常見地熱井堵塞類型及處理方法李任年【摘要】Geothermalresourcesisacleanenergy,whichismainlyexploitedwithgeothermalwell.Thequalityandservicelifeofthewellwilldirectlyaffectthewholeoperationcostandefficiencyofheating,springbathing,plantingandbreeding.Thereducedwateramountevennowaterwilloccurbecauseoftheblockageinfiltertubesormininglayers(fissuresorkarst).Theseblockagetypescanbedividedintophysicalandchemical(bacterial)blockage.Thecausesofvarioustypesofblockageareanalyzedindetailandthespecialsolutionsareproposedaccordingtothosedifferentengineeringcases.%地熱資源屬于清潔能源，主要通過地熱井方式進行開發(fā)利用。所以，井的質(zhì)量及使用壽命將直接影響著整個供暖、溫泉洗浴、種植養(yǎng)殖等運行費用和效能。地熱井在運行過程中常會因過濾管或開采層(裂隙、巖溶等)發(fā)生堵塞，導致出水量減少或不出水的問題。地熱井堵塞類型可劃分為物理堵塞、化學(細菌)堵塞。詳細分析了各種堵塞類型的成因，結合工程實例針對不同成因提出了具體的解決方法?！酒诳Q】《探礦工程-巖土鉆掘工程》【年(卷)，期】2015(000)010【總頁?】4頁(P38-41)【關鍵詞】地熱井;堵塞;處理方法【作者】李任年【作者單位】天津市金晨祥地熱水井維修服務部，天津300161【正文語種】中文【中圖分類】TE249地熱井內(nèi)發(fā)生堵塞是一種自然現(xiàn)象，同時，也是目前普遍存在的一個主要問題。所以，了解地熱井堵塞類型及成因，提出相應的具體處理方法，對高效能開發(fā)利用地熱資源具有一定的現(xiàn)實意義。1地熱井堵塞類型及成因地熱井常見的堵塞類型有物理堵塞、化學(細菌)堵塞。1.1物理堵塞物理堵塞是堵塞物以其自然固體形態(tài)存在于水井通道造成堵塞現(xiàn)象。主要有:井壁掉塊，脫落的碎石屑，巖溶裂隙內(nèi)原來次生沉積物，殘留在巖溶裂隙內(nèi)的鉆屑、泥漿、堵漏材料，管壁脫落的鐵銹、鐵銹皮，第三系水井中沉積的泥砂等。井壁掉塊。井壁掉塊主要發(fā)生在基巖地層。井壁掉塊，原因是地層壓力與井筒內(nèi)壓力失衡所致。井內(nèi)殘留堵塞物。有鉆屑、泥漿及堵漏材料等。殘留物是成井洗井時沒有完全洗凈，后來抽水中，進井水速超過了原洗井進井水速，將其攜入井內(nèi)。還有的井，射孔后防砂處理不好，井外泥砂漏進井內(nèi)。第三系地熱井的沉砂。沉砂有2種情況，一種是顆粒較大的細砂或中砂，另一種是細小顆粒的粉砂或粉細砂。當進井水速超限時，將較大顆粒砂推進井內(nèi)，由于井筒斷面增大上返水速變小，不能將其攜向地面，因而沉落于井底;細小砂粒因其在水中自由沉降速度小于沖洗液上返水速而隨水返上地面。但一旦停泵，井筒內(nèi)正上升中的粉細砂失去水速托力沉于井底。過量開采。取水量超過了井的允許開采量，導致井壁失穩(wěn)，井壁泥皮脫落，地層內(nèi)的泥漿、鉆屑及堵漏材料進入井內(nèi)。如江蘇揚州瘦西湖新熱2井，井深2400m，成井要求產(chǎn)出水47m3/h，為了再增水量，換用63m3/h大泵抽水，抽上泥漿、泥砂將井抽坍。⑸鐵銹皮的堵塞。鐵銹皮是鐵的氧化物(Fe2O3)，大部分產(chǎn)生在井內(nèi)動水位以上的置泵管內(nèi)壁、泵管內(nèi)夕卜壁及測管管壁上和長井管內(nèi)壁，尤其泵管外壁和內(nèi)壁產(chǎn)生鐵銹皮量較大，如每次提下潛水泵時由于震動泵管壁不少鐵銹皮脫落于井內(nèi)。近幾年來，由于區(qū)域靜水位不斷下降，加上井內(nèi)出水水阻增大，綜合因素導致動水位不斷延深，氧化面逐漸增大，鐵銹皮產(chǎn)生、脫落日益增多，它已逐漸上升為井的主要堵塞物。鐵銹皮堵塞表現(xiàn)有2種，一是沉于井底淤埋進水井段，二是中途架橋堵住井筒通道。如北京市廣渠門京熱灌4號井出水井段被鐵粉淤埋，不能出水，2010年我們在此井吸排上鐵粉約0.6m3，如圖1所示。架橋堵住井筒的有:2009年我們從天津卷煙廠DL-01地熱井置泵管內(nèi)抓撈上的置泵管和泵管脫落的鐵銹皮如圖2所示;還有紹興道天津廣電局供熱地熱井，架橋深在103m處;河北省獻縣小屯地熱井，架橋長近12m;山東省卿城市星光房地產(chǎn)供熱井，架橋長10m。這些架橋鐵銹皮都把井筒堵死了。圖1井內(nèi)排出(打撈)的三價鐵粉圖2井內(nèi)打撈出的鐵銹皮1?2化學(細菌)堵塞化學堵塞是井水內(nèi)2種離子經(jīng)過化學反應生成的第三種不溶于水物質(zhì)沉淀導致的堵塞，如有3價鐵、硫化亞鐵的沉淀，碳酸鈣(水垢)的沉淀。地熱井內(nèi)鐵細菌、硫酸鹽還原菌等可造成細菌腐蝕沉淀。3價鐵及硫化亞鐵沉淀。地下水中的2價鐵經(jīng)過氧化或鐵細菌作用生成了3價鐵。3價鐵不溶于水而沉淀，鐵在井中呈黃紅色類似泥漿膠狀液體。硫化亞鐵是水中2價鐵與水中的硫酸根，在硫酸鹽還原菌作用下生成的。硫化亞鐵不溶于水，呈黑色膠體，沉于井底，有臭雞蛋味，如圖3所示。此硫化亞鐵是2009年于獻縣電熱1號井1820m吸排上來的。3價鐵、硫化亞鐵以膠體態(tài)充填于地層空隙、裂隙、巖溶和井筒內(nèi)。它密度大，運動粘滯系數(shù)大，阻塞著地熱水流動。圖3井內(nèi)的硫化亞鐵碳酸鈣(CaCO3)水垢的沉淀。水垢是水中重碳酸鈣化學還原的產(chǎn)物。地熱井水內(nèi)含有大量重碳酸鈣，而重碳酸鈣來原于碳酸鈣加二氧化碳加水化合而成;但重碳酸鈣在水中是不穩(wěn)定鹽類。當外因壓力、溫度變化時，會導致二氧化碳溢出，又還原成不溶于水的碳酸鈣。實踐證明，一般碳酸鹽地層熱水井碳酸鈣沉淀是不可避免的，因為，在受高壓下的地熱水滲流入井筒時壓力降低，二氧化碳溢出產(chǎn)生碳酸鈣，這個過程是必然發(fā)生的，故結垢是不可避免的。新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組地熱井水垢較多。結垢輕重與水中的含鈣量成正比，山東省東營市東營組熱水井鈣含量1500mg/L，井壁水垢厚達7mm。常用的地熱井結垢較輕。原因是地下熱水在井筒內(nèi)停留時間較短。抽水時熱水進井后，還來不及反應或未完全反應，就被吸排出井外。閑置井結垢較重。2處理方法2.1簡易氣舉反循環(huán)工藝洗井簡易氣舉反循環(huán)鉆具是在現(xiàn)行雙壁鉆桿基礎上簡化而成的新技術。氣舉反循環(huán)洗井與現(xiàn)行的氣舉正循環(huán)洗井相比有以下6個優(yōu)點。(1)吸程縮小。簡易氣舉反循環(huán)鉆具是一種井下水力吸砂器，吸點在鉆頭上，鉆頭到哪，就抽吸到哪。吸砂時，鉆頭在砂面上吸程為零，洗含水層時吸程僅為鉆頭直徑與井壁間環(huán)空間隙(40~50mm)。而一般氣舉正循環(huán)吸砂洗井，下風管450~500m。它的負壓吸點固定在500m。假設地熱井深1500m，含水層頂在1000m，吸力從500m開始延深1000m，吸程為500m。若吸程500m與氣舉反循環(huán)吸程50mm相比，即氣舉反循環(huán)的吸程僅是現(xiàn)用正循環(huán)吸程的萬分之一。(2)攜砂力增大。簡易氣舉反循環(huán)鉆具沖洗液上返水速成倍增高了，攜砂能力增大了。我們現(xiàn)用氣舉反循環(huán)鉆具平均吸排上返水速達5.36m/s，是氣舉正循環(huán)同等水量下所經(jīng)152mm井筒上返水速1.33m/s的4倍，是7in(177.8mm)井管內(nèi)上返水速0.202m/s的26.5倍由于上返水速增大，原來攜不動的鉆屑、掉塊被攜上來了，如2012年于北京順義區(qū)后沙峪順熱灌-3號井，于2840m處吸排上粒徑長30mm、寬20mm、厚14mm的罕見白云巖掉塊(如圖4左側所示)。圖4井內(nèi)掉塊⑶清洗能力強。因鉆頭(吸頭)距井壁很近，抽吸力比常規(guī)洗井抽吸力大，能從井壁上吸排出如圖4右側所示較大井壁掉塊。該掉塊是寧波東錢湖zk01地熱水井鉆頭在懸空狀態(tài)下于井深601~1417m從井壁上吸排上來的掉塊。(4)不靠井內(nèi)出水。簡易氣舉反循環(huán)鉆具可從井口注水循環(huán)吸砂;而現(xiàn)行氣舉正循環(huán)排砂，離不開井內(nèi)出水，若所洗含水層不能出水，氣舉正循環(huán)無法成立。⑸洗井質(zhì)量上下一致。它對含水層吸洗可從上向下，或從下向上所洗之處吸排力度一樣，故洗井質(zhì)量上下一致;而現(xiàn)行氣舉正循環(huán)負壓吸抽點不能隨意移動，抽吸力上大下小，洗井質(zhì)量上好下差。如2011年北京大興區(qū)采育興熱-12號井，鉆井深3360m熱儲為霧迷山地層，有2個含水層，鑿井方擔心用現(xiàn)行氣舉正循環(huán)下一含水層洗不開，采用了簡易氣舉反循環(huán)洗井。洗后出水自噴，自噴水量150m3/h，水溫118°C，井口壓力0.7MPa,客觀地反映了熱儲富水情況。估計2個含水層均已洗開。(6)洗井效果好。如2013年寧波市東錢湖新鑿zk01地熱井，深1808m處為火成流紋巖地層，富水性很差，經(jīng)用現(xiàn)行洗井方法洗井后，出水量僅有1.7m3/h，經(jīng)采用簡易氣舉反循環(huán)鉆具洗井，出水量增大到了4m3/h，出水量增大了1.35倍，水溫由4UC升到42°C,解決了甲方用水問題。2.2酸化處理酸化洗井是一種化學溶蝕性洗井方法，是物理洗井后的進一步洗井措施。它將物理洗井無力解決的堵塞物，由固體轉(zhuǎn)化為液體，溶蝕在殘酸內(nèi)，再用物理洗井將殘酸排出井外。常用酸有鹽酸和土酸。鹽酸是溶蝕碳酸鹽堵塞物如水垢、石灰?guī)r、白云巖、鐵銹皮及碳酸鹽地層的專用酸;土酸是溶蝕硅酸鹽堵塞物如石英、砂巖、火成巖、泥皮及硅酸鹽地層的專用酸。其代表性反應式如下：上式中CaCl2、MgCl2、FeCl2溶于水，其中3價鐵溶于pH值＜1.86的殘酸內(nèi)。要用好鐵離子穩(wěn)定劑和控制好酸化時間。常規(guī)鹽酸配方：15%~28%HCl+2%~3%緩蝕劑+1%~3%表面活性劑+1%~3%鐵離子穩(wěn)定劑。酸鹽溶蝕率與酸的濃度有關，據(jù)有關資料介紹濃度30%的鹽酸，體積溶蝕率約15%。土酸由鹽酸與氫氟酸混合而成。土酸中與硅酸鹽起化合作用的是氫氟酸。硅酸鹽地層堵塞物中也含鈣，氫氟酸也能與鈣化合，但與鈣化合后生成不容于水的氟化鈣，會導致二次沉淀，故氫氟酸不能單獨酸化洗井。加入鹽酸的目的是先讓鹽酸把鈣溶蝕，剩下硅質(zhì)鹽再由氫氟酸溶蝕。常規(guī)土酸配方:12%HCl+3%HF，添加劑及用量與鹽酸同。氫氟酸與硅酸鹽中石英SiO2反應：氫氟酸與石英化合生成溶于水的氟硅酸H2SiF6。土酸用量:含水層每米1~2m3,溶蝕率很低，體積比約1%。酸液在溶蝕堵塞物的同時，也溶蝕地層的巖溶裂隙壁，擴大了巖溶裂隙通水斷面，具有增大出水量的功能。如2005年北京市小湯山北京市園林局苗圃湯熱7號地熱井，洗井前已不能出水，鹽酸酸化后，出水達102m3/h，比新井時出水量74m3/h增大了28m3/h，增率37.8%。酸化可酌情分井段或分次酸化。酸化洗井液中添加劑兼有殺菌功能，無需再專門殺菌。酸化洗井，行之有效，但酸化液對設備、工具、井管損傷較大，對空氣有重度污染，若有不慎會發(fā)生井噴或酸化事故，應慎用。2.3對置泵管、泵管進行液體防氧化保護對置泵管、泵管進行液體防氧化保護，減少鐵銹皮發(fā)生，是目前解決鐵銹皮堵塞的—種有效方法。進行液體保護的先決條件是井內(nèi)不能有動水位。因過去曾有人充氮氣保護，因動水位無法控制，耗氮量過大，未能如愿。1995年筆者在研究減少潛水泵抽空時，試驗成功了井內(nèi)負壓取水，已取消了動水位，為液體保護置泵管創(chuàng)造了必要條件。當時，我們已成功地做過清水保護試驗，因那時鐵銹皮問題尚未出現(xiàn)，故未派到用處。液體保護安裝方法如下:在靜水位之下，潛水泵之上，安裝一個水井封隔器，隔斷潛水泵上下水力聯(lián)系。于封隔器上至井口注滿清水。清水內(nèi)含溶解氧很少可減輕其氧化程度。清水內(nèi)含溶解氧0.8mg/L左右。最好用無結晶水的亞硫酸鈉除去水中溶解氧，用無氧水保護。每升清水除去1mg/L溶解氧，需要亞硫酸鈉7.88mg。圖5是隔水器與潛水泵下井情況。圖5潛水泵加封隔器3結語地熱水井堵塞處理乃至故障修理，是地熱開發(fā)利用中一項新的工作。做好此項工作需同仁共同探索創(chuàng)新交流。不斷提高工作能力。本文僅供參考。文中可能有片面之處請指正。參考文獻：[1]李穎川.采油工程[M].北京:中國石化出版社，2004.[2]萬仁薄.采油工程手冊[M].北京:石油工業(yè)出版