山东省无棣县地热资源回灌技术条件初探

王立东，于溪，姚英强，商婷婷

(1.山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州 253072；2.山东省地质环境监测总站，山东 济南 250014)

山东省无棣县地热资源回灌技术条件初探

王立东1，于溪1，姚英强2，商婷婷2

(1.山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州 253072；2.山东省地质环境监测总站，山东 济南 250014)

通过对无棣地区地热资源地质条件进行分析，结合实施的回灌试验，从回灌结果、回灌热储条件、回灌设备等方面进行综合分析，并对回灌可行性进行了研究，认为无棣地区进行地热资源回灌技术可行，为今后该区地热资源回灌提供了技术服务。

地热资源；回灌；技术条件；无棣县

图1 区域地质构造略图

1 开发利用概述

无棣县现有地热井约5眼，全年地热开采用水量约14.40×104m3/a左右。地热水开采量全年分配不均，供暖期地热水开采量占全年用水量的90%以上。在地热水开发利用中，地热供暖用水占89.52%，供暖面积超过35万m2。虽然区内地热开发利用取得了一定成果，但总的看来，区内地热利用方式仍较单一，尚未形成梯级开发综合利用，利用率仍比较低。随着地热资源的不合理开发，大规模开采、直接排放、只采不灌等诸多原因，造成了资源的严重浪费，为水土污染及热污染等地质环境问题埋下了隐患[1-2]。

结合具体工程，对无棣县五营社区地热回灌试验进行分析探讨，从回灌结果、回灌热储条件、回灌设备等方面进行综合分析，研究了无棣县地热资源回灌的地质条件，并对回灌条件进行了研究。

2 试验场地地质背景

2.1构造

回灌试验场在大地构造单元上属华北板块(Ⅰ)华北坳陷区(Ⅱ)济阳坳陷区(Ⅲ)无棣潜断隆(Ⅳ)大山潜凹陷(Ⅴ)上，其南与无棣凸起相邻(图1)。

试验场区内未发现断裂，区域上的断裂主要为埕子口断裂和陵县-老黄河口断裂。

陵县-老黄河口断裂位于工作区南部，总体走向近NE，倾向SE，为南盘下降、北盘上升的正断层。埕子口断裂位于工作区北部，走向近EW—NE，南盘下降北盘上升，是四级构造单元的分界线。

2.2地层

回灌试验场开采井、回灌井钻遇的地层有第四纪、新近纪明化镇组、新近纪馆陶组和古近纪东营组，地层界线划分见表1。

表1 钻遇地层界线划分

3 回灌试验基本情况

3.1回灌试验场地

试验场地位于无棣县五营社区五营中村，开采井与回灌井直线距离约900m，取水层位均为新近纪馆陶组热储，场区内地形平坦，但住户较多，回灌管路安装条件复杂。试验采用同层对井回灌方式，抽水井位于村北清真寺旁，回灌井位于五营中村村委会西南部。开采井和回灌井基本情况见表2。

表2 地热开采井与回灌井概况

3.2回灌试验工程设施

回灌试验工程设施主要包括地热开采井、地热回灌井、回灌管路及回灌机械设备等，回灌装置包括除砂器、精效过滤器、管道加压泵、旁通管、水表、压力表、测温计等(图2)。

图2 真空回灌管路安装示意图

3.3回灌试验方法及过程

首先对回灌井进行了稳定流抽水试验，然后进行试灌，最后正式进行地热水人工回灌试验。回灌试验采用同层回灌方式进行，即在回灌过程中将回灌井密封，使回灌井处于真空状态，避免空气进入，通过自然回灌及加压回灌2种方式向回灌井进行注水。回灌水源为开采井原水，温度51℃。回灌过程中对两眼井水温、水量、水压、水位、气温等进行观测，观测频率参照抽水试验进行，并间歇性对回灌井进行回扬，回扬间隔时间为10h左右，每次回扬时间在30min左右，进行了无压力、0.1MPa和0.2MPa三个阶段的回灌试验，累计回灌时间45d，自然回灌平均回灌量57m3/h，0.1MPa平均回灌量72m3/h，0.2MPa平均回灌量81m3/h，回灌效果理想(图3)。

图3 回灌工艺流程示意图

3.4回灌试验结果分析

3.4.1回灌试验动态数据

试验前测得回灌井水位埋深14.5m，开采井水位埋深17.0m，分别采用了自然回灌和加压回灌的回灌方式。在回灌前后及试验中，对开采量、回灌量、开采水温、尾水水温等进行了监测(表3)。

表3 回灌试验情况

3.4.2水量动态

自然回灌：开采量60～66m3/h，累计开采量15212.4m3；回灌初始，回灌量与开采量一致，回灌6天后，排水管有水溢出，回灌水量44～67.5m3/h，累计回灌量14351.9m3，累计回灌时间14560min，平均采灌比为94.34%。

0.1MPa压力回灌：开采量72～102m3/h时，累计开采量19717.3m3；回灌水量72～102m3/h，累计回灌量18769.4m3，累计回灌时间14400min，平均采灌比为95.19%。

0.2MPa压力回灌：开采量81.6～102m3/h时，累计开采量22522.4m3；回灌量81.2～102m3/h，累计回灌量21608.9m3，累计回灌时间14640min，平均采灌比为95.94%。

3.4.3水温动态

试验中开采井水温稳定在50℃，开采之初，水温较低，随着开采的持续，水温逐渐增高至50℃并保持稳定。

3.4.4水位动态

开采井水位埋深随开采量的增大而增大，减小而减小，抽水时最大水位埋深27.84m，降深为10.98m；回灌井水位埋深总体随着回灌量的增加而减小，但相对开采井呈现不完整的相关趋势，回灌初期有明显波动，最后水量呈相对稳定状态。压力回灌阶段，水位处于井口，压力相对稳定。

4 地热回灌可行性分析

4.1以往回灌试验成果

(1)2010年山东省德州市城区地热回灌勘查。试验最大稳定回灌量72.6m3/h，单位水头升幅回灌量1.57m3/h·m。

(2)2012年山东省德州市地热回灌试验(平原魏庄)。试验表明29m水位升幅条件下，自然无压回灌量70m3/h，单位水头升幅回灌量2.41m3/h·m。

(3)2013年山东省地热尾水回灌试验研究。结果显示自然无压回灌，回收尾水42m3/h，水位升幅15m，单位水头升幅回灌量2.8m3/h·m，回灌率达到了100%。

4.2无棣县地热回灌地质条件

4.2.1热储层条件

试验场区及周边地区馆陶组热储分布广泛，顶界埋深974.3～1000.9m，底界埋深1471.6～1465.0m，热储厚度470.7～490.7m，热储厚度200～230m，单层最大厚度80.3m，热储占地层厚度的44%～46%，孔隙度大，一般为20%～30%。区内完井产能测试资料，在取水段1040.60～1471.60m深度内，涌水量为100～120m3/h，热水水头埋深8～11m，热储渗透系数1.01～1.12m/d，弹性释水系数3.31×104，导水系数234.06m2/d，具有良好的储水空间。

4.2.2回灌水源条件

因尚未进行地热供暖，回灌试验采用的是地热原水，根据目前业内的回灌经验，回灌水源首选供暖后的地热弃水。地热资源用于冬季供暖后，地热尾水的水质与原水质几乎没有变化，因此，不会对热储的水质产生影响[3]。供暖尾水作为回灌水源还具有运送途径短的特点，可以做到就地开采、就地利用、就地回灌，不但能有效地缓解热储压力的下降，而且能降低开发利用成本，减少或消除地热开发对环境的不良影响。

4.3回灌工程技术条件

4.3.1回灌井结构

结合德国砂岩热储回灌研究成果及天津对砂岩孔隙型热储的回灌经验，改变回灌井成井结构可以增加回灌量[4]。大口径填砾成井工艺在天津砂岩热储回灌井施工已得到研究应用，对缓解回灌中堵塞现象的发生起到重要作用[5-6]。近年来，山东省鲁北地质工程勘察院在德州市区、德州平原、济南商河、滨州博兴等地进行了多次回灌试验，通过不断改进地热回灌井施工工艺，调整回填滤料颗粒级配，有效解决了采灌井间距不足的问题，增大回灌井管与热储层接触面积，增大回灌量。说明在现阶段技术条件下，施工优质回灌井是可行的。

4.3.2地面辅助净化设备

与其他回灌试验对比，无棣五营社区回灌试验的地面设施中同时配备了除砂器、袋式过滤器水质净化设施、排气罐等设备，采用精、粗二级过滤，有效缓解了堵塞的发生，回灌量最大可达81m3/h，取得了良好的效果。因此，在工作区进行回灌是可行的。

4.3.3回灌能力

目前，该区地热资源单井实际可开采量约100～110m3/h，采用自然无压回灌方式，回灌水量可达67.5m3/h，采用压力回灌方式，回灌量可达81.2～102m3/h，满足现有地热水开采资源量的回灌需求。在回灌中应加强对水位的监测，一旦发现水位持续上升，采取回扬措施，防止堵塞发生[7]，可保证回灌的持续进行。

5 结论

(1)无棣县现有地热井开采供暖利用方式仍较单一，尚未形成梯级开发综合利用，利用率仍比较低。随着地热资源的不合理开发，大规模开采、直接排放、只采不灌等诸多原因，造成了资源的严重浪费，为水土污染及热污染等地质环境问题埋下了隐患。

(2)无棣县地热条件良好，地层渗透性能较好，具备一定的回灌条件。

(3)应加强回灌井工艺及回灌工艺的综合研究，及时了解回灌效果，完善回灌方案。

[1] 徐希强，刘善军，王伟德，等.山东省地热资源及勘查开发对策[J].山东国土资源，2015，31(5)：31-35.

[2] 赵季初.鲁北砂岩热储地热尾水回灌试验研究[J].山东国土资源,2013,29(9):24-31.

[3] 张平平，张东生，王立东，等.商河县馆陶组热储地热尾水回灌可行性研究[J].山东国土资源，2015，31(8)：50-53.

[4] 曾梅香，李会娟.新近系热储层回灌井钻探工艺探索[J].地质与勘探，2007，43(2)：88-92.

[5] 谭志容.东营市城区馆陶组热储回灌性能分析[J].山东国土资源，2010，26(8)：13-17.

[6] 张新文，胡彩萍，胡松涛，等.东营市中心城区地热田地热回灌可行性分析[J].山东国土资源，2009，25(8)：18-21.

[7] 周世海，杨询昌.德州市城区地热水人工回灌试验研究[J].山东国土资源，2007，25(9)：11-14.

Primary Study on Technical Conditions of Geothermal Resources in Wudi County of Shandong Province

WANG Lidong1, YU Xi1, YAO Yingqiang2, SHANG Tingting2

(1. Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253072, China; 2. Shandong Monitoring Center of Geological Environment, Shandong Jinan 250014, China)

Through analysis on geological conditions of geothermal resource in Wudi county, combining with the recharge test, recharge result, recharge heat reservoir conditions and recharge equipments have been analyzed comprehensively, and the feasibility of recharge has been studied as well. It is regarded that recharge can be carried out in Wudi area. It will provide technical services for recharge of geothermal resource in this area.

Geothermal resources; recharge; technical conditions; Wudi County

2016-07-28；

2016-10-12；编辑：曹丽丽

依托项目：山东省国土资源厅《关于下达2014年度第一批省地质勘查项目计划的通知》(鲁国土资字〔2014〕262号)——《山东省无棣县五营社区地热资源可行性勘查》(任务书号：鲁勘字(2014)8号)

王立东(1984—)，男，吉林梨树人，工程师，主要从事深部资源勘探及地热资源的勘查开发工作；E-mail：swdwld@126.com

P314.1

B

王立东，于溪，姚英强，等.山东省无棣县地热资源回灌技术条件初探[J].山东国土资源，2017,33(2)：47-50.WANG Lidong, YU Xi, YAO Yingqiang, etc. Primary Study on Technical Conditions of Geothermal Resources in Wudi County of Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(2)：47-50.