回灌流体水质处理措施
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发布时间：2022-04-27 01:55
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时间：2022-06-22 03:50
因为回灌流体中的固体悬浮颗粒、化学沉淀、微生物等是产生堵塞的主要因素,所以保证回灌流体的质量、减少悬浮物,避免形成微生物是解决堵塞的关键。
1.回灌水质基本要求
水质稳定,回灌水与储层流体相混不应产生沉淀,不应使岩石矿物产生水化反应。
不得携带大量固体悬浮物,以防堵塞回灌井滤水管网或渗流裂隙通道。
不应是存放时间长、流经途径过长,已滋生有各种细菌的二次污染水。
严格控制水中溶解氧的含量,对输水管路、注水设施腐蚀性要小,如果回灌流体腐蚀率不达标时,应首先检测溶解氧含量,因为当水中有溶解氧时可加剧腐蚀。
控制水中侵蚀性二氧化碳的含量。当水中侵蚀性二氧化碳等于零时此水稳定;大于零时此水可溶解碳酸钙并对注水设施有腐蚀作用;小于零时此水有碳酸盐沉淀出现。
*回灌水中硫化氢的含量。系统中硫化物增加是细菌作用的结果,硫化物过高的水也可导致水中悬浮物增加。
回灌水的pH值应控制到7±0.5为宜。
控制回灌水中总铁的含量,尤其是水源中亚铁离子的含量,由于Fe2+的不稳定性或在铁细菌作用可转化为Fe3+而生成Fe(OH)3沉淀,另外若水中含硫化物(S2-)时,可生成FeS沉淀,使水中悬浮物增加。
表7 3是推荐的部分回灌流体主要控制指标。从中可看出,地热回灌对水源质量要求非常严格,一般要求同层原水回灌,而且对其水质的要求也因热储层性质不同而异:孔隙型热储层的孔隙率虽然远大于基岩裂隙率,但其孔隙直径却比裂隙小,回流的悬浮物和化学沉淀更易聚集堵塞含水层,并极易滋生各类细菌,所以对水质要求更严格,一般要求回灌水质的铁离子含量＜0.3mg/L,雷兹诺指数＞7.0,pH=8.0±,若地热水中含有溶解氧,则应根据溶解氧的成分和含量对回灌水质提出相应要求。而在碳酸盐岩类的基岩裂隙型热储层中回灌,除上述要求外,还要*
的含量,防止磷酸钙堵塞裂隙。
表7-3 地热回灌水推荐主要控制指标
2.保证回灌水质的具体措施
(1)缩短水源循环路径
水质较好、氯离子含量低的地热流体可采用较为经济、简单的直接供暖方式,但由于地热流体与供热循环管网的金属设备长期直接接触,因此对其水质要求非常高,一旦系统漏气或管道材质低劣,极易造成氧化、腐蚀,使循环水水质发生较大变化,因此直接供热的尾水不宜作为回灌水源。对井系统一般要采用间接供热方式,地热流体通过换热设备将所含热量传给供暖系统循环水,而换热后地热流体直接进入回灌系统,不直接接触二次供暖循环系统,从而避免地热流体与外循环管网直接接触造成的水质污染,也避免地热流体对外循环管*别是室内散热终端的腐蚀。地热流体的变化主要是损失掉一部分热量,温度降低以及温度降低后部分气体的逸出,其他化学成分和性质基本不受影响,作为回灌水源通过回灌井注入热储层中,基本能做到“原水”回灌。
(2)回灌管网的材质
对井系统长期监测结果发现,如果回灌运行时采用直供钢制管道,当地热水流经铁制管道和终端设备后,排放口处尾水中铁离子的含量要大大高于地热开采井出口处的含铁量,并发现铁细菌,当工作系统处于开口状态时,系统腐蚀是较严重的。因此为有效防止腐蚀和物理、生物堵塞,在回灌输水管道的材料上,应首选非金属管材(玻璃钢管材或PP-R管材)或内外涂塑复合钢管,并做到回灌运行时全系统中应始终保持正压,形成一个完整的严格密闭系统。
(3)过滤器
由于回灌水中的悬浮物、腐蚀后的生成物、沉淀物含量过高或细菌过多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,因此通过预处理控制回灌水水质是防止回灌井堵塞、保证回灌效果的主要措施。
化学沉淀所引起的堵塞与悬浮物堵塞存在着交叉、重叠部分,某一方面的解决,也可能使另一问题迎刃而解。对这些问题提出理论上的合理解释,有助于优化解决回灌中出现的不同原因的堵塞问题。回灌流体中的固体悬浮物质或化学沉淀物与液体的密度不同,重力作用影响明显,比流体运动慢的颗粒就可能驻留在砂岩的某个位置而不随流体运动,聚集到一定程度,就会以某种形式沉积下来,在储层中尤其是砂岩地层中会堵塞多孔介质孔隙,从而使其回灌能力不断减小直到无法回灌。井壁上吸附的细小颗粒或流体中所含的块状物虽然可通过回扬和酸处理的手段来消解,但地层内因颗粒驻留而形成的环状阻塞区域则是反抽等措施不能完全消除的。另外地热供暖系统长年运行,管道不可能经常更换,由于管路的老化、锈蚀,会使流经的地热流体质量受到不同程度的影响,这种成分复杂的循环水作为水源来回灌,其效果必然会受到影响。在地热回灌系统中增设过滤器是常用的水质净化处理措施,可有效的除掉回灌流体中悬浮固相物、沉淀物和滋生的细菌,降低因水源质量不佳对回灌效果的不良影响。另外环境温度或腐化等因素而在回灌流体中滋生的细菌所引起的堵塞较难处理,由于一般的加入消毒杀菌药剂处理对热储层的影响较大,因此较好的办法是采用超滤膜过滤掉水源中的细菌,这种过滤膜的滤径级别精度要求较高,尤其适合运用于极易产生细菌堵塞的孔隙型热储回灌系统中。
目前在天津的基岩回灌工艺中,回灌水源经除砂处理后,在地面净化措施上一般要求再增加滤径不小于50μm的管道过滤或其他过滤装置(粗滤),滤芯为第三代缠绕棒式或滤袋式,可多次冲洗重复使用,此种过滤装置能有效将管道及系统残留的相对直径较大的颗粒过滤;而在孔隙型回灌井中则要求同时安装精、粗两级过滤系统,精过滤器精度应达到3～5μm,不仅要滤掉大部分悬浮颗粒,有效地减少物理堵塞,还可以有效地拦截或吸附一部分微生物,防止细菌堵塞。
(4)隔氧保护措施
由于地热井内水位随系统运行时间和采灌量变化影响较大,井内气体空间容积有可能会变化几倍,内部的压力也会相应的变化。尽管采用再严格的隔氧措施,在井内容积变化较大时,阀门、孔板等截流部件可能出现局部负压,如果阀门和截流器件密封不严,很难控制氧的渗入;同时地热井投入运行后,管道和设备有含氧不凝气体,其中的氧也有可能混入到地热流体液面上的空间中。环空中长期有氧气的存在,容易产生两个方面的严重后果:一是井管的内壁、泵管的内外壁会慢慢生成锈片,当潜水电泵启动引起井管和泵管震动时,这些锈片会脱落并掉入井底,可能堵塞井下滤水管和储层通道,而且这种堵塞还可能是不可逆的,因为锈片的体积和重量较大,连回扬也很难将其抽出清除;二是泵管法兰连接螺栓长期处于腐蚀环境中,加之泵管的震动,易断裂使潜水泵脱落,造成事故。
氮气保护是目前应用较多的地热井防腐技术,利用自动控制的充气装置,将井内液面之上的井管充满惰性气体(如氮气),以氮气作为井封,可有效地维持井内压力,阻止空气中的氧气渗入到井内。
(5)除砂器、除污器
为了保证地热流体中裹携的岩屑微粒尤其是新近系孔隙型储层(因为岩性松散,细小的砂粒容易随水流被吸出)的砂岩颗粒不被传输到回灌井口,生产井口处要求安装除砂器、回灌井口增设除污器等水质处理措施,以减小过滤器的工作负担。在天津的对井井口一般都安有这种装置,效果较好。
(6)生活热水不宜回灌
一般供应生活热水的系统为了进行除铁处理,需要设置曝气装置、过滤及储水箱。由于流经途径较多且长,可能会由于储存时间过长或条件的变化滋生细菌或产生其他污染(停留在水箱中40℃左右的生活热水温度最适宜细菌滋生或促进细菌的繁殖),尽管这种生活热水未进行任何化学处理,但由于系统原因,循环的生活热水是不宜作为回灌水源的,应单独设置管路直接排放。
(7)其他措施
因化学变化引起的水质问题较复杂,处理起来也很棘手,应根据所处地质条件和回灌流体水质具体分析可能的堵塞原因来制定相应的对策。运行中,视可能的堵塞原因运用机械的或是化学的办法,对回灌井进行周期性的再生处理是保持其回灌能力的基本要求。其中可采用的机械方法有回扬反抽、空压机气举射入高压空气或水以及分段冲洗等;化学方法包括加酸、加药杀菌以及加入氧化剂等。
机械处理方法不难理解,也比较保险,例如定期对回灌井采取回扬洗井措施已成为多数回灌系统特别是孔隙型回灌系统保持回灌顺畅的有效手段。但回扬反抽有可能会使储层细颗粒重组而引起负面影响,需通过科学试验制定出适宜合理的回扬方案。
化学处理方法针对回灌中的细菌堵塞具有一定效果。有些碳酸盐地区通过加酸来改变流体的pH值,以防止化学沉淀的生成。为防止生物膜形成产生细菌堵塞,有效的方法是进行真空全封密回灌,避免水源在地面设备传输过程中受到污染,防止细菌入侵或空气混入加速细菌滋生。但如果回灌井内流体已受到细菌污染或井管壁或滤水管网附近已滋生了细菌,那处理起来更为困难,这时地面的粗滤甚至精滤处理已起不到任何作用,这种井下细菌堵塞已形成时,常用的做法是采用回扬反抽等机械方法进行处理,但效果不想想时,只能采用化学灭菌处理方法去除井内流体中的有机质或进行消毒杀死微生物等手段,较常见的处理灭菌方法是向流体中加入氯消毒杀菌药剂。但这种方法运用在地热回灌中应特别谨慎,因为如果过量加入消毒药剂会改变地热水质,不相容的化学添加剂和抑制剂也会影响流体水质,有污染热储层的可能。
