配伍性实验在西安市地热水回灌试验中的应用

陈玉林，田 涛，奇富民

(1，西北大学地质学系，陕西 西安 710069;2.陕西省黄陵县矿区粉煤灰蒸压制砖有限公司，陕西 黄陵 727307)

经过近年来对西安市地下热水的动态监测分析，地下热水的水头随着开采量的增加呈现持续下降的趋势，在地热井密集的东南部，水头年平均下降幅度大于15 m。根据国内外地热井利用经验，回灌补源是延长地热水井的开发利用年限，实现地热水能源可持续利用的最有效的途径之一。

西安市地热井主要目的层位为蓝天灞河组和高陵群组热储层，均为第三系砂岩储层，孔隙度和渗透率都比较低。蓝天灞河组砂岩孔隙度主要分布在15%～30%之间，渗透率主要分布在250～300×10-3μm2之间。高陵群砂岩孔隙度主要分布在10% ～30%之间，渗透率小于50×10-3μm2。

配伍性的好坏直接决定地热尾水回灌是否可行和回灌效果的好坏。一旦将不配伍的地热水回灌到地层中后就会生成大量水垢，固体颗粒进入孔隙吼道后就会堵塞吼道，导致地热储层孔隙度、渗透率下降，回灌率降低。最后发生孔隙吼道堵塞，导致回灌率非常低或回灌难以进行。

1 同层回灌的配伍性

同层回灌是指开采井和回灌井的取水层位相同，其中一眼井作为开采井抽取地热水，将利用后的地热尾水回灌到另一眼井中，经过地层渗透到开采井时又能重新开发利用，达到了资源的循环利用，从根本上达到热水资源可持续利用。由于同层水的水质相差不大，同层水的配伍性一般情况下较为理想，不会发生不配伍的现象。本次实验以西安工程技术学院内的两眼地热井为例。

1.1 开采井和回灌井概况

西安工程技术学院开采井完钻井深1 784.9 m，井口出水水温 68℃，取水段1 372.95 m ～1 761.2 m，层位蓝田灞河组。回灌井完钻井深1 750.8 m，水温61℃，取水段1 393.73 m～1 728.15 m，层位蓝田灞河组。地热水由开采井抽取到换热器换热，换热后温度为42℃左右，作为回灌水源，自然压力下由泵管内回灌到回灌井中。

1.2 开采井和回灌井水质对比

开采井地热水中所含阳离子主要有Na+，其含量为510.1 mg/L占阳离子总量的毫克当量百分数为95.3%;阴离子主要为SO42-，其含量为 708.9 mg/L，占阴离子总量的毫克当量百分数为63.9%;按化学类型定名原则，该井地热水化学类型为SO4—Na型水(见表1)。

回灌井地热水中所含阳离子主要有 Na+，其含量为580.8mg/L占阳离子总量的毫克当量百分数为93.5%;阴离子主要为SO42-，其含量为816.5mg/L，占阴离子总量的毫克当量百分数为63.7%;按化学类型定名原则，该井地热水化学类型为SO4—Na型水(见表1)。

表1 开采井和回灌井水质离子成分分析数据

水质分析显示:西安工程技术学院开采井和回灌井水质没有较大差别，各离子含量、总矿化度、水型基本一致。

1.3 配伍性分析

回灌水与地层水在地球化学性质上一般存在一定的差异，两种水混合如果不配伍将引发固体沉淀物堵塞滤水管，给地热储层造成灾难性破坏，因此很有必要对回灌水与地层水的配伍性进行研究。

表2 西安工程技术学院开采井水和回灌井水的配伍性结果

西安工程技术学院开采井和回灌井水样配伍性实验结果显示:用开采井水回灌到回灌井中是可行的，不会发生CaSO4型水垢，CaCO3型水垢只有在回灌水和地层水为9:1的情况下会出现轻微结垢，结垢量为6.26 mg/L(见表2)。

2 异层水回灌的配伍性

异层回灌和同层回灌的区别是异层回灌的开采井和回灌井的取水层位不同。异层地热水由于其开采层位不同，一般水质相差较大，出现不配伍的可能性也非常大。因此异层水回灌前一定要进行配伍性研究。一旦不配伍，就要进行回灌前的处理，选择合理经济的处理工艺和处理措施。本次实验以西安市曲江春晓苑小区地热井为例。

2.1 开采井和回灌井概况

西安市曲江春晓苑小区开采井完钻井深3 450.08 m，井口出水水温104℃，取水段2 793.48～3 402.87 m，层位高陵群、白鹿塬组、红河组。回灌井完钻井深2 885.00 m，水温90℃，取水段1 461.05～2 859.07 m，层位高陵群。地热水由开采井抽取到换热站，换热后经过滤器过滤，再由水源热泵二次利用，尾水温度为18℃左右，作为回灌水源人工自然压力下由井管回灌。

2.2 开采井和回灌井水质对比

开采井地热水中所含阳离子主要有Na+，其含量为690 mg/L占阳离子总量的毫克当量百分数为94.7%;阴离子主要为SO42-和HCO3-，其含量分别为 840.5 mg/L 和 701.7 mg/L，分别占阴离子总量的毫克当量百分数为51.7%和34.0%;按化学类型定名原则，该井地热水为SO4.HCO3—Na型水(见表3)。

回灌井地热水中所含阳离子主要有Na+，其含量为1 912.2 mg/L占阳离子总量的毫克当量百分数为89.4%;阴离子主要为SO42-，其含量为4 010.5 mg/L，占阴离子总量的毫克当量百分数为85.4%;按化学类型定名原则，该井地热水为SO4—Na型水(见表3)。

表3 开采井和回灌井水质离子成分分析数据

水质分析显示:西安市曲江春晓苑小区开采井和回灌井水质差异很大。开采井水的矿化度比回灌井的矿化度低近4 500 mg/L。前者为 SO4·HCO3—Na型水，后者为 Na2SO4型水。

2.3 配伍性分析

异层地热水由于其矿化度、水型都有很大差异，两种水混合后都会产生水垢。本次实验的实验温度为50℃，按不同比例混合，恒温密闭，测量生成水垢的类型和结垢的数量。

曲江春晓苑小区开采井和回灌井水样配伍性报告显示:用开采井水回灌到回灌井中是可行的。不会产生CaSO4型水垢，CaCO3型水垢只有在回灌水和地层水为9∶1和7∶3的情况下会出现结垢，结垢量分别为86.68 mg/L和31.83 mg/L。均小于100 mg/L，配伍性较好(见表4)。

表4 西安市曲江春晓苑小区开采井水和回灌井水的配伍性结果

3 结论及建议

(1)地热水回灌前研究其配伍性是必要的。西安市地热储层主要为第三系砂岩孔隙型储层，一旦将不配伍或配伍性不好的水回灌到热储层，对地热储层的破坏将是灾难性的。

(2)同层回灌的配伍性好于异层回灌。地热开采水井和回灌水井一般井距不大，如果取水层段相同，地热水的水质相差不大;虽然地热水经过利用后温度有所下降，但是总体让对水水质的影响较小，同层回灌的配伍性较好。

(3)异层回灌配伍性一般不是很理想。取水层段不同的地热水水质一般都有较为明显的差异，水型和矿化度也不同。一旦不配伍，就要根据实际情况，添加处理设备，调整回灌方案。

［1］尹先清，刘建，李玫，等.大港北部油田回注污水结垢性与配伍性研究［J］.长江大学学报(自然科学版)，2009，6(1):31-33.

［2］高宝珠，曾梅香.地热对井运行系统中回灌井堵塞原因浅析及预防措施［J］.水文地质工程地质，2007，2:75-80.

［3］刘雪玲，朱家玲.新近系砂岩地热回灌堵塞问题的探讨［J］.水文地质工程地质，2009，5:138-141.

［4］刘津.商河油田注水配伍性及增注措施实验研究［J］.内蒙古石油化工，2010，2:133-135.