砂岩层地热水回灌实践VIP专享VIP免费

砂岩层地热水回灌实践作者：（德国）彼得·赛毕特，马库斯·沃夫格冉姆翻译：刘道选孙启邦肖红摘要德国北部盆地地热资源开发利用集中调查始于20世纪80年代初。第一次在砂岩层进行生产、回灌实验于1982年开始，从而建成了第一家地热供暖企业1984年起向瓦伦镇居民供暖。随后，又有更多的地热供暖企业在新勃兰登堡、新格莱维、柏林、诺伊鲁平等地相继投入运行。在德国，越来越多地区正在筹备建设地热供暖和发电项目。用砂岩层作为热储层是一项新的技术解决办法。掌握准确的地质知识和地球化学条件是地热利用项目规划、建设、运营成功十分重要的先决条件。过滤实验，地球化学、水文数学模拟实验，以及这几种实验的综合应用都是为了这个目的。本文重点介绍地质、地球化学条件以及技术解决办法和实践经验。1、地热能应用和热储在地热能应用中，先将地热水通过生产井提升到地面，提取热能以后，再将尾水通过注入井回灌到地下原层位。将提取热能后的地热尾水回灌到地下，是为了保持地下水力平衡，更重要的是，防止矿化度较高的地热水排放到地表水中，引发环境污染。因此，地热水在生产井和回灌井之间是一个封闭的循环系统。通过交换器将热能从地热水提取，再由第二个循环系统将热量提供给用户。这样，地热热储系统就要由开发同层的两个井或两组井来组成。两对（组）井都要下井泵，安装套管，以便地热水从两个方向都能通过。热交换器通过地面管网系统连接两对（组）井，提取和供应热能。这里特指的是德国北部—波兰的模式，这个模式是欧洲中部的主要模式，也包括丹麦—波兰和北海的模式。2、水文地质和地球化学条件2.1热储特点孔隙热储的特点是大量不规则的颗粒形成了空隙。这类颗粒是主要是由砂岩组成的。热储的大小、形状、沉积结构、基质、矿物质含量是第一位的，孔隙渗透度、密度、水流情况是第二位的，当然也同等重要。从经济角度看，低温地热水热储（40—100℃）要求大规模的热水源和流速（50—100m3/h/well）。它们的应用是由下列地质条件决定的：---有含水岩石结构（含水层）；---这种岩石结构有充足的垂直、水平孔隙以保证长期生产（生产热储）；---这个生产热储中的水温度从经济上角度分析符合要求；---具有提取热能技术操作中所需的合适水量（地热水采、回循环中的材料和系统匹配）；---含水层周围有广泛的扩展空间、高流速、能保证长期稳定生产、回灌，特别是有孔隙、能渗透、厚度高。我们寻找厚度高、孔隙大、密度低的砂岩，这种砂岩孔隙大，颗粒结构变化不大。具体要求要按实际情况确定。上世纪后十年，对地热水砂岩热储层回灌进行了广泛的研究，并在不同地方应用，取得了成功。尤其在德国，近几年或近十年来，砂岩层地热水开采回灌取得了一定的经验。成功回灌最主要的标准是注入的指标，也就是积累的热储中地热水活动的数据。下列参数决定有效注入指数的成功。首先，用于地热开发的砂岩层，提供的数据表明：---孔隙度大于20%；---渗透度大于0.2μ㎡；---砂岩层最低厚度20m；同时，它们的特点：---孔隙层中大孔隙（半径大于5.000nm）比例超过60%或中小孔隙小于50%；---在大孔隙范围内的孔隙半径大于5.000nm；---好的和更好的孔隙半径分类大于0.4--0.5；---在大于10.000nm半径的孔隙层中有大于20%的孔隙；---小于0.063mm的细泥沙粒（淤泥和粘土）小于10—12%；---粘在一起的物质和泥浆的平均含量不超过8—10%。在德国北部盆地约3,000m的地下发现这样的砂岩。图1德国东北部含地热水砂岩示意图2.2地热水的化学特点在德国东北部开发的中生代地热水，据分析，是盐矿化度高的Na-(Ca-Mg)-Cl水深水中盐的含量超过300g/L。其主要成份是氯离子（最大值49毫摩尔%）和钠离子（43—47毫摩尔%）。镁、钙、钾、铁、锶、锰，还有硫、溴、碘离子等为次要成份或微量。甚至当水冷却以后，其溶解离子仍维持在饱和线以下。当二氧化碳释放后，碳化合物可能沉淀下来。硅酸和硼离子只有很少的含量。地热水中含有少量可溶气，叫作“结构气”，主要是氮和二氧化碳，其次是甲烷，还有少量的乙烷、氢气和氦气。中生代深水对比表明，PH值显示酸性。表1德国东北部地热工厂地热水特性柏林（国会大楼）新勃兰登...