沉积盆地深层孔隙型地下热水回灌堵塞机理研究

Reinjecting to deep - geopressured- pore type stratum of sedimentary basin is hard to realize, which has become the key problem for sustainable development and utilization of thermal groundwater in sedimentary basin。 In this project, based on hydrogeochemical stimulation of the solution and precipitation tendency for different mines during water-rock interaction process between used thermal-groundwater and medium in geothermal reservoir, blocking mechanism for used-geothermal-water reinjection was studied with the indoor clogging experiment, hydro geochemical simulation method and scene experiment of reinjection. Generally speaking, the main factors causing clogging during reinjection are physic clogging, chemical clogging, gas clogging, microorganism clogging and compound clogging. The purpose of the project is to understand what is the main reason and secondary reason for clogging of reinjection by used geothermal water, and how to control the problem in order to realize used-geothermal-water reinjection to geothermal stratum successfully and furthermore, to offer a good example for future treatment of blocking problem in deep porus stratum in sedimentary basin.

沉积盆地深层孔隙型地热资源的可持续开发是解决我国能源紧张和环境污染问题的关键, 也是一个涉及多学科、多领域的新课题。这一课题的理论研究及实践应用在国内是一个新的研究领域, 存在大量前沿的可研究的科学问题。实施深层孔隙型地下热水尾水回灌是孔隙型地热资源可持续开发的瓶颈问题，也是阻碍深层孔隙型地热回灌技术向实践层面推广的关键因素。 本项目选取我国西北重镇咸阳城区深层地下热水为研究对象，应用理论模拟-室内模拟-现场试验相结合方法，以"地下热水-回灌地热尾水-热储围岩-地热能-沉淀物"之间相互关系及其转化机理为主线，开展地热尾水回灌堵塞机理的模拟试验研究，阐明地下热储水-岩-热-气交换中多元致堵因素的程度及主次关系，研究多种因素影响下的回灌堵塞机理，探索深层孔隙型尾水回灌防堵解堵关键性技术，深化及丰富对我国断陷沉积盆地深层孔隙含水层尾水回灌基础理论的认识，为沉积盆地深层孔隙型地下热水回灌堵

以渭河北岸断裂为界，将研究区分为北南两区。北区以断裂北部WH2回灌井为代表，南区以其南部HS2回灌井为代表。本项目应用理论模拟－室内模拟－现场试验－数值模拟的方法，获得以下主要认识：.一、北区.1. 北区WH2井地热尾水回灌过程中化学堵塞物质主要以方解石为主的碳酸盐类和以玉髓为主的硅酸盐类垢物，亦有少量铁类垢物。随着温度的升高化学堵塞程度加剧。阻垢实验结果表明，阻垢剂的投放一定程度缓解化学堵塞。建议优选针对性更强的阻垢剂，坚持同层回灌并定期回扬。.2. 悬浮物堵塞程度随着温度升高明显增加，提示化学作用而形成的微粒在悬浮物中占有一定比重。根据热储岩心孔喉与尾水悬浮物粒径关系的分析结果，综合考虑经济回灌原则，建议WH2回灌井采用2~3μm过滤级进行悬浮物过滤。.3. 气体堵塞的最大影响可达37.5%。建议采灌过程中必须采用密封的地面设备并安装排气装置。.4. 细菌测试结果显示，在WH2回灌条件下，可引发微生物堵塞的菌种以腐生菌为主，铁细菌为辅。室内微生物堵塞模拟实验结果显示，实验室条件下对尾水进行灭菌后，尾水回灌堵塞率减少了11.2%，灭菌效果良好。.5. 实验条件下，WH2井影响回灌堵塞的主要因素有化学堵塞、悬浮物堵塞、气体堵塞、微生物堵塞和复合堵塞。30℃时主要为化学堵塞，悬浮物堵塞次之，其堵塞率分别为12.5%和3.32%；当温度增至50℃时，气体堵塞的堵塞率高达37.5%，化学堵塞率和悬浮物堵塞率也分别增至14.4%和10.6%。模拟温度达70℃时已接近热储温度，影响堵塞因素依次为：化学堵塞、悬浮物堵塞、微生物堵塞，其堵塞率分别为15.3%、12.57%和11.2%。.6. 应用FEFLOW水—热耦合模型对WH2回灌井模拟结果显示，WH2井采灌系统合理井间距的范围为300~450m。.二、南区.1、HS2井在温度为30℃时，在各类堵塞因素中悬浮物堵塞占优势，化学堵塞与气体堵塞次之；当温度升高至50℃以上时，化学堵塞比重增大，居各堵塞因素之首，悬浮物堵塞次之。.2、HS2井的主要化学沉淀物为碳酸盐类矿物。在30℃初始回灌试验条件下，主要的沉淀矿物以硅酸盐类为主，碳酸盐类矿物次之。随着回灌的延续，温度升高，碳酸盐类占据主位，硅酸盐类矿物次之。.3、应用FEFLOW水—热耦合模型对HS2回灌井模拟结果显示，HS2井采灌系统合理井间距的范围为250~350m。