真空和壓力回灌在地熱資源可持續利用中的應用

由于暴露深度大、補償慢、回收速度慢，熱田熱水位下降，導致地質沉降和人為資源的“損失”。此外，隨地熱水的隨機排放會對土壤水分和大氣產生污染。為了解決地熱資源的可持續發展,使寶貴的地熱能長久不衰、長期享用,同時避免環境污染,最有效的途徑就是實現回灌。1地表堵塞,營養物缺乏在地熱回灌的過程中,如果采用自然回灌,回灌水將攜帶大量氣泡。氣泡隨回灌水進入地層后,由于氣體釋放就會產生氣相堵塞。另外由于回灌水中(特別是在以地表水為回灌水源時),水中營養物豐富,會造成滲濾層表面藻類細菌大量生長與繁殖,從而堵塞空隙,影響入滲效果。利用真空回灌可以有效控制氣泡堵塞與微生物堵塞。1.1管道安裝1.1.1管路安裝及安裝真空回灌管路包括輸水管路、進水管路、用水管路、排水管路、揚水等各管路安裝,詳見圖1。1深井泵、2井管座、3盤根水封、4放氣閥、5測溫孔、6壓力表、7溫度計、8補砂管、9控制閥、10出水表、11進水閥、12單流閥、13進水表、14水源閥、15揚水閥、16用水閥1.1.2空氣回灌系統密封是真空回灌必須具備的一個技術關鍵。密封部位主要有泵座軸控制閥門、軸泵管接頭和真空壓力表管路接頭等。為了保持真空回灌的密封度,防止空氣進入泵內,要做到水面以上泵管絲扣接頭處需用涂白漆的麻絲纏封,泵管與泵座法蘭間需用橡皮墊圈緊固或采用全密封鋼板井座;泵座軸控制閥門軸可用鋼板槽水封;在排水管上安裝單流閥或U形管;控制閥門位置應靠近泵出水法蘭,進水閥應靠近輸水管路。1.2操作完成后的工藝1.2.1回灌水源觀察(1)檢查電源、起動設備和各閥門的開關狀態;(2)測試記錄灌前地下水靜、動水位、單位出水量、回灌水及地下水水溫等原始參數;(3)記錄灌水表和揚水表的起始讀數;(4)對回灌水源和地下水進行水質分析;(5)用拉真空的方法,觀察和檢查管路的密封效果。判別密封效果的方法是:在8h內真空度如能保持在700~500mmHg之間,可認為井的密封效果良好,若真空度小于500mmHg,則說明有漏氣現象,應檢查漏氣部位的密封情況。1.2.2鹽混料回灌系統(1)關進水閥,開足控制閥、揚水閥及放氣閥。然后停10~20min測靜水位。(2)合電閘、開泵揚水,至水揚清后測動水位。(3)拉真空,拉開電閘,停泵,關揚水閥和控制閥。(4)開足進水閥,再緩慢開控制閥。(5)觀測真空度,調節回灌量,正式回灌。(6)定時記錄回灌量、水位、水溫、真空度。1.2.3冬灌期的管理(1)回灌時必須先拉真空檢查密封效果;(2)回灌量應由小到大,一般為出水量的1/4~1/2;(3)必須定時回揚沖洗;(4)保證回灌記錄的完整性;(5)冬灌期要注意做好管路的防凍措施,停灌期應每隔7~15天回揚一次;(6)保證儲能井水源符合水質標準。2熱儲條件差、裂隙發育程度較低的回灌方式加壓回灌是指在采用加壓泵加壓的情況下將尾水注入回灌井進行回灌,回灌的難易程度與熱儲層的裂隙發育及地下熱水運移通道的順暢程度密切相關。因此,熱儲條件好、裂隙發育、位于斷裂帶附近的回灌井進行回灌相對較容易,而熱儲條件差、裂隙不發育的回灌井進行回灌相對較困難。孔隙型回灌在回灌初期的回灌能力要稍強一些,而在后期的回灌能力稍差一些,故在初期條件允許情況下可采用自然回灌,而在后期要采用加壓回灌。2.1管道安裝2.1.1壓力回灌管路壓力回灌管路是在真空回灌管路裝置的基礎上,把井管密封起來,利用水泵和自來水管網的壓力進行加壓回灌。壓力回灌管路除需滿足真空回灌管路安裝要求外,在進水管路中必須增加回流管路裝置,保證從泵管內、外同時進水。在井管上安裝放氣閥和真空壓力表,便于放氣(詳見圖2)。2.1.2間填砂和水泥密封深井泵座落在水泥基礎上,在井管與水泥基礎之間填砂和水泥密封;將深井泵直接座落在井管座上,并采用橡皮圈緊固密封;鑄鐵井座這種密封裝置方便,密封效果好,是目前較完整的密封裝置。2.2操作完成后的工藝2.2.1從泵管外按回灌系統操作壓力回灌因有用自來水管網壓力和水泵壓力兩種不同的加壓方法,并有泵管內進水、泵管外進水和管內外同時進水等不同進水方式。(1)用自來水管網壓力回灌。從泵管內灌水的操作程序:關進水閥,開足控制閥、揚水閥及放氣閥,然后停10~20分鐘測靜水位→合電閘、開泵回揚至水揚清后,測動水位→拉真空,拉開電閘停泵,關揚水閥和控制閥→開足進水閥,緩開控制閥待回灌水從放氣閥溢出后,再關緊放氣閥→調節回灌量,定時記錄回灌水量、水溫及壓力。(2)從泵管外灌水的操作程序。關進水閥和回流閥,開控制閥、揚水閥及放氣閥。然后,停10~20分鐘測靜水位→合電閘開泵回揚,至水揚清后測動水位→拉真空,拉開電閘停泵,關揚水閥和控制閥→開足進水閥緩開控制閥→待回灌水從放氣閥溢出后,再關緊放氣閥,開回流閥→調節回流量,記錄回灌水量、水溫及壓力→開啟輸水泵與加壓泵進行加壓回灌。2.2.2壓力泵輸水管(1)回灌時要先拉真空,排除管路和泵管內的空氣。(2)定期回揚,沖洗排除濾網附近的雜質,回揚后要放氣,當水從放氣口大量溢出后才能從泵外灌水。(3)回揚后井下含水層雜質被排除,濾層暢通,回灌量和壓力要由小到大逐步調節。(4)離心泵不應斷水打空泵,否則把空氣打入井內,造成堵塞。如遇到此種情況應立即停泵,及時回揚處理。(5)當回灌井的回灌壓力超過2kg/cm時,每日應增加反沖回揚次數,保持濾水管暢通。(6)壓力泵輸水管可同時與幾口回灌井聯通,以調節井堵時的壓力。結語:地下熱能資源非常豐富,水只是作為地熱能的載體,要充分利用地熱能,采取一次性開采地熱水的方法是極為有限的,而回灌是目前國際上解決地熱井水位下降,延長地熱