本篇文章給大家談?wù)劦責(zé)峋逵?地?zé)峋吃趺茨芨伸o？對應(yīng)的知識點，希望對各位有所幫助。

地?zé)峋逵?地?zé)峋吃趺茨芨伸o？

文章導(dǎo)航列表:

地?zé)峋吃趺茨芨伸o？

地?zé)峋鏊繙p少用什么化學(xué)物清洗

洗井作業(yè)

回灌流體水質(zhì)處理措施

什么是地?zé)峋責(zé)峋心男┯猛?/p>

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高溫泥漿降溫措施及冷卻降溫系統(tǒng)

地?zé)峄毓嗖僮骷夹g(shù)

德州市城區(qū)地?zé)崃黧w的水質(zhì)特征及水質(zhì)評價

地?zé)峋吃趺茨芨伸o？

洗井的方法大致有以下幾種：
1、噴射洗井，深水井井下出沙，通過花管孔眼清除井壁泥皮，疏通裂隙；
2、壓縮空氣洗井（正、反循環(huán)），震蕩、抽吸井內(nèi)沖洗液，疏通裂隙并排除沉沙；
3、水泵抽水洗井，地?zé)峋鲁錾常宄壮辽常?
4、酸洗井，將鹽酸壓入碳酸鹽類巖層的裂縫中，擴大地下水出水通道；
5、多磷酸鹽洗井，與井內(nèi)泥皮發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其沉淀，輔以其他方法使其排除孔外；
6、液態(tài)CO2洗井；
7、活塞洗井，清除井壁泥皮，抽吸裂縫泥沙；
8、壓水洗井；
9、洗井、增水

地?zé)峋鏊繙p少用什么化學(xué)物清洗

洗井作業(yè)

物探測試、下管、固井作業(yè)結(jié)束后(或大口徑填礫止水)就應(yīng)立即開展洗井工作,這一環(huán)節(jié)在地?zé)峋删杏葹橹匾３Ｓ玫南淳椒ㄓ袡C械洗井和化學(xué)洗井。機械洗井方法主要有活塞洗井法、高壓噴射洗井法、氣舉法、水力震蕩法、氣水混合洗井法和潛水泵洗井法。化學(xué)洗井方法主要有鹽酸洗井法、二氧化碳洗井法、多磷酸鹽洗井法和氫氟酸洗井法。

(一)機械洗井法

1.活塞洗井法

活塞洗井法是在水文水井中常用的一種方法。活塞常用小徑抽筒制作,下入深度一般為～m(視井身結(jié)構(gòu)和儲層情況調(diào)整),一般用0.～1.5m/s速度上下提拉,促使井內(nèi)產(chǎn)生瞬時真空和形成水力沖擊,將孔壁泥皮、環(huán)空中的泥餅破壞并將含水層中的細小顆粒攜入井中,從而疏通含水通道使井達到正常的出水量的目的。這種方法因操作簡單,成本低,有一定的效果,一般在較淺的水井中應(yīng)用。活塞洗井的不利之處在于因巨大的抽吸力會把地層中的細小顆粒大量引向井的四周,以致引起嚴重的涌砂或堵塞井壁進水通道,甚至損傷井管等。

在地?zé)峋淳鳂I(yè)中一般很少采用活塞洗井,因地?zé)峋^深,鉆機設(shè)備無撈砂滾筒,鉆機提升系統(tǒng)多為8～股鋼絲繩,提升速度慢,很難在儲層中形成壓力激動。

2.高壓噴射洗井

高壓噴射法是最有效的洗井方法之一,國內(nèi)外普遍采用這種方法。它能夠使過濾器得到全部有效的吹洗,射流擾動附近含水層,造成一定的壓力波動,能得到很好的效果,是地?zé)徙@井洗井工藝中必不可少的工藝措施。但高壓噴射的噴嘴應(yīng)為近似鉆頭噴嘴,優(yōu)化噴射流型,以提高射流的噴射速度,提高洗井效率。

3.氣舉洗井法

氣舉洗井法是地?zé)峋┕ぶ谐Ｓ玫囊环N洗井方法,一般采用7m³/min或9m³/min的空壓機,通過下入井內(nèi)～m深的風(fēng)管向井內(nèi)壓入壓縮氣體,壓縮空氣與水混合形成密度較小的氣水混合液噴出,造成井管內(nèi)外的壓力差,井底壓力劇烈激蕩,沖擊破壞井壁泥皮,誘導(dǎo)地層水涌入井內(nèi),攜帶巖屑顆粒連續(xù)懸浮,同時可將孔底沉淀物排出地面,從而達到洗井的目的。

氣舉洗井法對粉細砂含水層或者含水層顆粒級配雖粗,但內(nèi)含大量細顆粒及粉細砂夾層,洗井效果明顯。關(guān)鍵一點是風(fēng)管下入深度非常重要,風(fēng)管如果下的過深,對地層形成過大的壓差,極易造成地層砂的紊亂,過濾器外部的鉆井液、泥餅等有害物質(zhì)被地層砂擠牢而無法洗出,增加洗井難度和時間,天津塘沽地?zé)峋淳畷r就曾經(jīng)發(fā)生過類似情況。建議采取漸進、疏導(dǎo)式洗井。

4.水力振蕩洗井解堵技術(shù)

該工藝是把水力振蕩器對準目的層,在地面將液體泵入井內(nèi)并通過水力振蕩器產(chǎn)生高頻水力脈沖波。水力脈沖波可在流體內(nèi)建立起振動場,以強烈的交變壓力用于目的層,在目的層內(nèi)產(chǎn)生周期性的張應(yīng)力和壓應(yīng)力。對巖石孔隙介質(zhì)產(chǎn)生剪切作用,使巖石孔隙表面的粘土膠結(jié)物被振動脫落,解除孔眼的堵塞。對堵塞于近井地層孔隙中的雜質(zhì),在脈沖振蕩波的作用下,雜質(zhì)與孔隙間的結(jié)合力將在疲勞應(yīng)力下遭到破壞,使其振蕩脫落,并在洗井時被排出,解除目的層雜質(zhì)堵塞,恢復(fù)近井帶地層滲透率,達到水井正常產(chǎn)水量或回灌量的目的。

國內(nèi)常用的赫姆霍爾茲(Helmholtz)腔形水力振蕩器在油田廣泛應(yīng)用。同時得到啟發(fā),使用這項工藝將有助于在將來回灌井施工過程中采用這項新技術(shù)解決地層的堵塞問題。

通過近年來工作實踐,分析、對比各種洗井方法的實際效果,并進行篩選使其得到優(yōu)化和規(guī)范。如天津地區(qū)新近系館陶組地?zé)峋饕淳襟E如下:

1)首先用清水將井內(nèi)泥漿置換干凈;

2)打入～m³濃度為1%的三聚磷酸鈉浸泡過濾器部位小時(對該溶液按1%,1.5%、2%濃度進行溶解試驗,結(jié)果1%濃度效果最好);

3)下入高壓噴射噴頭,高壓沖洗過濾器部位并產(chǎn)生振蕩和壓力波動達到破壞過濾器部位的堵塞物或泥餅等吸附雜質(zhì),達到清洗的目的;

4)按照空壓機洗井程序,先下入鉆桿m,用氣舉產(chǎn)生負壓的方法,誘導(dǎo)地下熱儲層水進入井內(nèi)排出井外而達到洗井的目的。然后下入鉆桿～m依次氣舉洗井,待水清砂凈后,洗井工作結(jié)束。

(二)化學(xué)洗井法

1)鹽酸洗井原理是鹽酸與含水層(段)孔(裂)隙內(nèi)及井內(nèi)的碳酸巖屑、巖塊、含鈣質(zhì)成分的其他雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成可溶性鹽類、氣體或其他可溶于水的物質(zhì),從而疏通滲水通道。

2)二氧化碳洗井是將二氧化碳液體送入井中,化學(xué)反應(yīng)原理除和鹽酸洗井法相同外,還有物理作用,由于壓力降低及其增溫后迅速氣化膨脹,在短時間內(nèi)其體積增大數(shù)十倍至數(shù)百倍,這時二氧化碳以強大的高壓氣流噴出井口,使井產(chǎn)生強大的內(nèi)向激流和外向激流(前者發(fā)生之后的瞬間),使堵塞于孔(裂)隙中的物質(zhì)在外向激流的作用下隨二氧化碳氣流沖出,被攜帶出地表。

3)多磷酸鹽洗井法常用的試劑有:六偏磷酸鈉[(NaPO₃)₆]、三聚磷酸鈉[Na₅P₃O](又稱五鈉)、焦磷酸鈉(Na₄P₃O₇)(又稱四焦磷酸鈉)和磷酸三鈉(Na₃PO₄)等。多磷酸鹽是配合物的一種,多磷酸根陰離子配合泥漿中的Ca²⁺,Mg²⁺,使其轉(zhuǎn)化成惰性離子不再與別的離子化合沉淀,本身亦不會聚結(jié)沉淀,因而它可破壞泥漿中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),降低表面張力,加速井壁泥皮活化,使其呈分散和懸浮狀態(tài)。

4)氫氟酸(土酸)洗井法是利用氫氟酸與孔(裂)隙中的硅質(zhì)巖屑發(fā)生反應(yīng),生成可溶性鹽類物質(zhì)及氣體,從而達到解除孔(裂)隙堵塞、擴大滲水空間的目的。

總之,化學(xué)洗井法是應(yīng)用化學(xué)成分同沖洗液中的成分進行化學(xué)反應(yīng)(也包括綜合反應(yīng)),以達到破壞鉆井施工中形成的假孔壁及孔壁外的泥漿,使泥皮與泥漿脫離井管及含水層。有利于在洗井中排出井外。優(yōu)點是選用易溶于水的化學(xué)試劑物質(zhì)成分,與孔壁及泥漿反應(yīng)均勻,可使整個受侵害的含水層段都被清洗。它解放了鉆探中沖洗液的限制,無論什么樣的沖洗液,只要選用相應(yīng)的化學(xué)試劑都可以達到破壞的目的,這樣有利于復(fù)雜水文地質(zhì)條件下鉆孔的施工。同時,化學(xué)試劑洗井不破壞含水層的原始結(jié)構(gòu),能保持含水巖層原始的滲透系數(shù)。但化學(xué)試劑洗井的不足之處是洗井前需做試驗,試劑投放困難以及成本較高。

(三)聯(lián)合洗井法

為了做好洗井改進工作,在成井工藝上應(yīng)采取一些技術(shù)措施。首先在鉆進過程中改進鉆井液性能,減少對熱儲層的滲入和堵塞傷害;然后在下管前采取通井破壁措施,人為去除濾管與儲層之間的泥皮;在洗井之前,需用清水將井內(nèi)鉆井液替換干凈,以降低對地層造成的壓差;最后采用聯(lián)合洗井方法。聯(lián)合洗井方法有兩種方式。方式一是用兩種或兩種以上不同的機械洗井法組合,同時或先后相互配合,彼此可以揚長補短,從而克服某個單獨洗井方法的不足,明顯提高洗井工作效果。如孔隙型較淺的地?zé)峋?小于m)一般采用拉活塞和氣舉洗井法;較深的地?zé)峋?～m)一般采用高壓噴射和氣舉法洗井。如巖溶裂隙型地?zé)峋话悴捎脷馀e法洗井,必要時再采用鹽酸或二氧化碳洗井法。方式二是用化學(xué)試劑洗井與機械洗井結(jié)合,化學(xué)試劑首先破壞井壁及泥皮,再用氣舉等機械方式?jīng)_洗,這是目前洗井中較好的方法。

地?zé)峋话惚容^深,井徑小,過濾管相對較長,洗井時激動壓力影響到儲層時衰減較大,如果洗井方式或洗井強度沒有增大、變化,會造成部分過濾通道沒有完全打開。這時抽水雖然達到水清砂凈,但是一種假象,其表現(xiàn)在降深大,水溫低,水位恢復(fù)慢,單位涌水量偏小。確定洗井是否徹底,應(yīng)與周圍同層地?zé)峋疁亍⑺俊⑺粍討B(tài)情況進行比較,上下浮動范圍很小即可,且沒有持續(xù)上升或下降趨勢(供水水文地質(zhì)勘查規(guī)范,)。

回灌流體水質(zhì)處理措施

因為回灌流體中的固體懸浮顆粒、化學(xué)沉淀、微生物等是產(chǎn)生堵塞的主要因素,所以保證回灌流體的質(zhì)量、減少懸浮物,避免形成微生物是解決堵塞的關(guān)鍵。

1.回灌水質(zhì)基本要求

水質(zhì)穩(wěn)定,回灌水與儲層流體相混不應(yīng)產(chǎn)生沉淀,不應(yīng)使巖石礦物產(chǎn)生水化反應(yīng)。

不得攜帶大量固體懸浮物,以防堵塞回灌井濾水管網(wǎng)或滲流裂隙通道。

不應(yīng)是存放時間長、流經(jīng)途徑過長,已滋生有各種細菌的二次污染水。

嚴格控制水中溶解氧的含量,對輸水管路、注水設(shè)施腐蝕性要小,如果回灌流體腐蝕率不達標時,應(yīng)首先檢測溶解氧含量,因為當(dāng)水中有溶解氧時可加劇腐蝕。

控制水中侵蝕性二氧化碳的含量。當(dāng)水中侵蝕性二氧化碳等于零時此水穩(wěn)定;大于零時此水可溶解碳酸鈣并對注水設(shè)施有腐蝕作用;小于零時此水有碳酸鹽沉淀出現(xiàn)。

限制回灌水中硫化氫的含量。系統(tǒng)中硫化物增加是細菌作用的結(jié)果,硫化物過高的水也可導(dǎo)致水中懸浮物增加。

回灌水的pH值應(yīng)控制到7±0.5為宜。

控制回灌水中總鐵的含量,尤其是水源中亞鐵離子的含量,由于Fe²⁺的不穩(wěn)定性或在鐵細菌作用可轉(zhuǎn)化為Fe³⁺而生成Fe(OH)₃沉淀,另外若水中含硫化物(S^2-)時,可生成FeS沉淀,使水中懸浮物增加。

表7 3是推薦的部分回灌流體主要控制指標。從中可看出,地?zé)峄毓鄬λ促|(zhì)量要求非常嚴格,一般要求同層原水回灌,而且對其水質(zhì)的要求也因熱儲層性質(zhì)不同而異:孔隙型熱儲層的孔隙率雖然遠大于基巖裂隙率,但其孔隙直徑卻比裂隙小,回流的懸浮物和化學(xué)沉淀更易聚集堵塞含水層,并極易滋生各類細菌,所以對水質(zhì)要求更嚴格,一般要求回灌水質(zhì)的鐵離子含量＜0.3mg/L,雷茲諾指數(shù)＞7.0,pH=8.0±,若地?zé)崴泻腥芙庋?則應(yīng)根據(jù)溶解氧的成分和含量對回灌水質(zhì)提出相應(yīng)要求。而在碳酸鹽巖類的基巖裂隙型熱儲層中回灌,除上述要求外,還要限制

的含量,防止磷酸鈣堵塞裂隙。

表7-3 地?zé)峄毓嗨扑]主要控制指標

2.保證回灌水質(zhì)的具體措施

(1)縮短水源循環(huán)路徑

水質(zhì)較好、氯離子含量低的地?zé)崃黧w可采用較為經(jīng)濟、簡單的直接供暖方式,但由于地?zé)崃黧w與供熱循環(huán)管網(wǎng)的金屬設(shè)備長期直接接觸,因此對其水質(zhì)要求非常高,一旦系統(tǒng)漏氣或管道材質(zhì)低劣,極易造成氧化、腐蝕,使循環(huán)水水質(zhì)發(fā)生較大變化,因此直接供熱的尾水不宜作為回灌水源。對井系統(tǒng)一般要采用間接供熱方式,地?zé)崃黧w通過換熱設(shè)備將所含熱量傳給供暖系統(tǒng)循環(huán)水,而換熱后地?zé)崃黧w直接進入回灌系統(tǒng),不直接接觸二次供暖循環(huán)系統(tǒng),從而避免地?zé)崃黧w與外循環(huán)管網(wǎng)直接接觸造成的水質(zhì)污染,也避免地?zé)崃黧w對外循環(huán)管網(wǎng)特別是室內(nèi)散熱終端的腐蝕。地?zé)崃黧w的變化主要是損失掉一部分熱量,溫度降低以及溫度降低后部分氣體的逸出,其他化學(xué)成分和性質(zhì)基本不受影響,作為回灌水源通過回灌井注入熱儲層中,基本能做到“原水”回灌。

(2)回灌管網(wǎng)的材質(zhì)

對井系統(tǒng)長期監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn),如果回灌運行時采用直供鋼制管道,當(dāng)?shù)責(zé)崴鹘?jīng)鐵制管道和終端設(shè)備后,排放口處尾水中鐵離子的含量要大大高于地?zé)衢_采井出口處的含鐵量,并發(fā)現(xiàn)鐵細菌,當(dāng)工作系統(tǒng)處于開口狀態(tài)時,系統(tǒng)腐蝕是較嚴重的。因此為有效防止腐蝕和物理、生物堵塞,在回灌輸水管道的材料上,應(yīng)首選非金屬管材(玻璃鋼管材或PP-R管材)或內(nèi)外涂塑復(fù)合鋼管,并做到回灌運行時全系統(tǒng)中應(yīng)始終保持正壓,形成一個完整的嚴格密閉系統(tǒng)。

(3)過濾器

由于回灌水中的懸浮物、腐蝕后的生成物、沉淀物含量過高或細菌過多會堵塞多孔介質(zhì)的孔隙,從而使井的回灌能力不斷減小直到無法回灌,因此通過預(yù)處理控制回灌水水質(zhì)是防止回灌井堵塞、保證回灌效果的主要措施。

化學(xué)沉淀所引起的堵塞與懸浮物堵塞存在著交叉、重疊部分,某一方面的解決,也可能使另一問題迎刃而解。對這些問題提出理論上的合理解釋,有助于優(yōu)化解決回灌中出現(xiàn)的不同原因的堵塞問題。回灌流體中的固體懸浮物質(zhì)或化學(xué)沉淀物與液體的密度不同,重力作用影響明顯,比流體運動慢的顆粒就可能駐留在砂巖的某個位置而不隨流體運動,聚集到一定程度,就會以某種形式沉積下來,在儲層中尤其是砂巖地層中會堵塞多孔介質(zhì)孔隙,從而使其回灌能力不斷減小直到無法回灌。井壁上吸附的細小顆粒或流體中所含的塊狀物雖然可通過回揚和酸處理的手段來消解,但地層內(nèi)因顆粒駐留而形成的環(huán)狀阻塞區(qū)域則是反抽等措施不能完全消除的。另外地?zé)峁┡到y(tǒng)長年運行,管道不可能經(jīng)常更換,由于管路的老化、銹蝕,會使流經(jīng)的地?zé)崃黧w質(zhì)量受到不同程度的影響,這種成分復(fù)雜的循環(huán)水作為水源來回灌,其效果必然會受到影響。在地?zé)峄毓嘞到y(tǒng)中增設(shè)過濾器是常用的水質(zhì)凈化處理措施,可有效的除掉回灌流體中懸浮固相物、沉淀物和滋生的細菌,降低因水源質(zhì)量不佳對回灌效果的不良影響。另外環(huán)境溫度或腐化等因素而在回灌流體中滋生的細菌所引起的堵塞較難處理,由于一般的加入消毒殺菌藥劑處理對熱儲層的影響較大,因此較好的辦法是采用超濾膜過濾掉水源中的細菌,這種過濾膜的濾徑級別精度要求較高,尤其適合運用于極易產(chǎn)生細菌堵塞的孔隙型熱儲回灌系統(tǒng)中。

目前在天津的基巖回灌工藝中,回灌水源經(jīng)除砂處理后,在地面凈化措施上一般要求再增加濾徑不小于μm的管道過濾或其他過濾裝置(粗濾),濾芯為第三代纏繞棒式或濾袋式,可多次沖洗重復(fù)使用,此種過濾裝置能有效將管道及系統(tǒng)殘留的相對直徑較大的顆粒過濾;而在孔隙型回灌井中則要求同時安裝精、粗兩級過濾系統(tǒng),精過濾器精度應(yīng)達到3～5μm,不僅要濾掉大部分懸浮顆粒,有效地減少物理堵塞,還可以有效地攔截或吸附一部分微生物,防止細菌堵塞。

(4)隔氧保護措施

由于地?zé)峋畠?nèi)水位隨系統(tǒng)運行時間和采灌量變化影響較大,井內(nèi)氣體空間容積有可能會變化幾倍,內(nèi)部的壓力也會相應(yīng)的變化。盡管采用再嚴格的隔氧措施,在井內(nèi)容積變化較大時,閥門、孔板等截流部件可能出現(xiàn)局部負壓,如果閥門和截流器件密封不嚴,很難控制氧的滲入;同時地?zé)峋度脒\行后,管道和設(shè)備有含氧不凝氣體,其中的氧也有可能混入到地?zé)崃黧w液面上的空間中。環(huán)空中長期有氧氣的存在,容易產(chǎn)生兩個方面的嚴重后果:一是井管的內(nèi)壁、泵管的內(nèi)外壁會慢慢生成銹片,當(dāng)潛水電泵啟動引起井管和泵管震動時,這些銹片會脫落并掉入井底,可能堵塞井下濾水管和儲層通道,而且這種堵塞還可能是不可逆的,因為銹片的體積和重量較大,連回揚也很難將其抽出清除;二是泵管法蘭連接螺栓長期處于腐蝕環(huán)境中,加之泵管的震動,易斷裂使?jié)撍妹撀?造成事故。

氮氣保護是目前應(yīng)用較多的地?zé)峋栏夹g(shù),利用自動控制的充氣裝置,將井內(nèi)液面之上的井管充滿惰性氣體(如氮氣),以氮氣作為井封,可有效地維持井內(nèi)壓力,阻止空氣中的氧氣滲入到井內(nèi)。

(5)除砂器、除污器

為了保證地?zé)崃黧w中裹攜的巖屑微粒尤其是新近系孔隙型儲層(因為巖性松散,細小的砂粒容易隨水流被吸出)的砂巖顆粒不被傳輸?shù)交毓嗑?生產(chǎn)井口處要求安裝除砂器、回灌井口增設(shè)除污器等水質(zhì)處理措施,以減小過濾器的工作負擔(dān)。在天津的對井井口一般都安有這種裝置,效果較好。

(6)生活熱水不宜回灌

一般供應(yīng)生活熱水的系統(tǒng)為了進行除鐵處理,需要設(shè)置曝氣裝置、過濾及儲水箱。由于流經(jīng)途徑較多且長,可能會由于儲存時間過長或條件的變化滋生細菌或產(chǎn)生其他污染(停留在水箱中℃左右的生活熱水溫度最適宜細菌滋生或促進細菌的繁殖),盡管這種生活熱水未進行任何化學(xué)處理,但由于系統(tǒng)原因,循環(huán)的生活熱水是不宜作為回灌水源的,應(yīng)單獨設(shè)置管路直接排放。

(7)其他措施

因化學(xué)變化引起的水質(zhì)問題較復(fù)雜,處理起來也很棘手,應(yīng)根據(jù)所處地質(zhì)條件和回灌流體水質(zhì)具體分析可能的堵塞原因來制定相應(yīng)的對策。運行中,視可能的堵塞原因運用機械的或是化學(xué)的辦法,對回灌井進行周期性的再生處理是保持其回灌能力的基本要求。其中可采用的機械方法有回揚反抽、空壓機氣舉射入高壓空氣或水以及分段沖洗等;化學(xué)方法包括加酸、加藥殺菌以及加入氧化劑等。

機械處理方法不難理解,也比較保險,例如定期對回灌井采取回揚洗井措施已成為多數(shù)回灌系統(tǒng)特別是孔隙型回灌系統(tǒng)保持回灌順暢的有效手段。但回揚反抽有可能會使儲層細顆粒重組而引起負面影響,需通過科學(xué)試驗制定出適宜合理的回揚方案。

化學(xué)處理方法針對回灌中的細菌堵塞具有一定效果。有些碳酸鹽地區(qū)通過加酸來改變流體的pH值,以防止化學(xué)沉淀的生成。為防止生物膜形成產(chǎn)生細菌堵塞,有效的方法是進行真空全封密回灌,避免水源在地面設(shè)備傳輸過程中受到污染,防止細菌入侵或空氣混入加速細菌滋生。但如果回灌井內(nèi)流體已受到細菌污染或井管壁或濾水管網(wǎng)附近已滋生了細菌,那處理起來更為困難,這時地面的粗濾甚至精濾處理已起不到任何作用,這種井下細菌堵塞已形成時,常用的做法是采用回揚反抽等機械方法進行處理,但效果不想想時,只能采用化學(xué)滅菌處理方法去除井內(nèi)流體中的有機質(zhì)或進行消毒殺死微生物等手段,較常見的處理滅菌方法是向流體中加入氯消毒殺菌藥劑。但這種方法運用在地?zé)峄毓嘀袘?yīng)特別謹慎,因為如果過量加入消毒藥劑會改變地?zé)崴|(zhì),不相容的化學(xué)添加劑和抑制劑也會影響流體水質(zhì),有污染熱儲層的可能。

什么是地?zé)峋責(zé)峋心男┯猛?/p>

地?zé)崮苁且环N新型的可再生能源，并且接下來將會不斷的飛躍，它的直接性利用和地?zé)岬陌l(fā)電都會有很大的發(fā)展。而地?zé)峋褪堑責(zé)釡厝_發(fā)主體工程中最重要的階段，將蘊藏在地下的溫泉資源從可再生能源礦產(chǎn)，變成可利用的清潔能源。下面我們就來了解一下什么是地?zé)峋约暗責(zé)峋心男┯猛镜南嚓P(guān)內(nèi)容。
什么是地?zé)峋?br/>1、了解地?zé)峋娜硕贾溃遣扇〉責(zé)豳Y源中最為重要的一項工程步驟，經(jīng)過鉆井的工作往地面向下幾百或幾千米來開采，索取能源，傳輸?shù)降厣希M行各種地?zé)崂茫欠浅?fù)雜的工作程序。地?zé)峋こ桃话銜r間很長，工程投入資金也很高，但這一階段的工程關(guān)系到地?zé)崮荛_發(fā)的成敗，因而，地?zé)徙@井行業(yè)的提升，有著至關(guān)重要的意義。
2、一般為提高地?zé)徙@井的準確率，在準備工作之前我們都需要做好相關(guān)的勘察工作。然后都是使用一些科技的手段來探測地下熱水資源的深度、儲量、性質(zhì)、流動、立場及生成等規(guī)律信息，為地?zé)徙@井提供第一手資料。同時了解地質(zhì)狀況，是否適合鉆井，相應(yīng)的地質(zhì)狀況應(yīng)采用何種鉆井工藝，擬定合理的鉆井方案。這些“課前作業(yè)”做好，在能在地?zé)徙@井過程中事半功倍，達到良好的效果，使工程順利進行。
3、另外我們進行開采地?zé)豳Y源時，我們要制定一些相關(guān)的管理方法，在地?zé)徙@井這一項工程中我們不僅僅要選擇合適的工藝和技術(shù)，所選擇設(shè)備和耗材的選擇也至關(guān)重要。而在鉆井過程中，要嚴格管理，依據(jù)方案按部就班進行工程的同時，也要隨時進行井下檢測，遇到情況及時調(diào)整。避免因地質(zhì)問題帶來的故障和事故，提升管理水平，是提高鉆井效率，確保鉆井成功率的保障。
地?zé)峋心男┯猛?br/>一、醫(yī)療洗浴
地?zé)峋谌缃窈芏鄨鏊荚趶V泛的應(yīng)用，并且它的作用性很大，比如用來做醫(yī)療洗浴，那么在溫度方面上最好就是在～℃。溫度偏高需加入涼水或適當(dāng)降低溫度后,方可用于洗浴,這樣做對地?zé)豳Y源是一種浪費，溫度偏低,會使身體感到不適。用于醫(yī)療的地?zé)崴?除有溫度要求外,對水質(zhì)有相應(yīng)的要求，我國目前采用下列標準作為醫(yī)療地?zé)崴址Q醫(yī)療礦泉水水質(zhì)標準。
二、飲用礦泉水
其實地?zé)峋捎诤芏喽际莵碜陨畈績?nèi)的低溫地?zé)崴约兲烊粺o污染，自然就會經(jīng)過相關(guān)的加工處理，將它作為飲用的礦泉水。并含有一些有益于人體健康的微量元素,可作為飲用天然礦泉水開發(fā)利用,我國近年來開發(fā)的一些飲用天然礦泉水中,就有相當(dāng)一部分是低溫地?zé)崴．?dāng)?shù)責(zé)崴奈廴疚镏笜恕⑽⑸镏笜思颁嚒㈡J、鋅、銅、鉻、鋇等組分的限量指標符合要求的條件下，水中有一項指標符合表2.5.6的規(guī)定,可作為飲用天然礦泉水開發(fā)。
三、發(fā)電
現(xiàn)在我們國家很多地?zé)崽锒际菍⑺鳛榘l(fā)電地區(qū)，那么我們來了解一下目前都有哪些地方是用來發(fā)電的。比如：廣東鄧屋、湖南寧鄉(xiāng)灰湯、西藏羊八井、河北后郝窯等，上述地?zé)崽锼娬境鞑匮虬司度牍I(yè)利用外，其余均為試驗性電站。

地?zé)峋酀{

隨著社會的發(fā)展進步,人們開始追求綠色環(huán)保的生活,吃綠色食品,用清潔能源等不一而足。而地?zé)崮茉淳褪侨藗兯玫那鍧嵞茉粗?現(xiàn)已用地?zé)崛∨B(yǎng)殖、休閑度假、發(fā)電等等,今后地?zé)崮茉吹睦眠€會大大增加,因此鉆探地?zé)峋墓ぷ饕矔絹碓蕉?目前已經(jīng)不少了),地?zé)峋木睢⒂袔资羗的淺井、也有深達～m的深井,但多數(shù)在～m之間,一般熱水井的溫度是幾十度至百度上下、地?zé)嵴魵饩畡t可達℃以上。地?zé)峋酀{遇到的最大問題便是抗高溫的問題。

高溫對黏土在泥漿中的分散有很大的影響。高溫能促進黏土顆粉分散,以致使泥漿變稠進而失去流動能力。高溫會加速有機處理劑的分散降解,水化減弱、處理劑發(fā)酵變質(zhì)失去作用,使泥漿的失水量上升而流動性變差,高溫會使黏土吸附的有機處理劑分子解吸,也會使黏土自身的水化作用減弱,水化膜變薄而產(chǎn)生凝結(jié),高溫也會使可溶鹽的溶解度增加,使泥漿更易受鹽、鈣侵。

高溫中,由于分子熱運動加劇,泥漿黏度降低,失水量極大地增加,使泥漿性能變壞。鈣處理泥漿在高溫中還可能產(chǎn)生固化,膨潤土泥漿在高溫下也易產(chǎn)生膠凝。特別是泥漿固相(膨潤土)含量高時,泥漿靜切力等上升更快、稠化更嚴重。

配制地?zé)峋酀{時,應(yīng)盡可能采用受溫度影響較小的黏土和處理劑。如用抗溫黏土(海泡石)或非膨潤土造漿,用鐵鉻鹽、鉻腐殖酸、水解聚丙烯腈、水解聚丙烯酰胺、烷基苯磺酸鈉等進行處理,配成低固相泥漿、含鉻泥漿、鹽水或飽和鹽水泥漿。

地?zé)峋酀{要求黏土含量較低,避免固相含過多引起泥漿的稠化,已有的泥漿類型有:鐵鉻鹽-CMC泥漿、鉻褐煤-鉻木質(zhì)素磺酸鹽泥漿、鉻腐殖酸泥漿等。

地?zé)崮酀{平時的維護也特別重要,要定期測量泥漿進出口溫度,分析泥漿濾液成分及黏度的變化、分析泥漿性能的變化和泥漿中黏土含量的變化,同時做好泥漿的冷卻工作和除砂除泥凈化工作。

高溫泥漿降溫措施及冷卻降溫系統(tǒng)

在中高溫地?zé)峋蜕畈裤@井（又稱HT/HP 鉆井）中，井底溫度高，返回地面的泥漿溫度也將大幅度提高。如西藏羊八井地?zé)峋酀{出孔溫度達到沸騰狀態(tài)，莫深1井泥漿出孔時溫度也比較高。當(dāng)?shù)孛婺酀{溫度大于℃ 時，不但會燙傷鉆井平臺操作人員，同時井場會被霧氣籠罩，將影響施工作業(yè)，帶來嚴重的安全隱患。所以必須對返回地面的鉆井泥漿進行及時的冷卻處理，保證泥漿再次入孔具有較低的溫度。

2.3.1 HT/HP鉆井中泥漿冷卻技術(shù)現(xiàn)狀

目前，在HT/HP鉆井中，對高溫泥漿的冷卻處理一般采取的措施有如下幾種。

1）自然蒸發(fā)冷卻。由于井內(nèi)泥漿返回地面的溫度高于環(huán)境溫度，泥漿沿泥漿槽流動中會蒸發(fā)冷卻而自然降溫，利用該現(xiàn)象采取加長泥漿槽的循環(huán)路線的措施，可以在一定程度上達到冷卻泥漿的目的。這種方法一般應(yīng)用在鉆井泥漿流量不大、返回泥漿溫度不太高（低于℃），進出井溫差不大（小于5℃）的情況下。

2）低溫固體傳導(dǎo)冷卻。向泥漿池中投放低溫固體，比如冰塊，冰塊主要通過熱傳導(dǎo)方式來冷卻泥漿，這種方法一般用于水基泥漿的冷卻，在返回地面泥漿溫度不高、進出井溫差不大的情況下采用。

3）泥漿冷卻裝置強制冷卻。當(dāng)返回泥漿溫度較高，進出井溫差過大時，需采用泥漿冷卻裝置強制冷卻。

2.3.1.1 國外技術(shù)現(xiàn)狀

日本在地?zé)崽镢@井中，通常采用的冷卻裝置有兩種：一種是采用大功率風(fēng)扇，安裝在振動篩旁；另一種是使用泥漿冷卻塔，一般豎立在泥漿池中。冷卻塔與風(fēng)扇冷卻泥漿的基本原理都是利用空氣和泥漿直接接觸，通過蒸發(fā)作用帶走泥漿中的熱量，冷卻介質(zhì)為空氣，受大氣溫度的影響很大。美國、荷蘭及新加坡等一些公司設(shè)計的泥漿冷卻系統(tǒng)在地?zé)岷陀蜌忏@井中也得到了廣泛的應(yīng)用，表2.1列舉了幾個比較典型的鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)。

表2.1 典型高溫鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)

幾個典型鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)的基本原理如下。

1）泥漿從泥漿池或泥漿箱中由泥漿泵抽吸進板式換熱器，與冷卻劑進行換熱，冷卻劑為冷水或海水，如馬來西亞的COE Limited公司和新加坡的Lynsk公司研發(fā)的鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)（圖2.2）。

圖2.2 Lynsk公司和COE Limited公司鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)原理圖

2）泥漿從泥漿池或泥漿箱中泵進噴淋式換熱器，冷水（或海水）直接噴射泥漿管束，風(fēng)扇不斷鼓入空氣，氣水混合加強泥漿的冷卻效果，如美國Drillcool，Inc.研制的泥漿冷卻系統(tǒng)（圖2.3）

圖2.3 美國Drillcool公司鉆井泥漿冷卻原理圖

3）泥漿冷卻系統(tǒng)采用2個板式換熱器，泥漿在主換熱器中，通過與乙二醇/水溶液換熱冷卻，乙二醇/水溶液吸收泥漿熱量后，返回第二個換熱器中，將熱量傳遞給海水，如荷蘭Task Environmental Services研發(fā)的海用鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)。

4）泥漿從泥漿池或泥漿箱中泵進板式換熱器，通過乙二醇/水溶液換熱，乙二醇/水溶液吸收泥漿熱量后，進入散熱器風(fēng)冷。如荷蘭Task Environmental Services公司研發(fā)的陸用鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)。

2.3.1.2 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

在我國HT/HP鉆井中，如羊八井熱田地?zé)徙@井中，在～m深處溫度就可超過～℃，進出井泥漿溫度差可達5～℃，且熱流量也高，數(shù)百米深的井泥漿帶出的熱量可達萬大卡/h，加長泥漿循環(huán)槽，一般只能降溫1～2℃，因此，采用專用泥漿散熱設(shè)備，在散熱量為萬大卡/h以上，經(jīng)散熱器泥漿溫度可降低～℃，在散熱器出口處泥漿溫度達到～℃。

1）西藏羊八井ZK-2井，泥漿出口溫度達到沸騰狀態(tài)（當(dāng)?shù)厮姆悬c小于℃），施工現(xiàn)場采取的技術(shù)措施是：在泥漿罐中排布冷水管，通過水循環(huán)冷卻泥漿。可能由于排管較少，泥漿溫度只降低8～9 ℃，水資源浪費很大。

2）高杭等（）提出了一種適合于HT/HP鉆井中高溫泥漿冷卻的設(shè)計概念，基本原理（圖2.4）是：泥漿冷卻系統(tǒng)主要由2個板式熱交換器、冷卻器管線、強迫風(fēng)冷（或水冷）總成組成，這種泥漿冷卻系統(tǒng)的特點是2個板式熱交換器設(shè)計在泥漿罐兩側(cè)，冷卻介質(zhì)與泥漿換熱后，返回至強迫風(fēng)冷（或水冷）總成通過風(fēng)冷（或水冷）實現(xiàn)冷卻介質(zhì)的冷卻。

圖2.4 鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)原理圖

3）吉林大學(xué)趙江鵬等人研究的新型鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)，該鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井泥漿的快速冷卻。

鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)的工作原理見圖2.5。

使用鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)時，主要工作流程如下。

1）制冷載冷劑。打開閥（3）、（6），啟動制冷機組（1）和制冷機組泵（2），通過制冷機組（1）將載冷劑箱（4）中載冷劑制冷至-℃（具體溫度數(shù)值根據(jù)實際情況而定）。

2）冷卻泥漿。打開閥（5）、（8），啟動泥漿輸送泵（）和載冷劑箱泵（9），載冷劑與泥漿在同軸泥漿對流換熱器（）中逆流換熱，將泥漿快速冷卻，從而將泥漿池（）中泥漿溫度迅速降低，并維持在低溫范圍內(nèi)。同時，實時監(jiān)測系統(tǒng)幾個關(guān)鍵點（7）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）處溫度，根據(jù)檢測的溫度情況可及時調(diào)整系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)，以保證系統(tǒng)正常運行。

圖2.5 鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)原理圖

鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)主要由載冷劑制冷部分、泥漿冷卻部分和溫度監(jiān)測部分組成見圖2.6。

圖2.6 鉆井泥漿冷卻系統(tǒng)組成

其中，載冷劑制冷部分主要由制冷機組、制冷機組泵和載冷劑箱等組成；泥漿冷卻部分主要由載冷劑箱泵、同軸泥漿對流換熱器和泥漿輸送泵等組成；溫度檢測部分主要由巡檢儀和溫度傳感器組成。

2.3.2 冷卻設(shè)備各部分結(jié)構(gòu)理論設(shè)計計算

（1）泥漿冷卻設(shè)備所需的有效功率

科學(xué)超深井鉆探技術(shù)方案預(yù)研究專題成果報告（上冊）

式中：ρ₁為泥漿的密度；G₁ 為泥漿的流量；C₁ 為泥漿的比熱；t₁′為泥漿制冷前的溫度；t₁"為泥漿制冷后的溫度。

鑒于中間熱交換效率和高原等地區(qū)氣候條件所造成的不可避免的熱損失，應(yīng)該選用較大功率的制冷機組。

（2）熱換器的選擇及設(shè)計計算

由于在鉆井過程中，被冷卻介質(zhì)泥漿屬于不潔凈的物質(zhì)，所選熱換設(shè)備應(yīng)屬于不易于結(jié)垢或者易于清洗除垢，冷卻器采用套管式換熱器，內(nèi)管內(nèi)流動被冷卻介質(zhì)，管間環(huán)隙流動冷卻介質(zhì)，采用法蘭連接形式，方便清垢，全程采用逆流換熱。

根據(jù)熱平衡方程，Q₁=Q₂，其中Q₁為泥漿制冷釋放的熱量；Q₂為制冷劑制冷泥漿所需要的制冷量。

科學(xué)超深井鉆探技術(shù)方案預(yù)研究專題成果報告（上冊）

式中：G₂為制冷劑流量；C₂為制冷劑的比熱；ρ₂為制冷劑的密度；t₂′為制冷劑進口溫度。

根據(jù)式（2.2）、（2.3）可以計算出冷卻劑出口溫度t₂″。

2.3.3 冷卻技術(shù)分析與總結(jié)

對三種冷卻方式加以分析，可以發(fā)現(xiàn)：自然蒸發(fā)冷卻與低溫固體傳導(dǎo)冷卻均適用于鉆井泥漿流量不大、返回泥漿溫度不太高（低于℃），進出井溫差不大（小于5℃）的情況下。而超深井科學(xué)鉆探，鉆井液出孔溫度會比較高，出入孔溫差可能會相差幾十度，在此情況下上述兩種冷卻方式只能是輔助作用，主要還要靠制冷器強制制冷。目前制冷器強制制冷有兩種方式，一是采用熱交換方式，如采用噴淋器、板式熱交換，將采用大量的冷卻水，如果現(xiàn)場位于水資源豐富的地方，可采用此種方式。但我們認為，最好采用制冷劑強制制冷，可以設(shè)計制作低溫冷凍房等，目前吉林大學(xué)已制作了超低溫實驗室，可以作為借鑒。

地?zé)峄毓嗖僮骷夹g(shù)

經(jīng)過在沉積盆地型地?zé)崽镏卸嗄昊毓鄬嵺`和探索,總結(jié)出一套回灌運行操作技術(shù)方法。它不僅是國內(nèi)外其他地區(qū)類似地?zé)崽锘毓嚅_采運行中成功的先進技術(shù),同時也是結(jié)合當(dāng)前國家地?zé)峥辈椤⒃u價相關(guān)規(guī)范和法規(guī),充分考慮回灌工作的發(fā)展趨勢而形成的。回灌是一項系統(tǒng)的復(fù)雜工程,實際日常生產(chǎn)運行中,綜合影響因素和注意事項較多,各環(huán)節(jié)都應(yīng)有科學(xué)合理和可操作性強的技術(shù)要求和規(guī)程,才能使相關(guān)工作都做到有章可循,以規(guī)避各類隨意行為,防止事故發(fā)生,提高地?zé)峄毓嗦省?/p>

1.回灌前準備工作的技術(shù)要求

(1)合理選擇適宜的回灌方式

為了保證回灌系統(tǒng)在真空密封狀態(tài)下進行,宜采取通過回灌水管內(nèi)進水的方式進行回灌(需要反復(fù)進行回揚方式除外),回灌管應(yīng)下至回灌井內(nèi)靜水位以下5～m的深度,整個運行系統(tǒng)應(yīng)嚴格密封。地?zé)峄毓鄳?yīng)遵循原水同層回灌(成井目的層相同)的原則;不能做到同層回灌的異層采灌系統(tǒng),回灌流體質(zhì)量應(yīng)好于回灌層的流體質(zhì)量,保證回灌水對熱儲層無傷害。

(2)回灌系統(tǒng)管路檢查

地?zé)峄毓喙芫W(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)保持密閉狀態(tài),且應(yīng)始終保持正壓,各種監(jiān)測儀表、儀器的運轉(zhuǎn)正常,過濾器的精度須達到規(guī)定要求。回灌運行前,要對整個系統(tǒng)管網(wǎng)系統(tǒng)進行徹底沖洗,保證系統(tǒng)管道及設(shè)備在充分清潔后再使用,以消除系統(tǒng)管路內(nèi)的雜質(zhì)被傳輸?shù)交毓嗑畠?nèi),影響回灌效果。

2.回灌啟動時的技術(shù)要求

在回灌運行正式啟動時灌量不宜過大,應(yīng)從小到大逐漸增加灌量,如一開始就采用大流量回灌,容易造成井下濾層破壞。并且注入量由小到大可以盡可能的排除井管內(nèi)的空氣,避免井管內(nèi)空氣由于來不及逃逸而隨回灌流體壓入儲層內(nèi),產(chǎn)生氣堵。密切觀測回灌過程中壓力變化,調(diào)節(jié)回灌量,以壓力表、水位數(shù)據(jù)的變化情況來判斷回灌能力,待確認回灌通暢時,再逐漸增加灌量,直至正常運行。加壓回灌時,壓力也應(yīng)從小到大逐漸增加。在運行一段時間后,回灌井內(nèi)水位基本穩(wěn)定(波動范圍在5～cm/min)或水溫?zé)o明顯變化時,分別在開采井井口、回灌井井口同時取樣送檢進行流體質(zhì)量化驗分析。

3.回灌運行中的技術(shù)要求

在回灌運行過程中,應(yīng)確保整個回灌系統(tǒng)的密閉狀態(tài),對管網(wǎng)中的接口部分應(yīng)隨時進行密封檢修。回灌運行時要密切監(jiān)視開采井、回灌井的水位、開采量、回灌量、水質(zhì)及過濾器兩端壓力、管路壓力等數(shù)據(jù)變化情況,正確判斷回灌系統(tǒng)的運行狀況,針對各種堵塞情況及時采取有效措施,如對于回灌管路的堵塞,可直接用連續(xù)反沖洗方法處理;對于回灌井本身產(chǎn)生的堵塞,可用間歇停泵空壓機氣舉洗井或回揚反沖洗的方法進行處理。

回灌運行時如果灌量隨著時間的延長而逐漸下降,同時反沖洗井效果不甚理想時,可采用加壓回灌、間歇回揚方式,以增加回灌量。在常壓自然回灌的基礎(chǔ)上,待回灌水管和放氣閥溢水后,關(guān)閉放氣閥從小到大緩慢加壓進行壓力回灌運行操作。如果壓力回灌時,灌量仍在不斷減小,說明系統(tǒng)堵塞嚴重或回灌井濾水管內(nèi)表面上隨回灌流體進入的雜質(zhì)不斷增加,回灌阻力增大,需要暫時停止回灌操作而采取間歇回揚洗井措施來疏通濾層,清除井下集聚沉淀的雜質(zhì),恢復(fù)回灌能力。當(dāng)回灌井出水量恢復(fù)至初始出水量及水清砂凈后,停止回揚,再進行下一次常壓回灌與加壓回灌。抽水回揚后由于井內(nèi)流體動水位下降,井管內(nèi)充滿空氣,需要及時排氣。

4.停灌期間系統(tǒng)設(shè)施的養(yǎng)護

在地?zé)峄毓嘞到y(tǒng)停止使用期間,要認真封閉開采井、回灌井井口,對系統(tǒng)各部分進行密封處理,并且利用自動控制的氮氣保護裝置,將停用的地?zé)峋好嬉陨系木懿糠殖錆M惰性氣體,隔絕空氣,防止空氣滲入井管,造成氧化腐蝕。

5.地?zé)峄毓嘞到y(tǒng)中相關(guān)監(jiān)測工作

為分析地?zé)峄毓嗟木C合效應(yīng),其中一項較為重要而又基礎(chǔ)的研究內(nèi)容就是對比分析回灌前后地?zé)峋畠訁?shù)的變化特征。地?zé)峄毓噙^程中的相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測,并不僅僅局限于監(jiān)測地?zé)崽锉旧砗偷責(zé)衢_發(fā)對熱儲層參數(shù)的影響,對與開采井、回灌井有關(guān)參數(shù)的定期監(jiān)測應(yīng)同時進行。水位、水溫、水質(zhì)是最基本的監(jiān)測內(nèi)容。回灌運行前、停灌期間對開采井、回灌井進行靜水位及對應(yīng)液面溫度觀測尤為重要。同時為保證回灌進展順利,在地?zé)峄毓嘞到y(tǒng)運行過程中,相關(guān)回灌開采動態(tài)信息也要定期實時監(jiān)測,因為通過對運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析,可以更多的掌握和分析出不同地層構(gòu)造對回灌量的影響程度,回灌對維持儲層壓力、抬升區(qū)域水位的綜合影響。觀測項目要包括:回灌運行時開采井、回灌井動水位及對應(yīng)液面溫度;開采量(開采總量和瞬時開采量)、回灌量(回灌總量和瞬時回灌量);井口壓力;過濾器進口與出口端壓力值及壓差;排氣罐口壓力、氣體組分和攜帶物、氣體釋放量、水質(zhì)等。水位的監(jiān)測頻率以每月1～2次為宜;各種壓力應(yīng)隨時監(jiān)測;氣體分析應(yīng)在回灌初期進行。有些數(shù)據(jù)依靠普通的儀表儀器或常規(guī)取樣化驗即可獲得,但深層次的研究數(shù)據(jù)則需要特別手段,如懸浮物、細菌的定性定量分析需借助油田精細檢測技術(shù),深部熱儲層的溫度、壓力情況需通過井下測溫測壓技術(shù)等。

回灌流體的水質(zhì)、儲層回灌前后流體化學(xué)性質(zhì)及成分的變化是地?zé)峄毓嘀行枰攸c長期監(jiān)測的一項內(nèi)容。地?zé)峄毓喔麟A段所獲得的水質(zhì)跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)可及時發(fā)出警示,提醒及時采取相應(yīng)防范措施。另外盡管在地面設(shè)施上已充分考慮了當(dāng)溫度壓力變化可能造成的化學(xué)物理堵塞問題,但低溫回灌流體注入儲層后,與地層局部熱流體混合再發(fā)生的化學(xué)變化是一個很復(fù)雜很隱蔽問題,導(dǎo)致的潛在堵塞、腐蝕或結(jié)垢影響需作詳細地專項分析,長期跟蹤檢測。回灌系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測項目應(yīng)包括:全分析、酸性樣、堿性樣、氣體樣、懸浮物、溶解氧含量、侵蝕性二氧化碳、過濾器殘渣樣、細菌樣(鐵細菌、硫酸鹽還原菌、腐生菌)等。回灌初期、中期各取樣監(jiān)測一次;過濾器前、后要分別取樣;回揚早、中、晚期分別取樣;特殊情況如出現(xiàn)異常或?qū)ｍ椩囼炑芯縿t要加密取樣和進行針對性取樣。

回灌對熱儲層地溫場的影響是在進行大規(guī)模回灌的情況下首先要監(jiān)測的內(nèi)容。由于地?zé)峋_采時的流體溫度(即使是最大穩(wěn)定流溫)也并不能完全真實地代表深部熱儲層的溫度,因此要取得地?zé)峄毓鄬醿囟葓鲇绊懛矫娴膶崪y數(shù)據(jù),應(yīng)有針對性的在某一回灌連續(xù)性較好的地點,在回灌停止時間段內(nèi),選取不同目的層的回灌井進行井下連續(xù)穩(wěn)態(tài)測溫測壓工作,獲得熱儲層內(nèi)各井段在一個停灌周期內(nèi)的井溫、壓力資料。回灌井測井工作應(yīng)從停灌后立即開始至下一次回灌來臨之前這一時間段內(nèi)連續(xù)進行。最好每月進行一次;如考慮工作成本,也要做到每2個月測井一次。通過這些連續(xù)性的測井資料,才能更好的了解回灌后儲層溫度場、壓力場逐月變化情況和發(fā)展勢態(tài)。

德州市城區(qū)地?zé)崃黧w的水質(zhì)特征及水質(zhì)評價

馮守濤 吉延梅 王小剛

（山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，德州）

作者簡介：馮守濤（—），男，助理工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)勘查工作。

摘要：對德城區(qū)現(xiàn)有 口地?zé)峋乃|(zhì)分析資料進行統(tǒng)計分析，對本區(qū)地?zé)崃黧w的物理、化學(xué)特征進行了闡述，重點對地?zé)崃黧w的水質(zhì)和地?zé)衢_發(fā)利用過程中的腐蝕與結(jié)垢趨勢進行了評價。

關(guān)鍵詞：德州；地?zé)崃黧w；水質(zhì)評價；腐蝕；結(jié)垢

年華北石油康海實業(yè)公司水井工程大隊，在山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊院內(nèi)打出德州市第一口探采熱水井，由此揭開了德州市開發(fā)利用地?zé)豳Y源的序幕。到目前為止，德城區(qū)已打了口優(yōu)質(zhì)探采結(jié)合地?zé)峋∷畬游恢饕獮樾陆叼^陶組下部砂礫巖和古近系上部的細砂巖，井口水溫為～.5℃，主要應(yīng)用于洗浴、供暖、游泳、醫(yī)療保健等領(lǐng)域。

1 地溫場的分布

德州市城區(qū)位于新華夏構(gòu)造體系華北地臺遼冀臺向斜臨清坳陷的次級構(gòu)造單元德州凹陷范圍內(nèi)，德州凹陷位于滄縣、埕寧、魯西三個隆起帶的傾狀交匯處和黃驊、臨清、濟陽三個坳陷帶的收斂部位。其西南與臨清凹陷相通，北與吳橋凹陷相連，西與武城-隆興莊凸起相鄰，東與寧津凸起相接，南與高唐-堂邑凸起相鄰。區(qū)內(nèi)發(fā)育有一組北北東向斷裂，其構(gòu)成了德城區(qū)的基底構(gòu)造輪廓。

根據(jù)德州城區(qū)余口井的溫度資料，德州城區(qū)平均地溫梯度在2.7～3.8℃/m之間，與區(qū)域地溫梯度值基本一致，將地溫梯度大于3℃/m地區(qū)定為地?zé)岙惓^(qū)，則除大院-市府-煙廠一線外，全區(qū)均為地?zé)岙惓^(qū)。其中地溫梯度3.0～3.5℃/m的熱異常區(qū)位于德州凹陷邊緣及武城凸起部位，基巖埋深為～m；地溫梯度大于3.5℃/m的熱異常區(qū)分布在滄東斷裂帶，中心最大地溫梯度為3.8℃/m，基巖埋深為m。

2 地?zé)崃黧w特征

2.1 地?zé)崃黧w的物理特征

本區(qū)館陶組地?zé)崴宄和该鳎诟邢蹋葹?～度，渾濁度為2～7.5度，無異味，無肉眼可見物，井口平均水溫.7℃。地?zé)崃黧w中含有較多的氣體成分，其中游離CO₂含量達到5.mg/L，H₂S含量為0.mg/L，受其影響地?zé)崴橹量卓跁r呈淺乳白色，并混雜有許多小水珠，經(jīng)短時間靜置后變成無色透明。由于Fe^3＋含量達到1.mg/L，地?zé)崴胖靡欢螘r間后呈微黃色。

2.2 地?zé)崃黧w化學(xué)特征

分析結(jié)果表明（表1），地?zé)崃黧w中陰離子以氯離子為主，含量.5～mg/L，摩爾分數(shù)大于%，陽離子以鈉離子為主，含量.～.mg/L，摩爾分數(shù)大于%，水化學(xué)類型為Cl—Na型；總礦化度.～.mg/L。礦化度與水中Cl^-、Na^＋濃度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r_Na＋-礦＝0.，r_Cl--礦＝0.（n＝）（圖1、圖2）。由于館陶組熱儲層在水平方向上埋藏、分布穩(wěn)定，地?zé)崴瘜W(xué)成分基本一致，水化學(xué)類型相同。在垂直方向上，館陶組熱儲層與明化鎮(zhèn)組下段熱儲層的水化學(xué)類型明顯不同，后者水質(zhì)類型一般為HCO₃—Na型，礦化度較低，兩者具明顯的垂直分帶性。

表1 館陶組熱儲層地?zé)崃黧w主要化學(xué)成分一覽表（平均值）

注：表中數(shù)據(jù)除pH外，其余單位為mg/L。

圖1 Cl^-與礦化度關(guān)系

圖2 Na^＋與礦化度關(guān)系

3 地?zé)崃黧w補給來源探討

地?zé)崃黧w各組分之間的比例系數(shù)可以用來判斷地?zé)崃黧w的成因，常用的比例系數(shù)有Cl/Br、γ_Na/γ_Cl等，經(jīng)計算德城區(qū)館陶組熱儲中地?zé)崃黧wCl/Br為.、γ_Na/γ_Cl＝1.，這些系數(shù)都大于海水（Cl/Br為、γ_Na/γ_Cl＝0.），說明本區(qū)的地?zé)崃黧w具有大陸溶濾水的特征。

德城區(qū)館陶組熱儲層地?zé)崃黧w的δD為-.‰～-.7‰，δO為-9.‰～-.‰，根據(jù)中國大氣降水直線投點知，δD和δO值均在中國大氣降水直線附近，δO值略偏離中國大氣降水直線，這是因為地?zé)崃黧w在運移過程中的分餾作用使O增加所致。據(jù)推測，熱水補給主要來自東南部的泰沂山區(qū)或西部的太行山區(qū)的大氣降水。地?zé)崴须昂亢艿停话阍冢?.～5.）±2.Tu之間，同時經(jīng)C測定，該區(qū)館陶組地?zé)崴^對年齡為1.萬年，這說明地下熱水屬于較古老的雨水。

4 熱儲溫度評價

地球化學(xué)溫標建立的基礎(chǔ)是地?zé)崃黧w與固相圍巖中的礦物，在一定的溫度條件下達到化學(xué)平衡，在隨后地?zé)崃黧w溫度降低時，這個“記憶”仍于保持。我們分別利用T_K/Na溫標、T_K/Mg溫標、T_石英溫標、T_玉髓溫標進行了計算，認為只有T_玉髓溫標較適用于本區(qū)。采用的公式為：

山東省環(huán)境地質(zhì)文集

式中：T_玉髓為有蒸氣損失時的熱儲溫度，℃；ρ（SiO₂）為地?zé)崃黧w中 SiO₂的質(zhì)量濃度，mg/L。

經(jīng)推算館陶組熱儲層的溫度為.6℃，與實測館陶組熱儲層的溫度（～.5℃）比較接近。

5 地?zé)崃黧w水質(zhì)評價

5.1 醫(yī)療與洗浴用水水質(zhì)評價

水溫是醫(yī)療礦水的重要指標，不同水溫產(chǎn)生不同的治療作用和效果。本區(qū)館陶組熱儲層地?zé)崃黧w的井口溫度為～.5℃，為低溫地?zé)豳Y源的溫?zé)崴厢t(yī)療熱礦水標準，可用于洗浴、醫(yī)療。

本區(qū)館陶組熱儲地?zé)崃黧w中氟含量達到醫(yī)療價值濃度標準；偏硼酸、偏硅酸含量達到礦水濃度值標準，可命名為含硼、硅的氟氯化鈉型熱礦水。其他微量元素雖沒有達到命名礦水濃度，但仍具有一定的保健作用。

5.2 漁業(yè)用水水質(zhì)評價

地?zé)崴B(yǎng)魚在地?zé)嶂苯永弥惺鞘制毡榈模瑫r也是地?zé)崽菁壘C合利用低溫段尾水余熱的有效途徑。從地?zé)崴乃|(zhì)特點出發(fā)，突出主要有害元素的影響，可將氟化物、硫化物、酚、砷及汞作為地?zé)崴B(yǎng)魚的水質(zhì)控制指標（蔡義漢，），在適當(dāng)與低氟冷水混合使用后，根據(jù)地?zé)崴B(yǎng)魚水質(zhì)評價分級表，本區(qū)地?zé)崴鳛闈O業(yè)用水的評價結(jié)果為良。

5.3 工業(yè)用水水質(zhì)評價

該地?zé)崴|(zhì)中，氯化物、硫酸鹽、鐵離子、礦化度等組分含量高，不適宜于制革、染料、紡織、制糖、淀粉、食品、建筑等工業(yè)用水。但由于溫度較高，可作為工業(yè)供熱。

5.4 灌溉用水水質(zhì)評價

灌溉水的水質(zhì)對農(nóng)作物生長影響很大，將地?zé)崴欠衲茏鳛楣喔人目刂祈椖慷榭側(cè)芙夤腆w（TDS）、氯化物、碳酸鹽、鈉吸附比（SAR）、硼、砷及氟化物。根據(jù)地?zé)崴喔人|(zhì)評價分級表，本區(qū)地?zé)崴鳛楣喔扔盟脑u價結(jié)果為嚴重，不可作為灌溉用水。

5.5 直接排放水質(zhì)評價

本區(qū)地?zé)崴械挠泻Τ煞中∮诘責(zé)崴泻Τ煞肿罡咴试S排放濃度，可以直接排放到地下管道中，但排放水溫應(yīng)低于℃。將氟化物、硫化物、總?cè)芙夤腆w、酚、汞、砷和硼7個項目作為地?zé)崴苯优欧潘|(zhì)的控制指標，對地?zé)崴欧潘|(zhì)進行評價分級，并與德城區(qū)淺層地下水水質(zhì)進行比較，本區(qū)地?zé)崴苯优欧诺脑u價結(jié)果為優(yōu)。

6 地?zé)衢_發(fā)的腐蝕與結(jié)垢趨勢評價

6.1 地?zé)衢_發(fā)的腐蝕趨勢評價

地?zé)崃黧w中通常含有7種具有明顯腐蝕作用的化學(xué)物質(zhì)：氯離子、溶解氧、硫酸根、pH值、硫化氫（包括H₂S、HS、S^2-）、二氧化碳、氨

另外地?zé)崃黧w中的總固形物也對金屬的腐蝕產(chǎn)生影響。

根據(jù)天津地?zé)嵫芯颗嘤?xùn)中心（天津大學(xué)）所做的大量分析研究表明（白麗萍等，）：當(dāng)?shù)責(zé)崴新入x子的摩爾分數(shù)超過%時，可用拉伸指數(shù)（LI）評價地?zé)崃黧w的腐蝕趨勢。拉伸指數(shù)的表達式為：

山東省環(huán)境地質(zhì)文集

式中：LI為拉伸指數(shù)；［ Cl］為氯化物或鹵化物濃度，以等當(dāng)量的CaCO₃表示（mg/L）；［ SO₄］為硫酸鹽濃度，以等當(dāng)量的 CaCO₃表示（mg/L）；AIK 為總堿度，以等當(dāng)量的CaCO₃表示（mg/L）。

經(jīng)計算本區(qū)地?zé)崃黧w的拉伸指數(shù)LI＝.，大于，為強腐蝕性水，對金屬具有強腐蝕性。因此，在工程設(shè)計中應(yīng)考慮地?zé)崃黧w對金屬的強腐蝕性。

6.2 地?zé)衢_發(fā)的結(jié)垢趨勢評價

根據(jù)垢層的化學(xué)成分，水垢可分為碳酸鈣垢、硫酸鹽垢和硅酸鹽垢。

6.2.1 碳酸鈣垢結(jié)垢趨勢評價

影響碳酸鈣結(jié)垢的主要因素有 pH 值、壓力（CO₂分壓力）、溫度及共存鹽濃度（總固形物）。根據(jù)天津地?zé)嵫芯颗嘤?xùn)中心（天津大學(xué)）所做的大量分析研究表明：當(dāng)?shù)責(zé)崴新入x子的摩爾分數(shù)超過%時，同樣可以采用拉伸指數(shù)（LI）判斷地?zé)崴刑妓徕}結(jié)垢趨勢，當(dāng)拉伸指數(shù)LI＞0.5時，不結(jié)垢，反之可能結(jié)垢。由于本區(qū)地?zé)崃黧w的拉伸指數(shù)為.，大于0.5，因此，本區(qū)的地?zé)崴陂_發(fā)利用過程不會產(chǎn)生碳酸鈣結(jié)垢問題。

6.2.2 硫酸鈣垢結(jié)垢趨勢評價

硫酸鈣垢以無水硫酸鈣和二水硫酸鈣（石膏）兩種形式析出，無水硫酸鈣的溶解度比二水硫酸鈣小，但由于動力學(xué)的原因，無水硫酸鈣在低于℃時不會析出。影響硫酸鈣沉積的主要因素為水溫和水中總固形物的含量。地?zé)崃黧w中硫酸鈣生成趨勢可由石膏（CaSO₄·2H₂O）的相對飽和度（S_r）定性估算，其表達式：

石膏的相對飽和度

山東省環(huán)境地質(zhì)文集

經(jīng)計算（圖3），石膏S_r＝0.＜1，地?zé)崃黧w為未飽和，不會生成石膏垢。

圖3 低溫地?zé)崴蠧aSO₄·2H₂O的溶解度積

溶解度積按質(zhì)量表示而不按摩爾表示，并對離子強度和溫度作了修正（Radian Corporation，）

6.2.3 硅酸鹽垢結(jié)垢趨勢評價

硅酸鹽垢的成分比較復(fù)雜，通常含有%～%的SiO₂、%～%鐵和鋁的化合物以及%～%的Na₂O，地?zé)崃黧w中硅酸鹽的結(jié)垢趨勢可用無定形SiO₂的相對飽和度（S_r）的大小來判斷。其表達式為：

無定形SiO₂的

經(jīng)計算，本區(qū)地?zé)崴袩o定形SiO₂的S_r＝0.＜1，所以無硅酸鹽水垢生成。

7 結(jié)語

德州市城區(qū)館陶組熱儲層中的地?zé)崃黧w，在開發(fā)利用過程中存在的主要問題是地?zé)崃黧w對金屬的強腐蝕問題，在設(shè)計地?zé)嵯到y(tǒng)時，應(yīng)伴以防腐工程設(shè)計，遵循簡便可行、使用壽命長、成本低、經(jīng)濟性好的原則，在地?zé)嵯到y(tǒng)中安裝熱交換器，使地?zé)崃黧w將熱量傳遞給潔凈無腐蝕性的循環(huán)水而不直接進入系統(tǒng)，不失為一種較經(jīng)濟的方法。

參考文獻

白麗萍，孟憲級..地?zé)崴妓徕}結(jié)垢趨勢的判斷.見：第一屆天津地?zé)釋W(xué)術(shù)研究會論文集.天津：天津大學(xué)出版社

蔡義漢..地?zé)嶂苯永?天津：天津大學(xué)出版社

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