世界典型高温地热田回灌经验及对谷露热田回灌井部署的启示

地热尾水回灌是地热田开发过程中必不可少的环节,对热田开发具有重要意义。对世界上不同类型高温地热田回灌策略进行系统梳理,发现不同类型地热田常采取不同的回灌策略:气相为主的气液两相地热田常进行内场回灌;液相为主的气液两相地热田和水热型地热田常采用内场回灌与外场回灌相结合的方式。重点分析与谷露地热田相似的美国Brady Hot Spring地热田、Beowawe地热田和中国羊易地热田三个水热型高温地热田在生产过程中的回灌情况,对上述地热田在回灌过程中的回灌距离、回灌深度及回灌后对热田生产的影响进行总结。上述地热田多采用同构造回灌的方式进行回灌;一般无特定的回灌距离,常采用内场回灌与外场回灌相结合的方式进行;回灌目的层常选择渗透性好的断裂构造;回灌深度以大于500 m的深层回灌为主。这些热田在回灌过程中,为了达到良好效果,需要平衡生产区的压力下降和热突破之间的关系。结合谷露地热田实际地质情况,认为谷露地热田应该采取同构造回灌,且采用内场回灌与外场回灌相结合的深层回灌方式。初步在热田生产区1 km以外的位置选择3片回灌区域。其中回灌1区是主要回灌区域,位于热田生产区的北侧约1~1.5 km范围内。为了防止发生热突破,需要在回灌井实施过程中,进行回灌试验,尽早确定回灌井与生产区之间的水力联系。

孔隙型地热储层提高回灌率数值模拟研究

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源。笔者针对目前地热回灌率普遍较低的问题,建立数值模拟概念模型,在垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式下,通过对已伤害储层进行增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种提高回灌率的方式进行了模拟,并从压力场、回灌率、采收率和总产热量四个方面进行对比分析。模拟结果表明,垂直井一注两采回灌模式下,应优先选择压裂后增压到20MPa的回灌方案,其次选择压裂回灌方案;水平井注水垂直井开采回灌模式下,应优先选择压裂后增压到18MPa的回灌方案,其次选择压裂回灌方案。对优选的四种回灌方案进行对比分析,结果表明,为了满足回灌率及提高储层压力的要求,同时降低回灌压力,应优先选择水平井注水垂直井开采且压裂后增压到18MPa的回灌方案,回灌率可达到100%;其次为了满足采收率和总产热量的需要,选择垂直井一注两采且压裂后增压到20MPa的回灌方案,回灌率可达到99%。

平度市地下水人工回灌补源试验研究

由过度开采而引起的地下水资源短缺已经成为平度市面临的最为迫切的环境问题之一。地下水人工回灌可以有效的恢复地下水位、增加地下水资源,实施人工回灌的第一步是对含水层进行回灌试验研究。根据现场水文地质条件,采用管井回灌法,通过反滤回灌井和普通回灌井试验,确定其稳定回灌量;利用干扰井回灌试验,分析普通回灌井间的合适距离;对比了回灌井间歇运行与连续运行的回灌效果;研究了渗透系数在回灌过程中的变化规律。研究结果表明:普通回灌井的回灌能力优于反滤回灌井;相距75m的回灌井相互干扰较小;回灌井的最大单井稳定回灌量为33.4m^3/h;渗透系数随回灌时间的衰减符合指数函数关系,且潜水-承压回灌井的衰减程度大于潜水回灌井。

考虑井周堵塞效应的定水头非完整回灌井流模型

针对传统定水头井流模型无法反映井周含水层堵塞对含水层渗流响应影响的问题,在假设井周含水层渗透系数在堵塞作用下随时间呈指数形式衰减的基础上,建立了考虑堵塞效应的定水头非完整回灌井流模型。通过对模型进行变量代换、Lapλace变换和有限余弦Fourier变换及其逆变换,推导了定解问题在Lapλace空间的解,并采用Stehfest数值逆变换方法得到了实时空间内的半解析解。参数分析结果表明,较小的渐近渗透系数Kr,∞会减小回灌过程中回灌流量和水头抬升,并降低含水层的拟稳态渗流响应,而较大的渗透系数衰减指数λ仅降低了渗透系数衰减过程中水头抬升和回灌流量,并不影响含水层达到拟稳态时的渗流状态;因Kr,∞和λ不同引起的水头差沿径向距离先增大后减小,在井周堵塞区与主含水层交界面达到最大值;回灌堵塞使得水头抬升分布在井周堵塞区与主含水层交界面上存在明显的折点,并造成含水层水头在抬升过程中存在显著的下降阶段,上述特征可为回灌堵塞评估与预测提供参考。

地下水源热泵回灌中大肠杆菌阻塞试验研究

以地下水源热泵回灌过程中大肠杆菌堵塞作为研究对象,通过自主研发的砂层颗粒迁移-沉积试验系统观察大肠杆菌在多孔介质孔隙孔道内的运移、沉积。分别以石英石、玻璃珠作为多孔介质做对比性试验,通过试验得出:石英石颗粒不均匀,级配不良,颗粒间的咬合力为大肠杆菌的沉积提供了“温床”,进而孔隙水压力呈现先增大后减小再稳定的状态;但玻璃珠颗粒粒径均匀,同时颗粒之间光滑,咬合力小,不利于大肠杆菌的沉积,孔隙水压力呈现陡减的现象。建立大肠杆菌渗透率衰减数学模型,将理论值和室内试验值进行数据拟合,从验证的结果看,所提渗透率衰减模型对预见微生物的迁移和沉积所引起的孔隙率减小是有效的。

膜浓缩液蒸发母液回灌填埋场对渗滤液水质及处理系统的影响研究

渗沥液是生活垃圾卫生填埋过程产生的二次污染物之一,但膜处理过程中会产生浓缩液。MVR蒸发是膜浓缩液的主要处理技术之一,但处理过程中会产生蒸发母液。研究探讨了蒸发母液回灌填埋堆体对渗滤液水质和设备腐蚀情况的影响。研究表明蒸发母液回灌会导致填埋堆体含水率升高,产生的渗滤液水质TDS和COD显著升高,进而导致DTRO进水TDS上升,产浓率和膜压力上升,盐分截留率下降,膜污染和设备腐蚀加剧。可见,蒸发母液回灌会对填埋场渗滤液产生和处置产生不利影响,应开发适宜的蒸发母液处理处置技术。

北京市深井人工回灌现状调查与前景分析

北京市地下水人工回灌研究始于 196 5年。 1981年开始生产性深井人工回灌。由于种种原因 ,至 1999年底实际回灌单位由 6 4个缩减至 13个。其间累计回灌量为 10 734.37× 10 4t。据调查 ,停灌原因主要有 :回灌单位停产、转产、回灌井被占 ,回灌井阻塞 ,泵改调频 ,单位搬迁和改换制冷设备等。本文通过对北京市三十几年来地下水人工回灌工作的总结 ,分析了人工回灌在近年来发展停滞的原因 。

天津第二粉土粉砂微承压含水层回灌试验研究

天津、上海等地已尝试采用回灌措施控制基坑降水引起的承压含水层水头下降及引起的沉降,然而目前回灌理论尚缺乏研究,在粉土粉砂微承压含水层中进行回灌的可行性也急需研究。因此本文在邻近天津某地铁基坑工程的场地外开展了一系列单井回灌、群抽群灌试验以及单抽单灌现场试验。试验结果表明,在粉土、粉砂为主的土层进行回灌是可行的。采用抽水试验得到的水文地质参数可以用于预测回灌的水位抬升,但是相同流量下,在距中心井较近距离内（约5～7 m内）,回灌产生的水位上升值显著大于抽水导致的水位降落值。加压回灌可以显著提高回灌效率。回灌量与抽水量维持在相近水平可以有效控制周边地表及建筑物沉降。当回灌停止后,周边地表沉降有快速发展的趋势,因此在实际工程中,抽水停止后应适当延长回灌时间,逐步减小回灌量,使地下水位逐步回稳,避免抽灌活动结束后沉降的快速发展。采用双井组合回灌技术可有效的控制回灌井回扬时引起的含水层水位的下降。

准好氧填埋场垃圾渗滤液全循环回灌处理研究

将模拟准好氧填埋场垃圾渗滤液进行全循环回灌处理,考察了不同回灌条件对渗滤液稳定化进程的影响。结果表明,不同回灌条件下垃圾渗滤液具有基本相同的稳定化进程,COD和BOD5值均经历了快速下降、稳定下降和缓慢下降3个时期;而氨氮浓度则是先升高后降低。每日回灌总量和回灌频率是影响渗滤液稳定化进程的主要因素:在一定范围内,二者取值越大则渗滤液的稳定化程度越高。

多维反滤回灌井室内稳定流试验研究

反滤回灌井是山东胶东半岛地下水回灌中常用的回灌设施,它由普通回灌井和回灌池组成。在分析现有反滤回灌井存在问题的基础上,设计了一组回灌量大,又能防淤积、防低水位污水回灌、抗水流冲刷的多维反滤回灌井,给出了单井回灌量的理论计算公式和计算参数;同时,研制了室内稳定流回灌试验装置,进行了普通回灌井、现有反滤回灌井和多维反滤回灌井的室内稳定流试验研究,得出结论:1同现有反滤回灌井相比,多维反滤回灌井的单井回灌量增加了370%~420%;2多维回灌井口的形状影响单井回灌量,在过水断面面积相同的情况下,圆形多维回灌井口的单井回灌量最大;3初次回灌试验中,单井回灌量最大,随回灌试验次数增加,单井回灌量逐渐减小,并趋向于稳定;4单井回灌量与多维回灌井口过水断面开孔率是一个非线性的关系,20%的过水断面开孔率是适宜的。研究成果对于提高反滤回灌井的回灌能力和定量计算单井回灌量具有重要的现实意义。

回灌运行参数对新鲜垃圾渗滤液的影响研究

采用模拟试验装置考察回灌频率与回灌水力负荷对新鲜垃圾柱渗滤液的影响,试验结果表明:高频率回灌将导致新鲜垃圾柱渗滤液初期酸化阶段的低pH值和甲烷化阶段的高pH值。高水力负荷将导致新鲜垃圾柱渗滤液pH值下降。因此在新鲜垃圾填埋单元自身回灌初期应采取低频率小水力负荷。

地下水超采区混合井回灌流量计算与效率分析

以试验数据为基础,对地下水超采区混合井回灌过程中井流量计算的方法进行理论归类,发现混合井回灌过程中的井流计算方法一般可按承压水井流计算方法进行;定量分析混合井单位流量变化过程,发现其回灌效率大于抽水效率;利用Grapher系统对不同流量回灌过程进行分析,得出利用混合井在超采区实施回灌其效率开始时虽存在衰减,但最终会趋于稳定。停灌后回灌井水位在数小时恢复到初始水位,说明回灌过程对开采井的滤水结构影响不大,管井水力传导仍然良好。

室内人工回灌试验中几个问题的探讨

针对人工回灌过程中的悬浮物堵塞问题,利用三组不同悬浮物浓度的回灌水做了室内砂柱回灌试验,分析了回灌过程中试管砂柱侧壁不同位置处测压管水头、底部出流速率、砂样不同位置处的渗透系数、试样顶部悬浮物沉积等变化规律,得到了一些有益的结论,可为地下水人工回灌设计提供参考依据。

孔隙型地热资源回灌模式研究——以天津市滨海新区为例

孔隙型地热资源回灌模式的研究对于实际回灌操作具有重要的指导意义。通过对滨海新区南部孔隙型热储层进行不同回灌模式的回灌试验研究,笔者认为"回扬-回灌"的循环运行方式可以保证该系统回灌的持续性,是现阶段最适宜孔隙型回灌系统的运行方式。对于灌量较小的地热井,应根据实际情况确定最佳回扬时间及回灌率,必要时采用加压回灌,才能更大地发挥地热回灌井的回灌作用,保障区域地热资源可持续发展。

对偶反滤回灌井室内稳定流试验研究

反滤回灌井是山东半岛地下水回灌中常用的回灌设施,它由普通回灌井和回灌池组成。在分析现有反滤回灌井存在问题的基础上,设计了3种新型对偶反滤回灌井,研制了室内稳定流回灌试验装置,进行了普通回灌井、现有反滤回灌井和3种对偶反滤回灌井的室内稳定流回灌试验,分析了回灌井口类型对单井回灌量的影响。得出以下结论：对偶回灌井口的不透水下壁,可防止雨洪初期劣质水回灌含水层;如果在对偶回灌井口外套一层土工膜,则可预防污染河水回灌含水层。在试验条件下,同现有反滤回灌井相比,对偶反滤回灌井的单井回灌量增加了395%~414%,并具有较强的抗冲能力。反滤回灌井初次回灌试验的单井回灌量最大,随回灌试验次数的增加,其单井回灌量逐渐减小,并趋向稳定。回灌井口类型影响单井回灌量,与方形和台形对偶回灌井口相比,圆形对偶回灌井口进水水流流态较好,单井回灌量较大。

地下水人工回灌颗粒沉积特征试验——基于回灌水温度与颗粒电荷影响

分析地下水人工回灌过程中颗粒的沉积特征以及影响沉积的多种因素,搭建地下水回灌物理试验系统和颗粒沉积过程CT扫描检测系统,在此基础上构建与地下水回灌试验系统内砂柱对应的数值模型,用于分析回灌水温度、回灌颗粒电荷和回灌水头对颗粒沉积的影响权重,从而将回灌水温度和回灌颗粒电荷与回灌水头纳入同一评价体系中。结果表明:对于地下水人工回灌过程中颗粒沉积来说,回灌水头影响最大,回灌水温度的影响不可忽视,在地下水源热泵等水温变化幅度较大的工程场景中,回灌水温度的影响超过了回灌水头,回灌颗粒电荷的影响较小。研究成果拓宽了对地下水回灌颗粒堵塞和颗粒沉积影响因素的认知,有利于在地下水回灌工程的设计和运行过程中合理规避颗粒堵塞的影响。

沟水回灌水肥耦合对滴灌油葵节水控盐、增产提质的影响

为探究宁夏引黄灌区滴灌条件下盐碱化土壤油葵增产提质的适宜灌溉量与施肥量,以油葵为研究对象,以沟水为灌溉水源,通过3个灌溉水平与3个施肥水平的不同组合,探究不同水肥条件对油葵的生长、产量、品质、作物水分利用效率以及土壤pH和脱盐率的影响,并采用CRITIC综合评价法进行分析,以期为宁夏引黄灌区盐碱化土壤油葵水肥管理提供参考。研究结果表明,滴灌条件下,高水高肥(S3F3)处理生长、产量指标均最优,但就产量而言,与中水中肥(S2F2)处理差异不显著;就水分利用效率而言,中水中肥处理(S2F2)最优;对于油葵品质而言,中水高肥(S2F3)处理粗脂肪含量最高,高水低肥(S3F1)处理油酸含量最高,中水中肥(S2F2)处理亚油酸含量最高;就降低土壤pH而言,中水高肥(S2F3)处理表现最优;对于提高脱盐率而言,中水中肥(S2F2)处理显著优于其他处理,较对照提高86.12%;通过CRITIC权重法,得出以沟水为灌溉水源,滴灌技术下适宜宁夏引黄灌区盐碱化土壤油葵节水控盐、增产提质最有效的水肥耦合处理为中水中肥(S2F2)处理,即沟水含盐量为506mg/L,灌溉定额为1875m^(3)/hm^(2),尿素450kg/hm^(2),氯化钾150kg/hm^(2)。

高矿化度矿井水回灌技术分析

分析了梧桐庄矿矿井地质条件和水文地质条件,针对矿井水矿化度高的问题,提出了回灌工程方案,对回灌工程方案从水文地质条件的可行性、回灌水处理水质的可行性、回灌量可行性、回灌方式可行性方面进行了分析研究。

不同回灌条件下通辽市科尔沁区的地下水位响应研究

随着社会经济的发展,为满足农业生产需求,科尔沁区内的开采井规模及数量不断扩大增加,造成区内地下水超采严重,地下水位持续下降,严重制约着当地的发展。为此,参考地下水位下降较严重区域位置、水系分布、引水工程的引水量及单井的回灌能力等条件,选取河道、回灌井、河道回灌井结合的回灌方式,设计不同降水条件下的9种回灌方案(s1~s9),利用FEFLOW软件建立相应的地下水流数值模型,并模拟不同的回灌方案,分析各方案下地下水位的响应情况。结果表明,丰水年条件下,方案s3的地下水位平均抬升值最大,地下水位的恢复效果最好,而方案s2的单位回灌量最小,回灌效率最高,其次为方案s3,平水年与枯水年条件下结果类似。研究结果可为当地的地下水位恢复和地下水资源的合理开发利用提供重要参考。

地下水回灌与再利用

本文介绍了目前国际上地下水回灌与再利用的基本情况，对地下水回灌处理技术进行了简要的阐述，指出了地下水回灌具有广阔的发展前景。