑤回灌水对回灌系统设施的腐蚀性小。

因此，需要对灌入回灌井的地热尾水水质进行严·58·天 津 科 技第43卷 第4期格控制，合理的地面回灌系统可以有效避免回灌的物理堵塞、气体堵塞等，提高回灌率、维护回灌井的持续有效运行，保证地热回灌通畅并具可持续性。

地面回灌系统改造工作主要有：2.2.1保证回灌系统密闭性回灌系统要严格保证密闭性，避免回灌流体回温度、压力等因素变化而产生沉淀，从而导致热储层堵塞。

2.2.2增加过滤设备为有效减少回灌中的堵塞，保证回灌顺利开展，在回灌井口需设置过滤器，过滤精度为50μm，采用自清洗及多台过滤器并联安装，当进行清理或维修时，不会影响回灌工作的进行。

过滤器进出口两端均需安装压力监测仪器，根据压力变化制定反清洗的时间，以保证过滤效果。

2.2.3增加排气罐回灌流体由于管径阻力和流动状态的变化，水动力流场状态也会发生变化，流体中的部分气体析出并生成气泡，驻留在岩石空隙中会产生气堵。

在回灌前应设置排气装置，地热尾水进入罐体，由于管径的变化，流速迅速降低，压力下降，气泡内的压力和罐内压力形成压差，迫使气泡爆裂，将气体释放出来并通过排气阀排除。

2.2.4安装地热输送泵由于H-1井至H-3回灌井的输水管线长度较长，为使地热尾水顺利回灌，需要在H-1地热井泵房增加地热输送泵。

由于水泵为供暖期连续运行，因此水泵设置为一用一备共两台。

2.2.5储水罐安装由于H-1井地热尾水随气温变化随时调整，且地热尾水压力很低，为保证地热输送泵前压力，防止抽空，需要在H-1地热井泵房增加储水罐1个。

改造后的地面回灌系统如图2所示。

图2地面回灌系统流程示意图Fig.2Schematic diagram of the ground return irrigation system2.3 回灌管路敷设管道设计参数为DN150。

根据施工现场的实际条件，在原有穿越主路管道的基础上，以直埋、架空和导向钻牵引管敷设作为管道的铺设方法。

在设备安装和管道敷设施工过程中对施工质量进行严格控制。