砂岩型出水地热井和回灌井施工方法与流程

本发明属于砂岩型地热井施工方法技术领域，尤其涉及一种砂岩型出水地热井和回灌井施工方法。

背景技术：

地热是一种清洁、廉价、可再生和可直接利用的新能源。开发利用地热资源可替代大量的煤炭和天然气等石化能源，有利于改善现有的能源结构，有利于降低能源消耗和成本，有利于最大限度地减少废气、粉尘、噪声污染等。据估算，我国目前探明的可开采利用的地热资源约折合每年3284万吨标准煤的发热量。以平均每消耗一吨标准煤向环境排放22.6kg二氧化碳、17.87kg二氧化硫、15.39kg烟尘、7.50kg工业粉尘、96.06kg工业固体废弃物计算，开采地热资源每年将减少二氧化碳排放量742180吨，二氧化硫排放量586851吨，烟尘排放量505408吨，工业粉尘排放量246300吨，工业固体废弃物排放量3154610吨等，可见开发地热资源对于节能环保具有重要的意义。

20世纪90年代以来，随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，特别是旅游和房地产业的蓬勃发展，强劲的市场需求，推动了地热资源的勘查开发，开发地热的地区越来越多，地热井越打越深(已超4000m)。

地热弃水回灌是实施地热资源保护和可持续开发利用的重要手段。地热弃水回灌对维持热储压力、减少污染具有重要作用。目前，在地热利用方面存在以下问题：其一，为了降低地热能源利用成本，将地热简单地等同于一般的水资源开发，过量开采，只抽不灌。全国现有地热回灌井仅占开采井的14.5%，回灌量仅为开采量的5%。地热资源开发由此受到严重影响，不少地方出现水位下降，温度降低，资源枯竭，并引发地面沉降等问题；其二，出水地热井的取水层与回灌井的回灌层在同一含水组中的所有含水层中，由于同一含水组中的不同含水层中的地质结构不同，使得不同含水层中的地下水压力、透水系数不相同，使得不同含水层中的水因存在压力差且透水系数不同，造成地下水压力大的含水层中的水向压力小、透水系数高的含水层中流动，影响回灌数量和回灌效率，回灌量较低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就是提供一种回灌效率高、环境污染小、回灌量大的砂岩型出水地热井和回灌井施工方法。

为解决上述问题，本发明砂岩型出水地热井和回灌井施工方法采用的技术方案为：该方法包括以下步骤：

第一步，地热井施工

根据区域地层资料施工出水地热井，该出水地热井利用热储段全部含水组的含水层；

第二步，利用流量探头测量含水组中的各个相邻含水层之间的水流量，并记录各相邻含水层之间的水流量

待出水地热井中的水位平稳后，根据区域地层资料和出水地热井，将流量探头依次放置在各个相邻的含水层之间对应的出水地热井中的位置上，并分别记录出水地热井中各个相邻含水层之间的流量，从上面数第一含水层上方的流量为q0=0，第一含水层和第二含水层之间的流量为q1，第二含水层和第三含水层之间的流量为q2，……，第n-1层到第n层含水层之间的流量为qn-1，

第三步，根据各个相邻含水层之间的流量，推算每个含水层外的水的压力和管体内的压力大小，并确定回灌含水层

设定流量探头向上流动的流量为正数流量，则流量探头向下流量为负数流量，根据公式δqa=qa-qa-1,当δqa小于0时，在第a层含水层中的水从井管外流向井管内，说明第a层含水层中井管外的压力大于井管内的压力；当δqa大于0时，在第a层含水层中的水从井管内流向井管外，说明第a层含水层中井管外的压力小于井管内的压力，将水从井管内流向井管外的含水层设定为回灌井的回灌含水层；

第四步，确定回灌井的位置

根据出水地热井抽水试验结果计算影响半径，回灌井施工位置到出水地热井的距离为影响半径的1/2-2/3；

第五步，施工回灌井

回灌井为射孔成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，对含水层进行固井施工，固井后对回灌井的回灌含水层地层进行射孔，洗井；回灌井为填砾成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的回灌含水层位置下滤水管，管外回填砾料；回灌井为同径止水成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的回灌含水层下滤水管，在含水层上下端进行封闭止水。

作为砂岩型出水地热井和回灌井施工方法的进一步改进，

在所述第三步计算每个含水层外的水的压力和管体内的压力大小后，进行回灌试验，再次验证回灌井的回灌含水层，设定新回灌含水层，该回灌试验包括下列步骤：

第1步，利用流量探头测量含水组中的各个相邻含水层之间的水流量，并记录各相邻含水层之间的水流量，

待出水地热井中的水位平稳后，向出水地热井中注水，使出水地热井中的水面距离0.5-2.5米之间的某个恒定水位，根据水位沉降不断向出水地热井中注水，使出水地热井中的液面处于恒定水位，将流量探头依次放置在各个相邻的含水层之间对应的出水地热井中的位置上，并分别记录出水地热井中各个相邻含水层之间的流量，从上面数第一含水层上方的流量为q0，第一含水层和第二含水层之间的流量为q1，第二含水层和第三含水层之间的流量为q2，……，第n-1层到第n层含水层之间的流量为qn-1，

第2步，根据各个相邻含水层之间的流量，推算每个含水层外的水的压力和管体内的压力大小，并确定回灌含水层

设定流量探头向上流动的流量为正数流量，则流量探头向下流量为负数流量，根据公式δqa=qa-qa-1,当δqa小于0时，在第a层含水层中的水从井管外流向井管内，说明第a层含水层中井管外的压力大于井管内的压力；当δqa大于0时，在第a层含水层中的水从井管内流向井管外，说明第a层含水层中井管外的压力小于井管内的压力，将水从井管内流向井管外的含水层设定为回灌井的新回灌含水层；

第四步，确定回灌井的位置

根据出水地热井抽水试验结果计算影响半径，回灌井施工位置到出水地热井的距离为影响半径的1/2-2/3；

第五步，施工回灌井

回灌井为射孔成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，对含水层进行固井施工，固井后对回灌井的新回灌含水层地层进行射孔，洗井；回灌井为填砾成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的新回灌含水层位置下滤水管，管外回填砾料；回灌井为同径止水成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的新回灌含水层下滤水管，在含水层上端进行封闭止水。

本发明所提供的砂岩型出水地热井和回灌井施工方法与现有技术相比，具有以下优点：其一，由于该方法包括以下步骤：

根据区域地层资料施工出水地热井，该出水地热井利用热储段全部含水组的含水层；待出水地热井中的水位平稳后，根据区域地层资料和出水地热井，将流量探头依次放置在各个相邻的含水层之间对应的出水地热井中的位置上，并分别记录出水地热井中各个相邻含水层之间的流量，从上面数第一含水层上方的流量为q0=0，第一含水层和第二含水层之间的流量为q1，第二含水层和第三含水层之间的流量为q2，……，第n-1层到第n层含水层之间的流量为qn-1；设定流量探头向上流动的流量为正数流量，则流量探头向下流量为负数流量，根据公式δqa=qa-qa-1,当δqa小于0时，在第a层含水层中的水从井管外流向井管内，说明第a层含水层中井管外的压力大于井管内的压力；当δqa大于0时，在第a层含水层中的水从井管内流向井管外，说明第a层含水层中井管外的压力小于井管内的压力，将水从井管内流向井管外的含水层设定为回灌井的回灌含水层；根据出水地热井抽水试验结果计算影响半径，回灌井施工位置到出水地热井的距离为影响半径的1/2-2/3；回灌井为射孔成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，对含水层进行固井施工，固井后对回灌井的回灌含水层地层进行射孔，洗井；回灌井为填砾成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的回灌含水层位置下滤水管，管外回填砾料；回灌井为同径止水成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的回灌含水层下滤水管，在含水层上端进行封闭止水，

出水地热井利用热储段全部含水组的含水层；通过出水地热井测定含水组中的各个含水层中的压力，在回灌井成井时，回灌井的回灌层设置在地下水压力小、透水系数高的含水层，而在其他含水层采用盲管，这样，压力大的含水层中的水不能经回灌井流入到压力小、透水系数高的含水层中，通过回灌井回灌的水迅速进入回灌层所在的含水层中，回灌速度快、回灌量大，回灌效率高；回灌井到出水地热井距离为出水地热井影响半径的2/3，既保证回灌量又可以防止地下水回灌热突破；

其二，由于在所述第三步计算每个含水层外的水的压力和管体内的压力大小后，进行回灌试验，再次验证回灌井的回灌含水层，设定新回灌含水层，该回灌试验包括下列步骤：待出水地热井中的水位平稳后，向出水地热井中注水，使出水地热井中的水面距离0.5-2.5米之间的某个恒定水位，根据水位沉降不断向出水地热井中注水，使出水地热井中的液面处于恒定水位，将流量探头依次放置在各个相邻的含水层之间对应的出水地热井中的位置上，并分别记录出水地热井中各个相邻含水层之间的流量，从上面数第一含水层上方的流量为q0，第一含水层和第二含水层之间的流量为q1，第二含水层和第三含水层之间的流量为q2，……，第n-1层到第n层含水层之间的流量为qn-1；设定流量探头向上流动的流量为正数流量，则流量探头向下流量为负数流量，根据公式δqa=qa-qa-1,当δqa小于0时，在第a层含水层中的水从井管外流向井管内，说明第a层含水层中井管外的压力大于井管内的压力；当δqa大于0时，在第a层含水层中的水从井管内流向井管外，说明第a层含水层中井管外的压力小于井管内的压力，将水从井管内流向井管外的含水层设定为回灌井的新回灌含水层；根据出水地热井抽水试验结果计算影响半径，回灌井施工位置到出水地热井的距离为影响半径的1/2-2/3；回灌井为射孔成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，对含水层进行固井施工，固井后对回灌井的新回灌含水层地层进行射孔，洗井；回灌井为填砾成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的新回灌含水层位置下滤水管，管外回填砾料；回灌井为同径止水成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的新回灌含水层下滤水管，在含水层上端进行封闭止水，通过回灌液面在0.5-2.5米之间的某个恒定水位，进一步设定在回灌情况下的新回灌含水层，然后根据新回灌含水层设定回灌井的回灌含水层，这样，回灌效果更好。

附图说明

图1为本发明砂岩型出水地热井的结构示意图；

图2为出水地热井和回灌井的分布图；

图3为射孔成井回灌井的结构示意图；

图4为填砾成井回灌井的结构示意图；

图5同径止水成井回灌井的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明砂岩型出水地热井和回灌井施工方法的结构和使用原理做进一步详细说明。

如图1所示，为本发明砂岩型出水地热井的结构示意图；砂岩型出水地热井1包括井孔2和井管3，井管3包括进水孔段4和盲管段5，在进水孔段4上设置有进水孔6，进水孔段4与含水层7对应。

如图2所示，为出水地热井和回灌井的分布图，根据出水地热井4抽水试验结果计算影响半径r，回灌井8施工位置到出水地热井的距离r1为影响半径的1/2-2/3。

如图3所示，为射孔成井回灌井的结构示意图；回灌井8包括井孔9和井管10，井管10包括进水孔段11和盲管段12，在射孔段11上设置有进水孔13，进水孔段11与压力小的回灌含水层7对应。

如图4所示，为填砾成井回灌井的结构示意图；回灌井8包括井孔9和井管10，井管10包括进水孔段11和盲管段12，在进水孔段11上设置有进水孔13，进水孔段11与压力小的回灌含水层7对应。

如图5所示，为同径止水成井回灌井的结构示意图；回灌井8包括井孔9和井管10，井管10包括进水孔段11和盲管段12，在进水孔段11上设置有进水孔13，进水孔段11与压力小的回灌含水层7对应。

砂岩型出水地热井和回灌井施工方法，该方法包括以下步骤：

第一步，地热井施工

根据区域地层资料施工出水地热井1，该出水地热井1利用热储段全部含水组的含水层；

第二步，利用流量探头测量含水组中的各个相邻含水层之间的水流量，并记录各相邻含水层之间的水流量

待出水地热井1中的水位平稳后，根据区域地层资料和出水地热井，将流量探头依次放置在各个相邻的含水层之间对应的出水地热井中的位置上，并分别记录出水地热井中各个相邻含水层之间的流量，从上面数第一含水层上方的流量为q0=0，第一含水层和第二含水层之间的流量为q1，第二含水层和第三含水层之间的流量为q2，……，第n-1层到第n层含水层之间的流量为qn-1，

第三步，根据各个相邻含水层7之间的流量，推算每个含水层外的水的压力和管体内的压力大小，并确定回灌含水层

设定流量探头向上流动的流量为正数流量，则流量探头向下流量为负数流量，根据公式δqa=qa-qa-1,当δqa小于0时，在第a层含水层中的水从井管外流向井管内，说明第a层含水层中井管外的压力大于井管内的压力；当δqa大于0时，在第a层含水层中的水从井管内流向井管外，说明第a层含水层中井管外的压力小于井管内的压力，将水从井管内流向井管外的含水层设定为回灌井的回灌含水层；

第四步，确定回灌井的位置

根据出水地热井抽水试验结果计算影响半径r，回灌井施工位置到出水地热井的距离r1为影响半径的1/2-2/3；

第五步，施工回灌井

回灌井为射孔成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，对含水层进行固井施工，固井后对回灌井的回灌含水层地层进行射孔，洗井；回灌井为填砾成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的回灌含水层位置下滤水管，管外回填砾料；回灌井为同径止水成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的回灌含水层下滤水管，在含水层上端进行封闭止水。

出水地热井利用热储段全部含水组的含水层；通过出水地热井测定含水组中的各个含水层中的压力，在回灌井成井时，回灌井的回灌层设置在地下水压力小、透水系数高的含水层，而在其他含水层采用盲管，这样，压力大的含水层中的水不能经回灌井流入到压力小、透水系数高的含水层中，通过回灌井回灌的水迅速进入回灌层所在的含水层中，回灌速度快、回灌量大，回灌效率高；回灌井到出水地热井距离为出水地热井影响半径的2/3，既保证回灌量又可以防止地下水回灌热突破。

作为该方法的进一步改进，该方法包括以下步骤：

第一步，地热井施工

根据区域地层资料施工出水地热井1，该出水地热井1利用热储段全部含水组的含水层；

第二步，利用流量探头测量含水组中的各个相邻含水层之间的水流量，并记录各相邻含水层之间的水流量

待出水地热井1中的水位平稳后，根据区域地层资料和出水地热井，将流量探头依次放置在各个相邻的含水层之间对应的出水地热井中的位置上，并分别记录出水地热井中各个相邻含水层之间的流量，从上面数第一含水层上方的流量为q0=0，第一含水层和第二含水层之间的流量为q1，第二含水层和第三含水层之间的流量为q2，……，第n-1层到第n层含水层之间的流量为qn-1，

第三步，根据各个相邻含水层7之间的流量，推算每个含水层外的水的压力和管体内的压力大小，并确定回灌含水层

设定流量探头向上流动的流量为正数流量，则流量探头向下流量为负数流量，根据公式δqa=qa-qa-1,当δqa小于0时，在第a层含水层中的水从井管外流向井管内，说明第a层含水层中井管外的压力大于井管内的压力；当δqa大于0时，在第a层含水层中的水从井管内流向井管外，说明第a层含水层中井管外的压力小于井管内的压力，将水从井管内流向井管外的含水层设定为回灌井的回灌含水层；

进行回灌试验，再次验证回灌井的回灌含水层，设定新回灌含水层，该回灌试验包括下列步骤：

第1步，利用流量探头测量含水组中的各个相邻含水层之间的水流量，并记录各相邻含水层之间的水流量，

待出水地热井中的水位平稳后，向出水地热井中注水，使出水地热井中的水面距离0.5-2.5米之间的某个恒定水位，根据水位沉降不断向出水地热井中注水，使出水地热井中的液面处于恒定水位，将流量探头依次放置在各个相邻的含水层之间对应的出水地热井中的位置上，并分别记录出水地热井中各个相邻含水层之间的流量，从上面数第一含水层上方的流量为q0，第一含水层和第二含水层之间的流量为q1，第二含水层和第三含水层之间的流量为q2，……，第n-1层到第n层含水层之间的流量为qn-1，

第2步，根据各个相邻含水层之间的流量，推算每个含水层外的水的压力和管体内的压力大小，并确定回灌含水层

设定流量探头向上流动的流量为正数流量，则流量探头向下流量为负数流量，根据公式δqa=qa-qa-1,当δqa小于0时，在第a层含水层中的水从井管外流向井管内，说明第a层含水层中井管外的压力大于井管内的压力；当δqa大于0时，在第a层含水层中的水从井管内流向井管外，说明第a层含水层中井管外的压力小于井管内的压力，将水从井管内流向井管外的含水层设定为回灌井的新回灌含水层；

第四步，确定回灌井的位置

根据出水地热井抽水试验结果计算影响半径，回灌井施工位置到出水地热井的距离为影响半径的1/2-2/3；

第五步，施工回灌井

回灌井为射孔成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，对含水层进行固井施工，固井后对回灌井的新回灌含水层地层进行射孔，洗井；回灌井为填砾成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的新回灌含水层位置下滤水管，管外回填砾料；回灌井为同径止水成井施工方法时，回灌井施工后，通过物探测井校核与抽水井地层埋藏深度差异，下管时在回灌井的新回灌含水层下滤水管，在含水层上端进行封闭止水。

通过回灌液面在0.5-2.5米之间的某个恒定水位，进一步设定在回灌情况下的新回灌含水层，然后根据新回灌含水层设定回灌井的回灌含水层，这样，回灌效果更好。

对于已经存在出水地热井的情况下，可以从第二步开始即可。

本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，只要方法与本发明砂岩型出水地热井和回灌井施工方法结构相同或相似，就落在本发明保护的范围。