摘要：回灌是维持热储压力和热储中能量质量守恒的必要手段之一，能够有效减缓热储层水位下降速度，同时避免地热尾水排放对环境造成的污染。采灌结合、尾水回灌是减少地热流体的能量消耗，提高地热能的利用率，实现地热资源可持续开发利用的关键。回灌也是一个综合性问题，不仅要考虑回灌区域地下含水体的裂隙发育程度、热储岩性、埋藏深度、地下水径流条件，而且要考虑回灌的经济性，回灌区域距开采区过远，造成回灌管路过长及回灌能耗增加，回灌区域过近，造成弃水加热时间过短，影响开采区温度，所以应通过技术手段及地质资料综合分析，判断最佳回灌位置。
关键词：含水层；裂隙；断层
一、水文地质条件可行性分析
1、含水层容积分析
地下水体容积一般是指地层岩性的孔隙及裂隙，容积的大小也反应地下水赋水强弱。
浅层地热田位于错那县县城北部，从地形地貌来看属一个小型的盆地，四周均有高山，中间平坦。其地下水主要受西北部的高山融雪水补给，在工作区形成一个相对封闭承压含水体，区内靠近山体施工生产井水位埋深为0.2～2.5m,中部区域其他生产井均处于自涌状态，静水压力相对较大，适合回灌的可利用容积较小，回灌难度较大。但是通过前期群井抽水试验成果可知，观测井水位出现2.41～12.43m不等程度的下降。抽水试验结束后，水位恢复5天后均未达到初始水位高度，说明抽水量大于补给量。在这种情况下，待供暖工程启用后，随着开采量的增大，地下水含水静水压力及水位埋深将会减小，含水体将出现一定回灌空间，即水位下降后含水体空。
2、含水层岩性及埋藏深
回灌运行中，当弃水进入回灌井时，随着深度的增加，井中的静水压力也会越大，单纯依靠自然回灌，不采取加压装置，是很难回灌进去的。根据施工生产井资料，地热田内热储层岩性以板岩、页岩及砂岩为主，含水砂岩在空间上分布不均，裂隙发育不一，厚度19.55～73.55m不等，平均64.22m，造成了区内地下水富水性不均一的情况。根据前期生产井资料，靠近断层带布设的生产井，施工期间均出现不同程度的消耗液漏失情况，岩性破碎，裂隙发育，岩石渗透性较好，富水性强，含水层富水空间大，有利于回灌。若回灌井中板岩或页岩厚度较大，裂隙不发育，含水层赋水空间较小时，是不利于回灌的。
3、断层导水和储水性能分析
地热田内共发育四条断层，分别是分别F1、F2、F3、F4断层，其中F3为一条推断断层。根据国防科技大学对F1、F2所做物探资料显示，F1为一条张性断裂断层，F2为一条东西走向正断层，与F1断层相交，其交汇部位，地表水热活动强烈，有温泉出露。所以F1、F2断层对区内热水活动起到及其重要的控制作用，既是区内的导热通道又是重要的储水空间。F4正断层发育于县城的东部，走向南北向。据前期生产井施工资料，QJ14、QJ15井经遇该断层时，岩性破碎，地层冲洗液漏失量较大，两井水温为区内最高温度。根据单井及群井抽水试验资料，两井渗透系数大，富水性好，说明F4为重要的导热及储水断层。F3为一条推断断层，在施工生产井过程中，遇此断层的生产井均出现不同程度地层消耗液漏失情况，靠近该断层的生产井多出现自涌现象，其中QJ04井涌水量达到80m3/h左右，说明该断层导水能力强。
综上分析，区内导水及储水断层，为回灌提供了有效空间和导水通道。据以往地质资料，F1为工区地热主控断裂，断裂带附近岩性破碎，富水性相对较好，导水及储水性能较好，所以F1断层带附近适宜布置回灌井。F2断层经过错那县城中心，周边建筑较多，施工场地有限，所以该断层带附近不适宜布置回灌井。F3断层带上，由于前期施工生产井较多，井间距有限，不利于回灌井的不设。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆F4断层位于工作区的东部，前期施工生产井较少，加之该断层导水及导热性能强，有利于于回灌弃水的加热，所以此断裂带为区内最佳的回灌场所。
4、排泄条件
排泄条件对回灌有着重要意义。如果地下水水体可利用空间有限，补给水很快就会排泄于沟谷之中，这样是不利于回灌的。工作区位于地下水循环系统径流区，地下水补给水不易过快的被排泄掉。后期供暖工程启动后，随着地热水开采量增大及开采时间增加，会在工作区形成一个较大的降落漏斗，人工排泄将替代自然排泄。
所以回灌井应布设在地下水径流区的上游或补给区域，这样有利于回灌弃水的加热。如果回灌井布设距离开采区域较近，将会使地下水的径流距离缩短，从而造成弃水加热时间过短，影响整个开采区域的温度。
二、回灌技术的可行性
目前国内比较通用的回灌模式有，自然回灌和压力回灌。自然回灌是指在自然条件下将尾水直接注入回灌井进行回灌；压力回灌是指在加压条件下将尾水注入回灌井进行回灌。根据前期施工生产井及群井抽水试验成果分析，工作区地热水储存运移明显受构造影响，个别构造带附近岩层完整性差，裂隙较发育，岩石渗透性中等，满足自然回灌条件。由于地下水静水压力大，前期施工的多数开采井基本处于自涌状态，无法满足自然回灌条件，需采取压力回灌。
根据前期群井抽水试验成果可知，观测井水位出现2.41～12.43m不等程度的下降，说明工作区存在一定回灌空间。后期供暖工程启动后，随着地热水开采量增大及开采时间增加，会在工作区形成一个较大的降落漏斗，有利于回灌的实施。当热储层水位下降后可进行自然回灌，自然回灌灌满后，可进行加压回灌。
三、回灌的经济性评价
回灌的经济性评价要进行综合考虑，包括回灌工程投资，工程运转后的耗能成本，以及工程方案在其它方面的综合效益和对环境可能带来的不利影响。
1、通过前期开采性群井抽水试验成果可知，工作区的补给量为4000～4900m3/d。根据供暖设计单位提供的数据，供暖水温按50℃时所需水量为10704 m3/d，按45℃时所需水量为12096 m3/d，按40℃时所需水量为13944 m3/d。由于错那县供暖周期较长，供暖需水量较大，如果不进行回灌工作，势必将造成工作区地下水水位下降，水质恶化，水源枯竭等严重后果。
2、回灌区距离开采区过远，造成回灌管路铺设过长，且弃水输送耗能增加，整个投资必然增大；若回灌区距开采区过近，造成弃水加热时间不够，影响整个开采区开采温度，地热供暖效率降低。所以最佳回灌场所，
3、回灌压力过大，造成能耗增加。回灌压力过小，影响回灌量。最佳的回灌压力应该是既到达预期的回灌量，又减少了一定的耗能成本。错那地热回灌的压力应在后期的回灌井中全部井回灌试验，以便确定合理回灌压力。
4、回灌不仅能够预防区域水位下降，水源枯竭，并能防止因过度开采造成的地面沉降等问题，从而使人与自然和谐共处。所以回灌产生的环境效益是无法用金钱衡量的。
四、回灌水质可行性评价
回灌水质不仅影响回灌效率，而且对回灌后含水体产生重要影响。
1、水中悬浮物
回灌水中的悬浮物含量过高会堵塞多孔介质的孔隙，从而使井的回灌能力不断减小直到无法回灌，这是回灌井堵塞最常见的情况。因此通过预处理控制回灌井中悬浮物的含量。
2、水中微生物
回灌水中微生物可能在适宜的条件下在回灌井周围迅速繁殖，形成生物膜，堵塞介质孔隙，降低含水层的导水能力。防止生物膜的形成，主要通过去除水中的有机物或者进行预消毒杀死微生物的手段来实现。
3、水体温度
水温是引起回灌水质与原水体产生化学反应最直接的原因（如盐类的溶解沉淀，抑制或促进微生物和细菌的繁殖）。试验表明，回灌水温度为20～25℃最佳。
4、水中空气
回灌过程中，水中可能挟带大量气泡。同时水中的溶解性气体可能因温度、压力变化释放出来。此外还可能因化学反应而产生其他有害气体，这些气体在一定程度上会堵塞含水介质，造成回灌效率下降。
论文作者:万晓文,郭春锋,石保安
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月上
论文发表时间:2017/6/9
标签：断层论文; 地热论文; 地下水论文; 水体论文; 含水层论文; 裂隙论文; 水位论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月上论文;