實地探訪

由山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院)打造的山東省第一座砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嗍痉豆こ?，近年來得到了國?nèi)外地?zé)釋＜业母叨瓤隙?，并被能源行業(yè)地?zé)崮軜?biāo)委會評定為“地?zé)崮荛_發(fā)利用標(biāo)準(zhǔn)化示范項目”。該項目實現(xiàn)供暖尾水100%回灌的奧秘是什么?示范工程在設(shè)計理念上具有怎樣的特點?該工程同以往傳統(tǒng)的地?zé)峄毓喙に囋O(shè)計相比有哪些不同?就此《地源熱泵》記者帶著諸多疑問，實地參觀了山東省第一座砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嗍痉豆こ獭?/p>

山東德州德城區(qū)水文家園小區(qū)外景

位于山東省德州市德城區(qū)的水文家園小區(qū)地?zé)岵晒喙こ淌巧綎|省魯北地質(zhì)工程勘察院2016年建成的山東省第一座砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嗍痉豆こ?，集供暖和洗浴利用方式、換熱、熱泵應(yīng)用技術(shù)、回灌技術(shù)、自動化監(jiān)測展示及產(chǎn)學(xué)研教為一體。該小區(qū)建筑總面積約5.7萬平方米，包括暖氣片供暖和地板輻射供暖兩種供暖方式。

砂巖熱儲地?zé)峄毓喽喙δ苷故緩d

山東省魯北地質(zhì)工程勘察院地質(zhì)研究中心主任劉志濤說，“這個工程已連續(xù)運行了三個供暖季，前三個供暖季回灌量已超過了50萬立方米，實現(xiàn)了供暖尾水100%回灌，現(xiàn)在已經(jīng)開始第四個供暖季采灌工作，并繼續(xù)保持供暖尾水全部回灌。”

地?zé)衢_采井和回灌井模型圖

劉志濤告訴記者，該示范工程在設(shè)計理念上結(jié)合了德州市地?zé)豳Y源條件和小區(qū)的供暖需求進(jìn)行了很好的設(shè)計，主要有幾個特點：一是采用了熱交換技術(shù)，利用板式換熱器把軟化的自來水加熱供暖，有效避免高礦化度地?zé)崴畬δ┒松崞鞯母g;二是采用梯級綜合利用方式，一級板換的熱量用于效率較低的暖氣片供暖，換熱后的低溫地?zé)崴糜诘匕遢椛涔┡拖丛　Ｈ峭礋岜媒Y(jié)合起來，供調(diào)峰使用，提高熱利用率。四是供暖尾水經(jīng)過濾設(shè)備同層回灌到地下，實現(xiàn)地?zé)岬目沙掷m(xù)開發(fā)利用。

山東省砂巖熱儲地?zé)峄毓嗍痉豆こ坦嵴?/p>

“現(xiàn)在還是無壓回灌，不需要添加任何壓力，自然就能回灌到地下。”談及這項工藝設(shè)計的奧秘時劉志濤介紹，回灌井采用了大口徑填礫工藝，與傳統(tǒng)工藝是有一定的區(qū)別。“傳統(tǒng)工藝儲層段井徑大體是311mm左右，下入178mm的井管，間隙不填礫;現(xiàn)在的工藝就是大口徑填礫工藝，井徑比較大，可達(dá)450mm，下入178mm的井管后，井管和鉆孔之間的間隙要填濾料，然后上面使用黏土球把它封住，這樣的工藝更有利于回灌。”劉志濤說。

魯北院大口徑填礫工藝技術(shù)的成功應(yīng)用得益于該院以往鉆探工藝研究的技術(shù)成果。此項工藝最關(guān)鍵的是在填礫時需要高超的技術(shù)。比如在井深較大時，濾料很容易在中間的某個位置卡住而不能到達(dá)預(yù)期位置處，魯北院科研人員進(jìn)行了不懈的探索和嘗試，精準(zhǔn)填礫深度從1000米逐漸增加到2000米。

由傳統(tǒng)的大罐過濾方式經(jīng)創(chuàng)新研究后采用并聯(lián)式的小罐過濾

在回灌工藝中，魯北院還對回灌過濾作了創(chuàng)新研究。傳統(tǒng)的過濾方式大多采用一個大罐進(jìn)行過濾，魯北院技術(shù)人員在設(shè)備運行中發(fā)現(xiàn)，這種方式不利于生產(chǎn)性回灌工作的持續(xù)進(jìn)行。“我們進(jìn)行了改進(jìn)，采用并聯(lián)式的小罐，如果其中的一個堵了，就把它的閥門單獨關(guān)閉進(jìn)行處理，不會影響回灌持續(xù)運行。”劉志濤說，在回灌具體規(guī)范操作方面還有一些技巧，這些看似簡單的操作，如果不注意很容易出現(xiàn)問題，最終影響回灌效果。

魯北院打造的山東省第一座砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嗍痉豆こ痰玫搅说胤秸I(lǐng)導(dǎo)和國內(nèi)地?zé)釋＜业母叨瓤隙?，被能源行業(yè)地?zé)崮軜?biāo)委會評定為“地?zé)崮荛_發(fā)利用標(biāo)準(zhǔn)化示范項目”。該示范工程建成以來，每年接待全國各地甚至國外大學(xué)、科研院所、企事業(yè)單位數(shù)十批次考察團(tuán)的參觀交流學(xué)習(xí)，“實地參觀后，他們很受啟發(fā)，這為他們地?zé)岵晒喙こ痰慕ㄔO(shè)提供了很好的工程借鑒，也切實為地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用起到了良好的示范和引領(lǐng)作用。”

砂巖熱儲地?zé)峄毓嗍痉豆こ瘫皇谟?ldquo;地?zé)崮荛_發(fā)利用標(biāo)準(zhǔn)化示范項目”銅牌

地?zé)嵛菜毓嘌芯砍晒谋澈蟮靡嬗谏綎|省地礦局和魯北院各級領(lǐng)導(dǎo)對科研工作的重視以及科研人員多年來專心致志、潛心鉆研的努力。地?zé)嵛菜毓嘌芯繗v經(jīng)試驗性回灌階段、生產(chǎn)性回灌階段、標(biāo)準(zhǔn)化回灌階段三大發(fā)展歷程，針對砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嚓P(guān)鍵技術(shù)難題，魯北院從回灌井鉆探成井工藝、回灌工藝、回灌技術(shù)三方面，對影響回灌效果的因素進(jìn)行了深入的研究，為地?zé)峄毓嗟耐茝V應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐。

劉志濤介紹，2019年魯北院建成了全國第一個大型地?zé)峄毓嗄M試驗場。該試驗場將針對回灌堵塞機(jī)理開展深入的模擬研究，探討不同因素影響條件下的堵塞效應(yīng)，另外也將開展人工回灌對儲層水動力場、溫度場、水化學(xué)場等各方面影響的監(jiān)測試驗與數(shù)值模擬研究，探討回灌條件下的環(huán)境影響效應(yīng)，同時也將深入研究回灌條件下地?zé)豳Y源可持續(xù)開采量計算評價的理論方法，該試驗場研究成果將為區(qū)域地?zé)崮艽笠?guī)模開發(fā)利用提供指導(dǎo)。

地?zé)峄毓嗄M試驗場

十余年來，魯北院開展了眾多的地?zé)峄毓嘣囼灪脱芯宽椖浚渲邪?ldquo;山東省孔隙熱儲地?zé)峄毓喽氯麢C(jī)理研究”、“魯北砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嚆@探及回灌工藝研究”等廳局級重要科研項目，提交研究成果20余項，并制定了自然資源部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)規(guī)程》和山東省地方標(biāo)準(zhǔn)《地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)規(guī)程》。經(jīng)過多年的努力，魯北院在地?zé)嵛菜毓嘌芯款I(lǐng)域取得了驕人的成績，“砂巖熱儲地?zé)峁┡菜毓嗉夹g(shù)”入選“山東省能源領(lǐng)域重點技術(shù)、產(chǎn)品和設(shè)備目錄”“山東省魯北地區(qū)地?zé)峄毓鄺l件研究”、“魯北砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嚆@探及回灌工藝研究”等多個項目成果獲廳局級科技進(jìn)步獎。