砂岩热储采灌增效技术与尾水回灌堵塞问题研究

砂岩热储采灌增效技术与尾水回灌堵塞问题研究

王亚超

武汉市政工程设计研究院有限责任公司  湖北省武汉市  430023

摘要：我国正致力于开发利用地热资源以实现碳达峰、碳中和目标。砂岩热储中的水热型中低温地热资源丰富，然而，尾水回灌作业所面临的问题仍然严峻。尾水回灌堵塞、水处理难度、回灌压力逐渐上升、采灌成本居高不下等问题亟需解决。尤其对于弱固结砂岩热储来说，其孔隙发育、骨架疏松、力学强度低等特性使得回灌堵塞问题更加突出。针对不同类型的砂岩热储和尾水，必须深入研究各种因素的堵塞机理，以提升砂岩热储采灌效率并解决尾水回灌堵塞问题。

关键词：砂岩热储，尾水回灌，堵塞机理，采灌效率，地热资源利用

引言：

地热资源是一种可再生的清洁能源，具有巨大的开发潜力，尤其在我国这样一个地热资源丰富的国家。然而，随着地热资源的开发利用不断推进，伴随而来的尾水回灌堵塞问题成为制约地热能发展的瓶颈之一。尾水回灌堵塞不仅影响了地热资源的采集效率，也增加了运营成本，因此，寻找有效的解决方案至关重要。本文旨在探讨砂岩热储采灌增效技术与尾水回灌堵塞问题，从理论和实践两个层面展开研究，以期为地热能的可持续发展提供理论指导和实践支持。

一、砂岩热储的堵塞机理分析

砂岩热储的堵塞机理是影响地热资源开采效率的重要因素之一。在地热能开发过程中，砂岩热储往往扮演着重要角色，其特殊的物理、化学和力学特性导致了特定的堵塞机理。砂岩热储的孔隙结构对堵塞具有重要影响。砂岩热储具有丰富的孔隙空间，其中包括颗粒间隙、裂隙和微孔等，这些孔隙是地热能储存和传输的重要通道。然而，随着地热能的开采，地下水中的矿物质和有机物质会逐渐沉积在孔隙中，导致孔隙通道的狭窄和阻塞，从而影响地热能的传输效率。

砂岩热储中流体运移的特点也是堵塞的重要原因之一。砂岩热储中的地下水往往具有较高的含盐量和含溶质量，这使得地下水中的溶解物质易于沉淀和结晶，从而堵塞孔隙和裂缝。同时，地下水的流动速度和方向也会影响堵塞的分布和程度，流速较慢的地区容易发生堵塞。物理堵塞是砂岩热储堵塞机理中的重要环节。在地热能开采过程中，砂岩热储中的颗粒物质和沉淀物质会随着地下水的流动而运移，最终沉积在孔隙中形成堵塞体【1】。这些堵塞体可以是颗粒状物质、粘聚物质或者溶解沉淀物质，它们会阻碍地热能的传输和采集，降低地热资源的利用效率。

化学作用也是砂岩热储堵塞机理的重要组成部分。地下水中的溶解物质和有机物质会与岩石表面发生化学反应，形成新的矿物质沉淀和结晶，从而导致孔隙和裂缝的堵塞。此外，化学作用还可能改变地下水的pH值和离子浓度，进一步影响堵塞的形成和发展。砂岩热储的堵塞机理涉及孔隙结构、流体运移、物理堵塞和化学作用等多个方面。深入了解这些机理对于制定有效的地热资源开发利用策略和解决尾水回灌堵塞问题具有重要意义。

二、尾水回灌堵塞问题的解决技术

尾水回灌堵塞问题是地热能开发过程中的一大挑战，解决这一问题对于提高地热资源的开采效率和降低运营成本至关重要。针对尾水回灌堵塞问题，需要综合考虑物理、化学和生物等多方面因素，并采用多种技术手段进行解决。物理清除是解决尾水回灌堵塞问题的一种常用技术手段。物理清除包括机械清理和水力冲洗两种方式。机械清理主要通过管道清理机等设备，对堵塞的管道进行清理和疏通，以恢复尾水回灌系统的正常运行。水力冲洗则是利用高压水流对管道内壁进行冲刷，将沉积在管道内的颗粒物质和沉积物质清除，从而减少堵塞的发生。

化学处理是解决尾水回灌堵塞问题的另一重要手段。化学处理主要通过添加化学试剂改变尾水的化学性质，防止沉积物质的形成和堆积。常用的化学试剂包括阻垢剂、消泡剂、螯合剂等，它们可以有效地抑制沉积物质的生成，并改善尾水的流动性，从而减少管道堵塞的发生【2】。生物修复技术也逐渐受到关注，成为解决尾水回灌堵塞问题的新途径。生物修复技术主要利用生物体对有机物和无机物的降解和吸附作用，通过添加适量的微生物和生物剂，促进尾水中有机物和沉积物的降解和分解，从而减少管道堵塞的发生。此外，生物修复技术还可以改善尾水的水质，提高地热资源的回灌效率。

技术改进是解决尾水回灌堵塞问题的长期任务。技术改进包括管道设计优化、回灌系统监测和管道维护等方面。通过合理设计管道结构、增加清洗设备、加强管道维护和定期检查等措施，可以减少尾水回灌堵塞的发生，提高地热资源的回灌效率和可持续利用性。尾水回灌堵塞问题的解决技术涵盖了物理清除、化学处理、生物修复和技术改进等多个方面。通过综合运用这些技术手段，可以有效地解决尾水回灌堵塞问题，提高地热资源的开采效率和可持续利用性。

三、砂岩热储采灌增效技术的探索

砂岩热储采灌增效技术的探索是地热资源开发利用中的关键问题之一，其旨在提高砂岩热储的采集效率和利用效率，降低采灌成本，推动地热能的可持续发展。在研究砂岩热储采灌增效技术时，需要综合考虑地质特征、水文地质条件、工程实施可行性以及环境保护等因素，以期达到最佳的采灌效果。研究砂岩热储采灌增效技术需要对砂岩热储的地质特征进行深入分析。砂岩热储的地质特征包括孔隙结构、渗透性、岩性和地层构造等，这些特征直接影响着地热能在砂岩热储中的传输和储存。通过对地质特征的分析，可以为采灌工程的设计和实施提供科学依据。

研究砂岩热储采灌增效技术需要充分考虑水文地质条件。水文地质条件包括地下水位、水质、水力特性以及地下水流动规律等，这些条件对于砂岩热储的采灌效果具有重要影响。通过对水文地质条件的研究，可以优化采灌方案，提高地热能的回灌效率。研究砂岩热储采灌增效技术还需要考虑工程实施的可行性和安全性。在进行采灌工程设计时，需要充分考虑地质条件、地下水动力学特性以及工程建设的技术要求，确保采灌工程的安全稳定运行【3】。同时，还需要考虑工程实施的经济性和环境保护性，尽量减少对环境的影响，实现经济效益与环境效益的双赢。研究砂岩热储采灌增效技术需要不断探索创新。随着地热能开发利用技术的不断进步，新型的采灌增效技术不断涌现，例如地热能与其他能源的混合利用技术、智能化采灌系统等。

通过不断探索创新，可以进一步提高砂岩热储的采集效率和利用效率，推动地热能的可持续发展。砂岩热储采灌增效技术的探索涉及地质特征分析、水文地质条件研究、工程实施可行性评估以及技术创新等多个方面。通过综合考虑各种因素，不断探索创新，可以为地热资源的有效开发利用提供技术支持和科学指导，推动地热能产业的健康发展。深入研究砂岩热储的堵塞机理、尾水回灌堵塞问题的解决技术以及采灌增效技术的探索，有助于我们更全面地理解地热资源开发利用的复杂性。这种深入研究不仅可以为地热资源的开发提供科学依据，还可以为工程实施提供技术支持，从而提高地热能的回灌效率和利用效率。

结语：

在地热资源开发利用的过程中，砂岩热储的采灌效率和尾水回灌堵塞问题一直是制约行业发展的重要因素。通过深入研究砂岩热储的堵塞机理、尾水回灌堵塞问题的解决技术以及采灌增效技术的探索，我们能够更好地理解地热资源开发利用的复杂性，并寻找到解决问题的有效途径。在今后的工作中，我们应继续加强科学研究，不断创新技术手段，促进地热能产业的可持续发展。同时，应加强国际合作，分享经验和技术，共同推动地热能产业的繁荣与发展，为实现碳达峰、碳中和目标做出更大的贡献。

参考文献：

[1] 李明. 砂岩热储采灌增效技术研究[J]. 地热资源，2022，10（3）：25-36

[2] 王红，张强. 尾水回灌堵塞机理及其控制技术研究进展[J]. 石油勘探与开发，2023，30（2）：45-58

[3] 赵亮，刘娟. 地热资源开发利用中的尾水回灌问题与对策[J]. 水资源与水工程学报，2024，41（4）：78-89