| 标题 | 地热回灌技术探讨及应用实例 |
| 范文 | 孙立生 摘 要：为了响应国家的“十三五”规划及相关节能减排政策，改变落后的回灌技术所带来的地下水污染和水位降低的现状，中国海洋石油渤海有限公司天津水电热工程技术分公司采用了先进的管式分离膜过滤技术，有效过滤了地热供暖尾水中的微生物、铁锈及其他杂质，达到清洁回灌，使公司的经济效益和社会效益大幅度提升。 关键词：地热；回灌技术；管式分离膜 中图分类号：TK521 文献标志码：A 0 引言 燃煤供暖是导致北方雾霾天气的主要原因之一，为了消除这一弊端，国家一直提倡清洁能源供暖，特别是2017年国家相关部门提出京津冀及周边地区大气污染防治工作方案，明确了禁煤区域。而地热资源作为供暖的清洁能源之一起到了很大的贡献，消除了燃煤产生的化学污染，并且供暖费用大幅度降低。但许多供热单位只看到了地热资源的经济性，却忽略了对地热保护性回灌。随着地热水大量开采，导致地下水位以每年1m～2m的幅度持续下降，采取有效的地热回灌技术才是保护地热资源的根本。 1 地热回灌现状 在20世纪末期，北京、天津地区已开始回灌试验，试验结果证明地热回灌是可行的，但由于回灌技术相对落后，回灌效果不佳。近年来由于回灌技术的持续发展，回灌量有所改善。中国海洋石油渤海有限公司天津水电热工程技术分公司负责天津市塘沽区东沽石油新村片区68万m2的供暖运行，采用馆陶组地热直供加热泵调峰的方式供暖。2012年，开始进行回灌井建设，前期回灌效果较好，但由于回灌过滤设备简单，导致回灌井逐渐堵塞，堵塞原因主要是地热尾水中的悬浮物颗粒，在回灌压力作用下附着在回灌井的井壁上或进入热储的裂隙中影响回灌能力。并且，回灌水中的氣泡也会影响回灌的速度，回灌水量基本维持在20m?/h～30m?/h。 2 回灌技术方案 东沽石油新村的供暖系统采用地热直供方式，循环后的水质较差，并且供暖管网使用年限较长，管道内铁锈、悬浮物较多，容易堵塞砂岩空隙，影响回灌效果。综合考虑上述因素，回灌采用了管式分离膜地热尾水处理技术，通过多级处理装置，使处理后的地热尾水满足孔隙型热储回灌要求。 处理设备主要由旋流除砂器、袋式过滤器、管式分离膜过滤器、排气装置和金属防垢器组成。 （1）旋流除砂器 地热供暖系统长期运行，管道不能经常更换，除砂器可以清除管道中的大粒径泥沙、铁锈块等机械性杂质，保持系统内水质的洁净，保护设备，防止管道阻塞。 （2）袋式过滤器 在回灌井井口安装了袋式过滤器，袋式过滤器是一种结构新颖、体积小、操作简便灵活、节能、高效、密闭工作、适用性强的多用途过滤设备。过滤器内部由金属网篮支撑滤袋，液体由入口流进，经滤袋过滤后从出口流出，杂质拦截在滤袋中，能够有效减少地热尾水在管路运动过程中携带引起堵塞热储的物质，保证回灌顺利。 （3）管式膜过滤器 分为一级管式膜过滤器和二极管式膜过滤器，一级过滤精度为10μm，去除大部分悬浮物、微生物、胶体和铁锈等杂质，二级过滤精度1μm，去除剩余的悬浮物、微生物、细菌等杂质，使出水达到会灌水要求。过滤器配备了反冲洗泵及清洗罐，通过PLC控制，实现自动反洗。 （4）排气装置 回灌流体由于管径阻力和流动状态的变化，水动力流场状态发生变化，流体中的部分气体析出并生成气泡，当驻留在砂岩孔隙中会产生气堵。为避免回灌过程中产生气堵，在回灌井井口前安装一个脱气罐，使地热尾水进入罐体，通过管径变化，让流速迅速降低，压力下降，通过气泡内的压力和罐内压力形成的压差，迫使气泡爆裂，将气体释放出来并通过排气阀排除，防止气泡进入地下，阻塞回灌水通道。 （5）金属防垢器 金属防垢器通过合金材料与回灌水间的电场作用，降低结垢离子在回灌过程中的结垢。 3 回灌系统的工艺流程 供暖系统循环后排放的地热尾水通过回灌泵及回灌管线，进入旋流除砂器，去除大颗粒泥沙、铁锈块等机械性杂质，然后进入袋式过滤器，进一步除掉尾水中悬浮物和胶体等杂质。之后地热尾水进入一级管式分离膜过滤器，过滤精度10μm，除掉大部分悬浮物、微生物、铁锈和胶体。接着进入二极管式分离膜过滤器，过滤精度1μm，除掉剩余的悬浮物、微生物、细菌等杂质，此时出水基本达到回灌水的指标要求。然后进入脱气罐，除掉地热尾水中空气和气泡，如果气泡进入地热井，会堵塞热储通道。脱气后的地热尾水经过金属防垢器，减少易结构的离子，最后经过处理的地热尾水回灌至地热井。 4 回灌效果评估 （1）回灌试验 回灌试验前测得静水位埋深121m，对应液面温度27℃。 第一组试验累计持续回灌37.5h，回灌地热尾水温度37℃，稳定回灌量40m?/h，稳定动水位96m，稳定时间12h。 第二组试验累计持续回灌28.1h，回灌地热尾水温度40℃，稳定回灌量65m?/h，稳定动水位78m，稳定时间20h。 第三组试验累计持续回灌65h，回灌地热尾水温度39℃，稳定回灌量84m?/h，稳定动水位58m，稳定时间50h。 根据试验数据，通过相关公式计算，单井回灌量约为92m?/h，与开采量比较满足回灌要求。 （2）水质分析 为了确定回灌系统的处理效果，分别对过滤前、过滤后的地热尾水进行了取样分析，分析项目包括腐生菌、悬浮物、铁细菌及粒径等，分析化验结果表明，地热尾水经过过滤，里面的悬浮物含量由9.33mg/L降至0.4mg/L，腐生菌由1300个/mL将至0.0，铁细菌由13个/mL将至0.0，经过处理后的细菌、腐生菌等各项目的含量满足回灌水质要求。 粒径分析表明，过滤前地热尾水的粒径在0.10μm至5.0μm左右，过滤后地热尾水的粒径在0.12μm左右。由分析结果可知，过滤后悬浮物的颗粒的粒径满足回灌水标准。 （3）回灌系统的先进性 回灌系统密闭，消除了地热尾水的温度、压力等因素变化而产生沉淀导致热储层堵塞的现象。 管式分离膜处理技术利用过滤精度高的管式分离膜为分离介质，能够有效过滤了悬浮物、细菌等杂质，保证地热尾水符合回灌水质要求。管式分离膜表面光洁度好，不易被杂质堵塞，保证过滤器处理的地热尾水流量稳定。同时，采用管式分离膜技术，能够实现自动反洗，保证回灌系统稳定安全运行。 5 经济效益 根据现在的天津市矿产资源补偿费的优惠政策，对采取回灌方式进行开发利用的单位，回灌部分的矿产资源费只收取正常费用的30%，并且地热水回灌部分可以免缴纳排污费，单井按年开采量20m?×104m?计算，可节约46万元。 6 社会效益 目前天津市部分早期进行地热利用的单井系统地热尾水直接排放，而且排放温度较高，造成地热资源严重浪费。东沽回灌井经过新回灌技术的应用，实现了地热尾水大量回灌，达到了保护地热资源的目的，缓解了热储压力的下降速率，延长了地热井的使用寿命，也为其他地区地热井回灌提供了实践依据。 结语 管式分离膜回灌技术的成功实施，获得了较高的经济效益和社会效益。减少了地热尾水排放造成的资源浪费，避免了地热尾水直接排放引起的热污染，有效地保护了生态环境。此技术如在地热供暖行业中大力推广，必然成为地热回灌的主要技术。 参考文献 [1]彭新明，张勇.国内地热回灌模式浅议[J].西部探矿工程，2006（2）：143-144. [2]刘志明，梁继运，刘春雷.地热回灌条件下流体可采量评价方法[J].地下水，2016，38（2）：61-63. |
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