砂岩层地热水回灌实践.doc

砂岩层地热水回灌实践
 
作者:(德国)彼得·赛毕特,马库斯·沃夫格冉姆
翻译:刘道选孙启邦肖红
 
摘    要
     德国北部盆地地热资源开发利用集中调查始于20世纪80年代初。第一次在砂岩层进行生产、回灌实验于1982年开始,从而建成了第一家地热供暖企业1984年起向瓦伦镇居民供暖。随后,又有更多的地热供暖企业在新勃兰登堡、新格莱维、柏林、诺伊鲁平等地相继投入运行。
在德国,越来越多地区正在筹备建设地热供暖和发电项目。
用砂岩层作为热储层是一项新的技术解决办法。掌握准确的地质知识和地球化学条件是地热利用项目规划、建设、运营成功十分重要的先决条件。过滤实验,地球化学、水文数学模拟实验,以及这几种实验的综合应用都是为了这个目的。本文重点介绍地质、地球化学条件以及技术解决办法和实践经验。
 
     1、地热能应用和热储
     在地热能应用中,先将地热水通过生产井提升到地面,提取热能以后,再将尾水通过注入井回灌到地下原层位。
     将提取热能后的地热尾水回灌到地下,是为了保持地下水力平衡,更重要的是,防止矿化度较高的地热水排放到地表水中,引发环境污染。因此,地热水在生产井和回灌井之间是一个封闭的循环系统。
     通过交换器将热能从地热水提取,再由第二个循环系统将热量提供给用户。这样,地热热储系统就要由开发同层的两个井或两组井来组成。两对(组)井都要下井泵,安装套管,以便地热水从两个方向都能通过。热交换器通过地面管网系统连接两对(组)井,提取和供应热能。这里特指的是德国北部—波兰的模式,这个模式是欧洲中部的主要模式,也包括丹麦—波兰和北海的模式。
     2、水文地质和地球化学条件
    
     孔隙热储的特点是大量不规则的颗粒形成了空隙。这类颗粒是主要是由砂岩组成的。热储的大小、形状、沉积结构、基质、矿物质含量是第一位的,孔隙、渗透度、密度、水流情况是第二位的,当然也同等重要。
     从经济角度看,低温地热水热储(40—100℃)要求大规模的热水源和流速(50—100m3/h/well)。它们的应用是由下列地质条件决定的:
---有含水岩石结构(含水层);
---这种岩石结构有充足的垂直、水平孔隙以保证长期生产(生产热储);
---这个生产热储中的水温度从经济上角度分析符合要求;
---具有提取热能技术操作中所需的合适水量(地热水采、回循环中的材料和系统匹配);
---含水层周围有广泛的扩展空间、高流速、能保证长期稳定生产、回灌,特别是有孔隙、能渗透、厚度高。我们寻找厚度高、孔隙大、密度低的砂岩,这种砂岩孔隙大,颗粒结构变化不大。具体要求要按实际情况确定。
      上世纪后十年,对地热水砂岩热储层回灌进行了广泛的研究,并在不同地方应用,取得了成功。尤其在德国,近几年或近十年来,砂岩层地热水开采回灌取得了一定的经验。
成功回灌最主要的标准是注入的指标,也就是积累的热储中地热水活动的数据。下列参数决定有效注入指数的成功。
     首先,用于地热开发的砂岩层,提供的数据表明:
---孔隙度大于20%;
---㎡;
---砂岩层最低厚度 20m;
    同时,它们的特点:
---孔隙层中大孔隙( nm)比例超过