山东首个砂岩热储完全回灌设计工艺

     2 016年建成的山东省第一座砂岩热储地热尾水回灌示范工程，集供暖和洗浴利用方式、换热、热泵应用技术、回灌技术、自动化监测展示及产学研教为一体。该小区建筑总面积约5.7万平方米，包括暖气片供暖和地板辐射供暖两种供暖方式。

   “这个工程已连续运行了三个供暖季，前三个供暖季回灌量已超过了50万立方米，实现了供暖尾水100%回灌，现在已经开始第四个供暖季采灌工作，并继续保持供暖尾水全部回灌。”

   该示范工程在设计理念上结合了德州市地热资源条件和小区的供暖需求进行了很好的设计，主要有几个特点：一是采用了热交换技术，利用板式换热器把软化的自来水加热供暖，有效避免高矿化度地热水对末端散热器的腐蚀；二是采用梯级综合利用方式，一级板换的热量用于效率较低的暖气片供暖，换热后的低温地热水用于地板辐射供暖和洗浴。三是同水源热泵结合起来，供调峰使用，提高热利用率。四是供暖尾水经过滤设备同层回灌到地下，实现地热的可持续开发利用。

    在回灌工艺中，鲁北院还对回灌过滤作了创新研究。传统的过滤方式大多采用一个大罐进行过滤，鲁北院技术人员在设备运行中发现，这种方式不利于生产性回灌工作的持续进行。“我们进行了改进，采用并联式的小罐，如果其中的一个堵了，就把它的阀门单独关闭进行处理，不会影响回灌持续运行。”刘志涛说，在回灌具体规范操作方面还有一些技巧，这些看似简单的操作，如果不注意很容易出现问题，较终影响回灌效果。

    鲁北院打造的山东省第一座砂岩热储地热尾水回灌示范工程得到了地方政府领导和国内地热专家的高度肯定，被能源行业地热能标委会评定为“地热能开发利用标准化示范项目”。该示范工程建成以来，每年接待全国各地甚至国外大学、科研院所、企事业单位数十批次考察团的参观交流学习，“实地参观后，他们很受启发，这为他们地热采灌工程的建设提供了很好的工程借鉴，也切实为地热资源的可持续开发利用起到了良好的示范和引领作用。”

    地热尾水回灌研究成果的背后得益于山东省地矿局和鲁北院各级领导对科研工作的重视以及科研人员多年来专心致志、潜心钻研的努力。地热尾水回灌研究历经试验性回灌阶段、生产性回灌阶段、标准化回灌阶段三大发展历程，针对砂岩热储地热尾水回灌关键技术难题，鲁北院从回灌井钻探成井工艺、回灌工艺、回灌技术三方面，对影响回灌效果的因素进行了深入的研究，为地热回灌的推广应用提供了有力的技术支撑。

      2019年鲁北院建成了全国第一个大型地热回灌模拟试验场。该试验场将针对回灌堵塞机理开展深入的模拟研究，探讨不同因素影响条件下的堵塞效应，另外也将开展人工回灌对储层水动力场、温度场、水化学场等各方面影响的监测试验与数值模拟研究，探讨回灌条件下的环境影响效应，同时也将深入研究回灌条件下地热资源可持续开采量计算评价的理论方法，该试验场研究成果将为区域地热能大规模开发利用提供指导。

    十余年来，鲁北院开展了众多的地热回灌试验和研究项目，其中包括“山东省孔隙热储地热回灌堵塞机理研究”、“鲁北砂岩热储地热尾水回灌钻探及回灌工艺研究”等厅局级重要科研项目，提交研究成果20余项，并制定了自然资源部行业标准《砂岩热储地热尾水回灌技术规程》和山东省地方标准《地热尾水回灌技术规程》。经过多年的努力，鲁北院在地热尾水回灌研究领域取得了骄人的成绩，“砂岩热储地热供暖尾水回灌技术”入选“山东省能源领域重点技术、产品和设备目录”“山东省鲁北地区地热回灌条件研究”、“鲁北砂岩热储地热尾水回灌钻探及回灌工艺研究”等多个项目成果获厅局级科技进步奖。

                                                           地热回灌井

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