地热是一种无污染、可再生的清洁能源，与传统化石能源相比，具有储量大、分布广和能源利用率高等优势，越来越受到重视。但地热资源过度开采或养护不当会造成资源枯竭，为确保地热资源的可持续发展，同时避免环境污染，最有效的技术措施就是地热回灌技术。
回灌是把经过利用的地热水，通过地热回灌井重新注回热储层段的方法，回灌不仅可以解决地热废水问题，还可以改善或恢复地热储层的产热能力，保持地热储层的流体压力，维持地热田的持续开采和循环利用，使地热能成为一种可持续的清洁能源。
回灌过程中，由水中悬浮物、气泡、化学沉淀等导致的回灌井堵塞是造成回灌量有限的主要原因，尤其是孔隙性砂岩热储回灌井堵塞问题一直没有解决，是地热可持续开发利用中公认的技术难题。地热水回灌系统中，回灌井的钻井完井工艺是回灌能否实现的重要技术环节，回灌井井深多为2000～3000 m。
地热回灌技术主要有以下作用。
一是处理地热废水。地热废水一般温度较高, 其中含有较高的盐分, 有很多有毒的化学物质, 因此直接将地热废水排放到环境中可能会造成污染。
二是恢复地热井的热储能。在地热田中有部分热能是存储在内部的地热水中, 地热水大部分都在岩石骨架中, 如果人们把温度较低的水注入到地热井中, 经过地热井的加热, 就会提高地热资源的利用率。
三是维持地热田的开采条件。地热资源开采过度就会导致整个热储能降低, 一旦开采数量与补给数量失去平衡, 就会使得整个地热资源的热储能逐渐降低, 甚至使其失去生产能力, 最终导致整个地面的沉降。
地热井尾水回灌技术及其应用效果研究进展
地热井在进行大量开采后, 必然造成热储寿命的缩短, 同时会造成地下水位下降, 最终导致整个地面发生沉降。将利用后的地热水资源回灌到地热田中, 可有效缓解这种危机, 减少地热水对地面水体的污染。
地热水的真空回灌
真空回灌是指在回灌的过程中保持整个管道处在真空的环境, 同时使回灌井处于真空状态, 防止空气中的杂质进入, 如图2所示。真空回灌的基本原理是:在地下水位较低条件下, 利用更具有密封装置的回灌井扬水时, 泵管及水管内即充满水;当停泵时关闭控制阀和扬水阀后, 由于水的重力作用, 其随泵内水面下跌, 泵内水面与控制阀区间即会产生真空, 使泵内外水位产生10m高的水头差;当开启水源阀门和控制阀门后, 因真空虹吸作用, 水就能进入泵内, 破坏原有的压力平衡, 在井周围产生水力坡降, 回灌水就能克服阻力向含水层中渗透。
真空回灌时需要注意的几个问题: (1) 进行回灌时, 应该首先检查真空的密封的效果; (2) 回灌的数量应该是出水量的一半左右, 并且回灌的量应该从小到大进行; (3) 必须要及时采取冲洗措施; (4) 一定要保证回灌记录的完整性, 做到有据可查; (5) 在冬季进行作业时应该要做好管道的防冻措施, 同时保证内部的储能水资源不受其他杂质污染。
压力回灌指的是在压力泵的作用下, 将地热井的尾水加压注入回灌井中, 用这种方式来进行回灌, 如图3所示。压力回灌的难易程度和热储层的裂缝发育程度息息相关, 有时候还与地下水热水的流动顺畅程度有一定关系。如果在热储条件比较好的地方或者是裂缝发育比较好的地方, 回灌就显得很容易;如果在热储条件比较差的地方或者裂缝发育并不完全的地方, 回灌就会显得比较困难。空隙型的回灌方式在回灌之初能力稍强, 因此人们在回灌初期可以采取自然回灌与压力回灌并行的方式, 然后在后期独立采用压力回灌的形式。
进行压力回灌时, 人们应该注意:要提前将管道内的空气排空, 保持真空状态;要定期清除过滤网上的杂质, 定期放气;离心泵不要把空气打入井内, 这样很容易造成阻塞。
无论哪种地热井回灌技术, 其直接目的是尽可能多且经济地将回灌水输入地下, 但是由于回灌水质及地层条件的原因, 随着回灌时间的延续, 回灌时会出现各种阻塞现象, 导致单位时间的回灌量下降。所以, 无论采用哪种回灌技术, 在回灌过程中, 人们都要结合各种防腐蚀阻塞处理技术来尽可能保证回灌水量持续稳定。
