聊城市地热回灌试验工作方案-改Word文档格式.docx
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7经费预算 24
8预期提交成果 24
9附件：
地热井回灌实验控制方案 25
9.1客户现状及需求 25
9.2系统解决方案 28
1概况
1.1试验意义
聊城市位于北纬35°
47'
—37°
02'
和东经115°
16'
—116°
32z之间，总面积8715km2o实验区范围为东昌府辖区内地热开采区，东昌府位于北纬36°
—36°
42'
39'
08z之间，总面积1254km2o回灌试验初步拟定在东昌府滨河花园地热开采井，试验位置见图1。
地热回灌就是把地热废水、常温地下水、地表水甚至污水灌入热储层中，其目的包括以下几个方面。
第一是为了对地热废水进行处理。
地热废水的温度一般高于环境温度，其中通常含有较高的盐份和一些特殊组分，有些化学组分是有毒有害的。
因此，地热废水的直接排放可能对环境造成热污染和化学污染。
第二是为了改善或恢复地热田的产热能力。
地热田中的地热能一部分储存在其中的热流体中，而绝大部分储存在岩石骨架中。
通过把温度较低的水注入热储层中，经过加热后在抽取出来，就可能提高地热田的利用效率。
此外，回灌的目的还在于保持热流体的压力，维持热田的开采条件。
一般来说，由于地热的开发利用，储层的流体压力会降低，如果开采量过大，使补给和开采失去平衡时，储层的压力会持续降低，使热田的生产能力降低，甚至丧失生产能力和引起地面沉降。
通过回灌可以维持或恢复储层压力，稳定地热资源的开采条件，预防地面沉降的发生。
在最早的回灌工程中，其目的主要是处理地热废水，但是后两个方面的目的在近年来得到了越来越高的重视。
目前，国内外地热尾水回灌技术已广泛应用于地热开采，不但减少
2
了地表环境污染，真正做到了绿色环保，还循环利用了地热水资源，减少了地质环境问题。
各地的地热回灌也都是在进行地热尾水回灌试验研究的基础上开展的，因为地热尾水回灌需要掌握当地的回灌地层条件，了解回灌是可能否淤堵或溶蚀含水地层、回灌的经济可行性、建立回灌模式等。
但是我省的地热回灌工作尚未真正开始，主要原因之一就是缺少指导性的试验工作和缺少地热回灌的成功模式。
为此，聊城市政府、国土资源局以保护地质环境为大局，以科学合理持续开发地热资源为基本目的，及时开展地热尾水回灌试验研究工作，将为本区“资源开发与环境保护并重”的管理工作提供依据。
将为全省开展这项工作提供示范。
究其意义主要有以下几点：
1、 避免地表环境的热污染和水化学污染；
2、 避免因开采地热水引发的地面沉降；
3、 减少水头损失，平衡地层压力，保持地热开采条件稳定；
4、 增大热储层吸热能力。
把温度较低的水灌入热储层中是一项非常复杂的技术。
如果回灌井的位置过近或回灌量过大，可能引起热储的冷却，降低开采井的出水温度或产汽量；
如果采用的回灌工艺存在问题，回灌井的回灌能力可能逐渐降低，甚至最后丧失回灌能力。
为了研究回灌的效果，还需要对热田进行全面的监测工作。
1.2目标、任务
本次地热回灌试验的主要目标：
通过地热地质条件的调查、地热尾水回灌试验、动态监测和综合研
究，提交地热回灌研究报告，为科学合理开采管理地热资源提供依据。
主要任务：
（1） 对地热回灌条件进行调查，选定试验场地和井孔；
（2） 调查不同开发利用形式的生产工艺流程，了解各生产环节的水温水质变化，合理制定回灌时间和回灌量；
（3） 施工建设地热回灌试验设施，建设地热尾水集中收集、井口回灌、回扬等装置；
（4） 研究回灌方案，编制自动回灌程序软件，进行自动智能回灌试验，抽水试验，求取地层水文地质参数及其变化，计算回灌影响半径；
（5） 建设自动化远程监控装置，监测开采回灌过程中水位、水压、水温、水量变化。
对地热原水、尾水、回灌区热水的水质进行动态分析，掌握动态变化规律；
（6） 统计计算回灌成本与收益，进行经济分析；
（7） 进行综合分析研究，得出试验结论，提交地热回灌试验研究报告。
（8） 编制地热回灌技术规范。
开展聊城市地热尾水回灌试验研究，为科学合理开采地热资源提供依据。
1.3时间安排
该项目计划2009〜2010年内完成，具体时间安排如下
2009年1月〜3月份完成资料的收集及设计的编写、审查等；
2009年4月份完成区域地热井调查，回灌井的调查、井的资料的收集、井的确定等；
2009年5月〜6月份完成个月内完成项目的实施方案设计编制、完善、审定等工作；
2009年7〜9月份完成井口试验装置研制安装调试工作
2009年10月〜2010年3月份完成回灌试验
2010年3〜6月资料整理、综合分析、工作总结报告编写。
2010年6〜10月编制地热回灌技术规范。
2区域地质背景
2.1自然经济地理
聊城市地处经济发达的山东省西北部，位于北纬35°
47z一37°
027和东经115°
—116°
327之间，南北直距138公里，东西直距114公里。
市境地处黄河冲击平原，除东阿县沿黄河一带有10座剥蚀的残山外，皆为黄河冲积平原。
地势自西南向东北逐渐倾斜，莘县西南部最高，海拔49米；
高唐县的东北部最低，海拔27.5米。
由于历史上黄河多次在聊城改道泛滥，形成了高坡、洼地相间的微地形起伏地貌。
总面积8715平方公里，总人口557.52万人，人口密度每平方公里640人。
下辖126个乡、镇、办事处，6516个村委会。
2001年末，全市企业单位1219个，事业单位1481个，机关单位1010个，全部单位在岗职工人数为325020人。
聊城是国家历史文化名城，自然资源与人文景观相互交融形成了丰富的旅游资源。
名胜古迹2700多处，有旅游开发价值的景观有470多处。
国家级重点文物保护单位3处，省级重点保护单位15处，特别是聊城城区独具“江北水城”特色，素有“中国北方的威尼斯”之称。
聊城交通发达，京九铁路、邯济铁路、济馆高速公路在此交汇，是连接东西南北的重要交通枢纽。
聊城铁路编组站是京九线上的4大编组站之一。
近年来经济发展较快，地热热开发量逐渐加大。
2.2气象水文资源
属于暖温带季风气候区，半干燥大陆性气候。
气候适宜，光照充足，全年光照时数在2463.0—2741.8小时之间，全市平均气温12.8—13.4°
C,全年降水量为567.7—637.3毫米，年均相对湿度为56—68%,无霜期200天左右，多南风和偏南风。
聊城“江北水城”是长江以北一座独具魅力的北方水城。
聊城城市建成区43平方公里，湖河水域面积多达13平方公里，占整个城市建成区的l/3o全市流域面积在30平方公里以上的河流有23条，流域面积在100平方公里以上的河流有3条。
中华母亲河一黄河在聊城市境内蜿蜒130多公里；
马颊河、徒骇河、渭河、赵王河等市内主要河流纵横交错，形成了独特的水系。
市区内有我国北方最大的城市湖泊一东昌湖，水面总面积近5平方公里；
著名的京杭大运河自南向北穿越而过，形成“城在水中，水在城中，城中有湖、湖中有城、城河湖一体”的独特城市风貌，被誉为“江北水城"
。
聊城市资源物产丰富，可利用地表水资源多年平均总量为454.86亿立方米，过境黄河水资源420.3亿立方米，地下水资源可利用量9.51亿立方米。
煤、石油、天然气、石灰石、石膏、铁等地下矿藏丰富，地热资源尚待规模性开发。
2.3地质构造条件
全市地质构造属华北地台（I）的一部分，聊考断裂带又将全市分为2个二级构造单元，其西部为辽冀台向斜（IL）,东部为鲁西台背斜（II2）。
辽冀台向斜中有2个三级构造单元，即临清坳断区（IIL）和内黄隆断区（IIL）；
鲁西台背斜中有1个三级构造单元，即在平坳断区（1压）o其次，自西向东又分7个四级构造单元：
馆陶凸起区（IV）、临清凹陷区（IV2）＞新集凸起区（IV3）＞莘县凹陷区（IV）、桑阿凸起区（IV5）＞阳谷凸起区（IVQ、东阿凹陷区（IV7）O区内分布许多断裂，其走向一般呈北东向。
较大的断裂为聊考大断裂，其次有冠广断裂、冠县断裂、堂邑断裂、聊城断裂、在平断裂、东阿断裂、馆陶断裂、马陵断裂，另外还有许多小断裂。
聊考断裂，北自在平，南至河南兰考，全长270公里，市内长度110公里，是市内辽冀台向斜与鲁西台背斜的分界线，同时控制着市内第三系的发育及构造形态的发展。
冠广断裂，西自冠县，穿过聊考大断裂，东至广饶，全长290公里，市内长度约100公里。
该断裂北盘下降，南盘上升。
冠县断裂，北自临清石槽，南至冠县梁堂，与冠广断裂相交，全长约60公里，其北端是临清凹陷与新集凸起的分界线，南端是临清凹陷与桑阿凸起的分界线。
堂邑断裂，自莘县董杜庄向西北延伸，经过堂邑，至博平与聊考大断裂相交，全长约73公里，其南盘为下降盘。
聊城断裂，其东北在聊城交于聊考大断裂，西南在莘县河店交于堂邑断裂，全长约40公里，是北盘为下降盘的断裂。
在平断裂，为东盘下降的断裂。
其北自在平王老，南至阳谷七级，全市约55公里。
东阿断裂，位于市内最东部，是西盘下降的断裂。
其北自东阿高集，南至阳谷张秋，全长约50公里。
馆陶断裂，位于市内最西部，该断裂将北馆陶构造一分为二，使断裂带两侧孔店组地层与奥陶纪灰岩接触。
马陵断裂呈北西走向，全长约15公里，北东为下降盘。
该断裂带是临清凹陷与河南内黄隆起的分界线，见图2。
2.4区域地层条件
自晚第三纪以来普遍接受了上第三系和第四系的沉积，主要为黄河泛滥冲击物和洪积物，除东阿沿黄河艾山、香山、鱼山、关山一带不足50米高的10座孤山有古生界奥陶系灰岩出露处，其余均为新生界第四系所覆盖。
第四系厚度一般为30-270米，以临清、莘县、高唐一带厚度较大。
第四系包括全新统和更新统，更新统又分上、中、下更新统。
全新统主要为冲积物和洪积物，沉积厚度7-25米，广泛分布于全市，主要为冲击、沼泽项沉积，其上部为土黄色粉质粘土夹粉土，结构松散。
；
更新统主要为河湖相沉积，厚30-260米，主要为河湖相沉积，岩性上部为黄色、棕黄色、褐黄色粉土为主，夹有粉砂和粉细砂，结构松散；
下部多为棕黄色、灰绿色棕红色粉质粘土。
第四系以下为上第三系明化镇组和馆陶组，其中明化镇组在聊考大断裂以西，底板埋深810-870米，岩性主要为棕红色、棕黄色、棕褐色粉质粘土和粘土夹粉砂和细砂岩；
馆陶组底板埋深780—1490米左右，岩性上部以灰白色粉细砂岩及棕红色、灰绿色泥岩为主，中部为泥岩夹中砂，下部为灰白色中砂岩、中细砂岩及砂砾岩夹棕色泥岩为主。
上第三系以下为下第三系东营组、沙河街组和孔店组。
东营组厚度370M左右，其上部为棕红、灰绿色泥岩夹灰白、浅灰绿色砂岩和含砾砂岩，下部为灰白、棕褐灰绿色细砾岩、砂岩夹薄层泥岩。
沙河街组上部
1
以灰绿色泥岩为主，夹白云质灰岩，下部灰绿色泥岩、灰色页岩、及砂砾岩，厚度450米左右。
孔店组上部为棕红色、棕黄色、灰白色砂岩与紫红色泥岩互层，中部为灰紫色泥岩、砂质泥岩与灰白、深灰、棕红色砂岩互层，下部为褐、灰绿色泥岩及砂砾岩，该层厚度大于400米。
再向下为古生界石炭二迭系、奥陶系、寒武系地层，还有古生界变质岩。
2.5区域水文地质条件
聊城市含水地层，其上部主要由黄河沉积而成，下部为河湖相沉积，总的沉积规律是上部颗粒细，下部颗粒粗。
按照地质时代，含水层特点和地下水水力性质，自上而下分为浅层、中深层、深层三个含水岩组。
（1）浅层含水岩组分布发育规律及其特征
浅层含水岩组埋深在60米以内，地下水为潜水一微承压水。
根据水化学分带的特点和咸淡水划分标准，确定一个咸淡水分界面，界面以上为浅层淡水，以下则为浅层咸水。
浅层淡水区处于全淡区和三层结构的最上部，其含水层的发育、分布和埋藏严格受古河道（特别是黄河古河道）和咸淡水的控制，并由此决定了含水层厚度及富水性。
由于淡水底界面呈波状起伏，因而各地段的含水层厚度及富水性也有差异。
按照淡水底界面、含水层厚度及富水性，又可将浅层淡水区分为浅层淡水丰富区、浅层淡水较丰富区和浅层淡水贫乏区三部分。
浅层地下水虽然包括潜水和微承压水，但两者之间无良好隔水层，故水力联系密切。
浅层地下水总流向与地形倾斜方向和地表水流向基本一致，呈北东向，水力坡度0.1—1.1%0。
它的运动方向以垂直方向为主，而水平运动则很缓慢，不明显，只有在东阿和阳谷东南部的山前地带、河流两侧及人工开采形成降落漏斗的地带才比较明显。
浅层地下水补给来源主要是大气降水和地表水灌溉，补给方式是垂直渗入，排泄则是通过地表土层以蒸发的方式及通过机井抽吸（开采）地下水的方式进行。
由于浅层地下水的补给是季节性的，所以，渗入补给是断续的，而排泄（蒸发和开采）则是连续的。
又因浅层地下水埋藏较浅，则渗入补给和排泄途径较短。
所以，有补给条件的时候，排和补几乎是连续进行的，形成就地补，就地排，断续补给，连续排泄，补排连续交替迅速的特征。
（2）深层含水岩组分布发育规律及特征
深层含水岩组其顶、底板埋深一般在200-380米，局部地段顶板埋深180—185米，含水层厚度18—80米，岩性为粉砂、细砂、中细砂、中砂、中粗砂、粗砂及粗砂夹砾石，但以中细砂为主。
含水层上下均有相对稳定的隔水层，其岩性无论是水平上的分布，还是垂向上的埋藏，均无一定的规律。
根据导水系数和水量分为深层淡水丰富区、深层淡水较丰富区、深层淡水贫乏区。
深层地下水属承压水，在聊城市，其流向大部与浅层地下水的流向基本一致，水力坡度0.1%。
左右。
其主要补给来源是邻区同层水的迳流补给，还有适当的越流补给，东南部则是黄河以南山区基岩裂隙水补给。
其运动方式以水平运动为主，但水平的自然径流缓慢，因此补给条件很差，这就容易造成开采区降落漏斗的形成。
在非开采区，深层地下水的排泄是通过水平径流的方式流入邻区；
在开采区则是通过深井开采，以垂直方向排泄。
（3）中深层含水岩组
中深层含水岩组是位于浅层含水岩组和深层含水岩组中间的含水体，其顶、底板埋深在60-260米之间。
由于受古地理环境的制约，该层地下水以咸水为主体（部分全淡区除外），矿化度一般2000-5000mg/L,个别高达17000mg/Lo目前，该层地下水尚无利用价值。
2.6区域地热地质条件
（1） 区域地热地质条件
根据已开展浅层地热勘察工作，本区地温梯度在2.7-3.8°
C/100米之间，推算1500米埋深等深面地温在52-65°
Co地热资源为热水型低温地热资源，地下热水赋存于新生界、中生界碎屑沉积岩中，属层状孔隙一裂隙型热储。
根据热储含水岩系的底板埋深及热储温度，将中生界划分为五个热储层组：
明上段热储层组、明下段热储层组、馆陶组热储层组、东营组热储层组和沙河街组热储层组。
推测热储温度为25-68°
Co热储含水层岩性为灰白色含砾粗砂岩及砂砾岩，成岩性差，孔隙度大，一般自在24—30%,具良好储水空间，单井涌水量100—210m3/ho古生代地层中石炭一二迭系中砂岩、砂砾岩也可作为较稳定的热储层。
奥陶、寒武系碳酸盐岩地层，赋存裂隙岩溶水，为较理想的热储层。
（2） 地热水化学条件
本区地下热水来源绝大部分为盆地沉积物形成时保存下来的沉积水和封存水。
馆陶组地下热水温度为55.5°
C—56°
C,水中PH为7.83,矿化度为4711.8—4857.5mg/L,水化学类型为CL—Na型。
偏硼酸含量为6.0—6.30mg/L,偏硅酸含量36.13—42.41mg/L,均达到GB11615—89附录C中《医疗热矿水水质标准》规定的浓度值，氟含1.08—1.40mg/L,达到有医疗价值浓度。
此外，水中还含有锯、锂、碘、漠、铁、镒等对人体健康有益的微量元素，具有较高的医疗价值和保健作用，可做为洗浴、浴疗矿水，长期洗浴可改善人体环境，增强体质，有益健康。
3以往地热及回灌工作研究程度及现状
3.1地热地质工作研究程度
以往聊城市辖域内做过的地质、水文、地热地质工作较多，以下为主要工作。
（1） 上世纪80年代，山东地矿局水文二队提交的《鲁北地区农田供水报告》及附件，系统性分析研究了鲁北地区浅层供水水文地质条件，相对划分了浅、中、深含水层。
（2） 上世纪80年代，山东省地质矿产局地质科学研究所提交的前晚第三系地质图及说明书，基本阐明了山东省大地构造情况，圈定了晚第三系以来地层厚度。
（3） 1987年地矿部562综合地质队提交的《华北平原北部地温场及地热资源研究报告》，首次全区与研究了华北地温场形态和特征，初步估算了地热资源赋存情况，为进一步勘探提供了依据。
（4） 聊城市地质环境监测站历次提交的5年地质环境监测报告，系统性连续性开展了地下水、地热水动态监测，科学客观的评价了地下水环境。
（5） 高唐幅J—50—271/20万综合水文地质图图幅说明书，详细说明了该地区浅层地下水资源分布及有关地质环境问题。
（6） 《山东省地热资源开发利用调查报告》，系统性调查了全省地热资源勘探开发利用现状，划分了地热资源分区，初步估算了地热资源储量。
（7） 无组织零散施工地热生产井20眼，大多不取岩芯，靠岩屑录井和物探测井曲线，编制地层资料，有粗略的抽水试验资料，动态监测资料稀疏。
3.2地热资源开发利用管理现状
前期勘察资料表明，聊城市地热资源面积约为：
1806.21平方公里。
全市有20眼地热井，主要分布在聊城城区周围、高唐、临清、冠县等区域，其中城区范围内已有13眼，最深的是临清市颐清苑地热井1860米，井口温度67°
C；
中深度的是聊城市城区星光房地产开发公司地热井，井深1619米，井口温度57°
较浅的是聊城开发区图腾房地产开发公司单官屯地热井，井深1030米，井口温度54°
Co多数为房地产开发公司、大学、宾馆饭店等企事业单位，主要用于住宅小区供热、洗澡、游泳等。
由于历史遗留等多种因素，聊城城区内地热井分布密度大，井距近，有待进一步加强科学的管理和规划。
目前，聊城市对20眼地热井加强办证力度，已办理9个采矿许可证，其余正在办理之中。
聊城市已制定了《聊城市矿产资源总体规划》和《聊城市地热资源管理办法》，对地热资源管理加大了依法管理的力度。
最近《聊城市城区地热资源勘查规划》和《地热资源收费暂行办法》，山东省地质环境总站研发的“聊城市地热资源开发自动化远程监控管理系统”运行正常，成套的管理制度和规定，对科学规范的综合开发利用地热资源起到一定的保障作用，地热资源综合开发利用前景广阔。
3.3国内外地热回灌研究工作程度及现状
在地热资源开发初期，由于人们认识不够，开采手段不完善，一般未能制定科学合理的开发方案，致使地热田过量开采，热储水位下降迅速，地热资源严重浪费。
为有效控制水位下降，保护地热资源，地热回灌技术应运而生。
地热回灌是将地热水利用后的尾水回灌到地下某层位中，作为避免地热废水直接排放引起的热污染和化学污染的重要措施，在地热开采过程中对减少水头损失，维持地层压力平衡，保持地热田的开采技术条件稳定和延长地热田寿命具有重要的作用。
目前，回灌技术已在世界范围内推广应用，美国、新西兰、冰岛、意大利、法国、日本、罗马尼亚、丹麦、菲律宾和萨尔瓦多等十多个国家得到了广泛利用。
在国内，北京、天津的地热回灌也已经有了良好的开端，并获得良好效果。
回灌是地热开发中较为复杂的一项技。
为了避免因回灌一起资源破坏和不良地质环境问题，需要进行回灌试验和长期监测工作，以此指导地热回灌工作。
资料表明，目前裂隙岩溶水型热储层中和孔隙裂隙水型热储层中均可回灌，按照回灌的相对热储层位不同可划分为同层回灌和异层回灌，按照回灌模式有：
同层对井回灌、异层对井回灌与同层两采一灌。
选择回灌类型的原则是能进行同层回灌的则进行同层回灌，在无条件进行同
层回灌时，则进行异层回灌。
因为异层回灌时，回灌水流经不同类型的热储层会使水质发生改变，可能造成水源污染。
从2001年开始，北京地热研究所在小汤山电信疗养院进行地热回灌试验，2002年到现在，小汤山地热回灌项目已经扩展到六个单位，回灌热水总量达到150万吨。
经过三年的回灌，小汤山热田地热水位下降幅度逐渐变小，甚至还出现回升，解决了该区热储压力持续下降的难题。
图3和照片1、照片2为在北京小汤山热田内展开的地热回灌试验。
照片1 现代农业科技示范园地热回灌井口装置
照片2 电信疗养院利用地热供暖回水的回灌试验
天津的地热资源回灌研究始于1982年在大港区利用原有地热井在新近系明化镇组热储层进行过专门回灌试验探索，此后各地热田均进行地不同方式的回灌研究。
天津地热院、天津大学地热中心和塘沽区地热中心有关专家和技术人员，从回灌井成井工艺、回灌井地面系统工艺和生产性回灌试验三个方面进行认真地研究和总结，就新近系孔隙型热储层回灌进行了深入细致的试验工作。
截至2007年11月，天津地区已开凿地热回灌井41眼，累计总回灌量已达1600多万立方米，回灌井最深已达3500多米，走在了全国前列。
为实施该工程，本市出台了地热矿产资源补偿费收费标准，并将制定相应的鼓励政策。
企业自行投资补建回灌井设施的，将享受减收矿产资源补偿费的政策；
对由于历史原因、场地条件等情况无法实施回灌的，将及时对其进行技术、工艺等方面的更新、改造，从而提高供热系统利用率，减少开采量。
山东省德州市近年来也开展了相应的研究工作，但到目前为止尚无试验结果。
4地热资源特征
4.1地热井所处构造部位
滨河花园地热井所在位置在大地构造单元上处于华北地台（I级）、鲁西台背斜（II级）、在平拗断（III级）、阳谷凸起（IV级）区内，其基本处于临清拗陷和鲁西隆起的交界部位（见图4）0
图4地质构造图
聊考断裂位于区域西部，走向N3O0〜10°
E,倾向NW,倾角
40〜70°
为西盘下降东盘上升的正断层，落差3000〜7500m。
断层两侧新生界（Q+N）厚度相差500〜1000m。
重力、磁性、地震异常反映明显。
该断层的规模及活动时间长，在三叠纪就已存在，侏罗纪〜早第三系时其活动强烈，晚第三纪〜第四纪亦有轻微活动。
有史以来，曾多次发生地震，它是鲁西隆起和临清拗陷的分界断裂，对东明凹陷、莘县凹陷起着控制作用。
滨河花园地热井处于聊考断裂的上盘，该断裂的分布与存在可能构成了地下热水的良好通道。
4.2地层特征
本区位于在平拗断区的次级构造单元阳谷凸起之内，基底为奥陶系灰岩，与上覆新生界古近系地层呈不整合接触。
自奥陶纪以来，直至三叠纪，以上升隆起为构造运动主旋律，因此绝大部分地层缺失，特别是在聊城经济技术开发区一
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