岩溶热储地热尾水回灌技术要求

岩溶热储地热尾水回灌技术要求范围本文件规定了岩溶热储地热尾水回灌术语和定义、总则、回灌系统设计、回灌运行、回灌试验、回灌监测的要求。本文件适用于岩溶热储地热尾水回灌工程的设计、施工、运行和监测。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。DZ/T0330—2019砂岩热储地热尾水回灌技术规程NB/T10097—2018地热能术语NB/T10099—2018地热回灌技术要求NB/T11158—2023水热型地热尾水回灌技术规程术语和定义岩溶热储karsticreservoir发育岩溶化的碳酸盐岩（石灰岩、白云岩、大理岩等）、硫酸盐岩（石膏、硬石膏、芒硝等）和卤

化物岩（岩盐、钾盐、镁盐等）等构成的热储。[NB/T10097-2018，2.3.13]地热尾水geothermalusedwater供暖或发电利用为主的密闭系统，提取热量后的地热流体。[DZ/T0330-2019，3.2]地热回灌geothermalreinjection经过热能利用后的地热流体通过回灌井重新注回热储的过程。[NB/T10097-2018，2.4.22]地热井geothermalwell为开采地热资源，按一定的施工方式在地层中钻成的孔眼及其配套设施。开采时，地下热水或地热蒸气经由地热井到达地面。地热井可以分为勘探井、探采结合井、开采井、回灌井和监测井五类。[NB/T10097-2018，2.4.4]开采井miningwell用于开发地热流体的地热井。回灌井reinjectionwell用于将利用后的地热尾水回注至热储层的地热井。[NB/T10097-2018，2.4.5]自然回灌naturalreinjection天然压力、温度条件下的尾水回灌。[NB/T11158-2023，3.5]加压回灌pressurizedreinjection人工增加压力的方式进行的回灌。[NB/T11158-2023，3.6]回灌系统reinjectionsystem包括回灌井，以及除砂器（换热设备）至回灌井之间的管路装置、过滤设备、排气设施、加压设备和监测设施等组成的系统。[NB/T11158-2023，3.7，有修改]回扬flowreversal利用抽水的方式除去回灌井中堵塞物和附着物的方法。[NB/T10099-2018，3.5]热突破geothermalbreakthrough地热尾水的回灌造成开采井温度降低的现象。[NB/T11158-2023，3.11]回灌监测reinjectionmonitoring用仪器仪表和其它装置对地热流体的采、灌进行监测，主要内容包括：地热流体压力、流量、温度及化学成份等，监测周期和频率可根据需要而定。[NB/T11158-2023，3.9]总则本文件按照采灌均衡、以灌定采的原则，针对岩溶裂隙与岩溶溶洞型地热尾水回灌涉及回灌系统设计、回灌运行、回灌试验、回灌监测等内容作出要求。回灌系统设计地面系统地面系统包括换热设备至回灌井之间的管路装置、过滤装置、排气设施、加压设备与监测设备等。回灌管道5.1.1.1管道规格应满足回灌系统工作压力、流量、温度、长度等要求。5.1.1.2管道应具有耐腐蚀性。5.1.1.3管道连接应安全、牢固、可靠。过滤器5.1.2.1根据地热尾水颗粒物、悬浮物、微生物等杂质尺寸测定结果确定过滤精度。悬浮物、颗粒物测定方法参照GB11901标准规定执行。5.1.2.2对于杂质颗粒尺寸差异较大的地热尾水，宜经过粗、精两级或多级过滤，各级过滤器之间应采用串联方式；精过滤精度宜达到50μm。5.1.2.3过滤器滤芯、滤网材料应耐高温、耐腐蚀、耐磨损。5.1.2.4过滤器滤芯、滤网安装与拆卸应简单易操作。5.1.2.5对于溶洞型热储，地热尾水宜经旋流除砂器处理。排气装置5.1.3.1地热尾水回灌前应进行排气。5.1.3.2地热尾水应从排气罐的上部流入，从底部流出。5.1.3.3排气装置应设置在回灌管路设备系统的最高点，并设置单向自动排气阀。5.1.3.4排气装置工作压力不小于回灌系统的最大工作压力。5.1.3.5地热流体中含有易燃易爆或有毒性气体时，应按相关规定进行处理。加压泵5.1.4.1岩溶裂隙型热储地热尾水回灌加压泵应满足如下要求：（1）加压泵所施加的压力不得超过回灌系统额定压力；（2）加压泵应安装在排气罐的出水端；（3）加压泵应具有变频控制功能，根据回灌量的变化进行压力调节（转速）。回扬泵5.1.5.1回扬泵选型应根据回灌井抽水试验、回灌期末的稳定水位确定。5.1.5.2回扬泵宜选用变频控制的功能，满足不同回扬需求。回灌井设计回灌井位置5.2.1.1应查明热储层厚度、深度、溶隙率、裂隙率、影响半径、涌水量、降深、热储层渗透系数、热储层导热系数、导水系数、使用年限等参数；5.2.1.2应查明回灌井的出水量、降深、水温、影响半径和回灌能力；5.2.1.3掌握工作区域构造特征，回灌井宜布置在地质构造发育的位置，如张性断裂带上；5.2.1.4采灌井间距设计宜通过数值模拟确定，应满足在设计使用年限下不发生热突破且开采井出水量不下降，常用的数值模拟软件见附录A。回灌井井身结构5.2.2.1回灌井可采用直井或者定向井；5.2.2.2回灌井井身结构根据地层地质条件、施工场地条件等因素综合确定；5.2.2.3回灌井可采用二开或三开结构，三开结构。回灌温度应根据地热地质条件、回灌量、采灌井间距、使用年限等因素综合确定，一般情况，回灌温度不宜大于25℃。回灌井数量遵循以灌定采原则，根据单井回灌能力和开采井最大开采能力确定，当一口回灌井不能满足完全回灌时，应采取两口或两口以上的回灌井进行回灌。回灌井施工回灌井钻探设备选择、钻探工艺、成井工艺、工程质量、安全施工、职业健康及环境保护等要求按DZ/T0260--2024执行。回灌系统运行回灌运行程序分为准备工作、回灌运行中与回灌运行后。准备工作回灌运行前,应对整个回灌系统管路冲洗；回灌运行前，应对回灌井回扬冲洗,回扬过程中应对回灌系统动态起始数据进行监测，记录内容见附录B。回灌运行前，应对设备仪表严格检查，确保状态良好，运转正常；回灌运行前，记录开采井、回灌井流量表的起始读数、水位埋深及温度；回灌运行自然回灌6.2.1.1回灌开始后，应及时检查整个回灌系统的密封情况，检查排气装置和过滤装置是否正常；6.2.1.2在回灌系统启动时，起始回灌量不宜过大，应逐渐增加回灌量；6.2.1.3回灌运行中，应将回灌井内气体排至真空，防止产生气泡堵塞；6.2.1.4回灌运行中，应确保回灌泵管下入回灌井的水位液面以下；6.2.1.5回灌管路系统应保持密闭正压状态；6.2.1.6密切监测回灌井水位、系统压力,动态调节回灌量；加压回灌加压回灌的压力宜从小到大逐步增加，同时监测回灌井内水位及压力变化，当回灌量与开采量一致并保持稳定时，保持该回灌压力6.2.2.2加压泵施加的最大压力应小于回灌系统设计的压力值，保证系统运行安全；6.2.2.3加压回灌过程中，回灌系统应保持通畅，井口压力应逐步变化，不能产生压力突变，防安全事故发生；6.2.2.4密切监测管路压力，回灌井内压力无快速、明显的变化时，可正常持续回灌。回灌异常情况回灌井水位突然上升或连续上升，回扬时的动水位突然下降或连续下降，不能稳定在某一标高，可判定为回灌井堵塞，回灌井应及时采取回扬作业，按执行NB11158-2023执行。回灌井增灌措施岩溶热储回灌井可通过储层酸化改造作业，提高回灌能力，工艺流程见附录C。热储层酸化改造流程场地准备与酸液配制--注酸作业--酸岩反应--排出残液--下泵洗井；酸液体系配制根据岩屑录井与测试化验明确热储层岩石的物理化学性质与矿物成分，在实验室开展不同浓度酸液溶蚀实验，确定适合本井的浓度酸液体系；宜通过本井岩芯，在实验室模拟井下压力、温度条件下来选择与之配伍性较好的酸化液体；宜选用以浓盐酸为主的多组分酸液体系，酸液浓度的初步选择可参考附录D；对于高温地热井，宜采用甲酸和乙酸为主的多组分酸液体系；计算酸液及缓蚀剂、表面活性剂、稳定剂、防膨剂、助排剂消泡剂等添加剂的配比与用量；作业场地及设备要求井场和道路应保持平整、坚实、通畅，能使大型车辆行驶；井场面积要满足摆放所有施工设备和储液罐等；井场的出入口应保持畅通，保证在出现意外时人员和设备能够及时撤离；套管、封隔器的型号、尺寸、额定工作压力、钢级等规格要符合酸化施工设计要求；钻杆入井前必须在地面丈量记录，并整齐摆放，按施工设计深度下入，一般情况下酸化管柱位置在酸化井段上部10m左右；准备能满足施工所需清水池且注满清水；准备能呈2m3的酸液罐；注酸泵一用一备；准备耐酸高压泵车两台，一备一用，弯头、接头准备齐全，灵活好用。作业实施过程将回灌井井口封闭；将清水从注酸口注入，观察井口压力变化，清水试压至少30min，稳压至少10min，确保井口、压力管线、水龙带等密封效果良好；待泵压及井口压力稳定，且密封效果良好时，将酸液由注酸口通过钻杆管路直接注入酸化层段，注入方式为正挤；全部酸液注完后，继续向井中注入清水(将钻杆中的酸液完全顶入井中)，之后关闭注酸口阀门，断开高压泵与注酸口的连接，保持注酸口与放喷口同时关闭，使酸液与地层充分反应；观察井口压力，当压力降低为0时，开始排液；排液结束且井口无液体涌出时，开展提钻杆作业，提钻杆作业结束后，回灌井内下入高压泵开展大排量抽水洗井，抽洗至水清后停泵。回灌试验与示踪试验回灌试验生产性回灌前应进行回灌试验，确定回灌性，按GB11615-2010执行。示踪试验示踪试验应与回灌试验同步进行。示踪试验分类按照监测井的数量可分为对井示踪试验与群井示踪试验。（1）对井示踪试验为一口注入井，在一口监测井进行采样、监测示踪剂浓度变化；（2）群井示踪试验为一口注入井，在注入井周围的多口监测井进行采样、监测示踪剂浓度变化。示踪试验前准备工作示踪试验资料收集、示踪剂选择等内容按NB/T10703-2021执行注入示踪剂前，应进行至少一周的地热水示踪剂背景值测试，采样测试频率宜为1次/天，按时间绘制示踪剂浓度曲线在注入示踪剂后，立即在开采井进行采样检测，初期采样频率不低于1次/天；当首次检出示踪剂浓度增大后应加密调整频率不低于4次/天；当示踪剂浓度曲线持续上升出现峰值拐点下降后，可降低采样化验频率为1次/天直至试验结束；示踪试验实施示踪试验具体实施步骤按NB/T10703-2021执行。示踪试验监测时间确定8.2.3.2.1示踪试验的时间起点应从注入示踪剂开始，持续到在开采井检测到示踪剂的浓度变化，且变化应呈现一个或多个峰值，然后逐渐减小到回归本底值的趋势时候结束；8.2.3.2.2示踪剂检测浓度连续四个月在本底值附近波动，浓度变化曲线前8.2.2.2的曲线形态一致，浓度，试验可以结束。示踪剂浓度曲线解释在监测井中采水样化验后绘制的示踪剂的浓度随时间的变化图，常见的曲线形态示意图有单峰型、对称单峰型、多峰型及平滑型（见附录E）。回灌监测9.1回灌运行时，应对回灌井与开采井同步进行监测，监测内容包括水量、水位、水温、水质、管道压力等，回扬时也应做好相关内容监测，按NB/T11158-2023执行。9.2回灌监测系统宜具备自动记录、自动储存、实时观测、远程传送、远程操控、异常报警等智能化功能。9.3与地热水接触的回灌监测设备应具有耐高温、耐腐蚀、耐高压的特性，不宜与回灌水泵使用同一供电线路。9.4监测设备和系统应定期检查，确保数据准确性和传输连续性。

（资料性附录）

表A.1常用数值模拟软件及功能软件方法多场耦合COMSOL有限元法（FE）温度场/渗流场/应力场(THM)FEFLOW有限元法（FE）温度场/渗流场(TH)FLUENT有限体积法（FV）温度场/渗流场/应力场(THM)OpenGeoSys有限元法（FE）温度场/渗流场/应力场(THM)TOUGH-FLAG有限差分法（FD）温度场/渗流场/应力场(THM)Visual-MODFLOW有限差分法（FD）温度场/渗流场(TH)（资料性附录）表B.1回灌监测数据记录表井号：记录人：校对人：观测时间开采井回灌井回灌系统水位流量井口水温（℃）井口压力（MPa）水位流量井口水温(℃)井口压力（MPa）过滤器压力排气装置日期时分水位埋深（m）水位标高（m）开采瞬时流量（m3）累计流量（m3）水位埋深（m）水位标高(m)回灌瞬时流量(m3)累计流量(m3)进口压力（MPa）出口压力（MPa）进口压力（MPa）出口压力（MPa）（资料性附录）酸化施工工艺示意

（资料性附录）不同浓度盐酸与石灰岩反应反应速度

（资料性附录）示踪剂浓度曲线形态及解释图E.1对称单峰型图E.2单一钝峰型图E.3多峰型曲线图E.4未监测到示踪剂曲线示意图图形解释：图E.1对称单峰型曲线形态反映了回灌井与监测井之间储层发育一条直接联系的岩溶裂隙通道，无分支管道，表明地下水流较为通畅。图E.2单一钝峰型反映了回灌井与监测井之间了岩溶地下通道单一，但是在管道中