地熱是一種無污染、可再生的清潔能源，與傳統(tǒng)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，越來越受到重視。但地熱資源過度開采或養(yǎng)護不當會造成資源枯竭，為確保地熱資源的可持續(xù)發(fā)展，同時避免環(huán)境污染，最有效的技術措施就是地熱回灌技術。

回灌是把經(jīng)過利用的地熱水，通過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(xù)開采和循環(huán)利用，使地熱能成為一種可持續(xù)的清潔能源。

回灌過程中，由水中懸浮物、氣泡、化學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題一直沒有解決，是地熱可持續(xù)開發(fā)利用中公認的技術難題。地熱水回灌系統(tǒng)中，回灌井的鉆井完井工藝是回灌能否實現(xiàn)的重要技術環(huán)節(jié)，回灌井井深多為2000～3000 m。

地熱回灌技術主要有以下作用。

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, 有很多有毒的化學物質(zhì), 因此直接將地熱廢水排放到環(huán)境中可能會造成污染。

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(nèi)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)過地熱井的加熱, 就會提高地熱資源的利用率。

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

地熱井尾水回灌技術及其應用效果研究進展

地熱井在進行大量開采后, 必然造成熱儲壽命的縮短, 同時會造成地下水位下降, 最終導致整個地面發(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程中保持整個管道處在真空的環(huán)境, 同時使回灌井處于真空狀態(tài), 防止空氣中的雜質(zhì)進入, 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, 泵管及水管內(nèi)即充滿水;當停泵時關閉控制閥和揚水閥后, 由于水的重力作用, 其隨泵內(nèi)水面下跌, 泵內(nèi)水面與控制閥區(qū)間即會產(chǎn)生真空, 使泵內(nèi)外水位產(chǎn)生10m高的水頭差;當開啟水源閥門和控制閥門后, 因真空虹吸作用, 水就能進入泵內(nèi), 破壞原有的壓力平衡, 在井周圍產(chǎn)生水力坡降, 回灌水就能克服阻力向含水層中滲透。

真空回灌時需要注意的幾個問題: (1) 進行回灌時, 應該首先檢查真空的密封的效果; (2) 回灌的數(shù)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行; (3) 必須要及時采取沖洗措施; (4) 一定要保證回灌記錄的完整性, 做到有據(jù)可查; (5) 在冬季進行作業(yè)時應該要做好管道的防凍措施, 同時保證內(nèi)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, 用這種方式來進行回灌, 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, 有時候還與地下水熱水的流動順暢程度有一定關系。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。

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

無論哪種地熱井回灌技術, 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, 隨著回灌時間的延續(xù), 回灌時會出現(xiàn)各種阻塞現(xiàn)象, 導致單位時間的回灌量下降。所以, 無論采用哪種回灌技術, 在回灌過程中, 人們都要結(jié)合各種防腐蝕阻塞處理技術來盡可能保證回灌水量持續(xù)穩(wěn)定。