白通1,2，张航星1，王明珠1,2
1.山东省地勘局第二水文地质工程地质大队（山东省鲁北地质工程勘察院），山东 德州 253072；
2.山东省地热清洁能源探测开发与回灌工程技术研究中心，山东 德州 253072
摘要：调查发现地热运行过程中地热开采量大，尾水温度排放过高，地热清洁能源利用率低等问题，导致能耗较高。对上述问题提出了排尽回灌系统内所有气体，及时更换过滤袋，更新监测软件等措施解决了地热开采量、回灌量数据波动率大的难题，本文以山东省德州市德城区水文家园地热回灌示范工程项目为例,从解决地热工程采灌数据波动方面着手,旨在为地热工程更好运行提供参考。
关键字：地热；回灌；数据监测；波动率
引言
2016年，山东省地勘局第二水文地质工程地质队借助省局地勘项目，前后共投入1100多万元，建立了山东省首个集“产、学、研、教”为一体的“砂岩热储地热尾水回灌示范工程”，集供暖、洗浴、换热、热泵应用、回灌展示、自动化监测、宣传展示和科学研究为一体的综合性示范基地。示范工程建成后，已接待全国各地高校、科研院所、企事业单位参观考察数百人次，为加快全省乃至全国地热资源可持续利用进程起到了良好的推广和示范作用。示范工程作为山东省地热资源的可持续开发利用的试点，采灌数据在其中无疑起着极其重要的作用。
1 研究概述
地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源。近年来，地热能应用在我国清洁能源结构中重要性也越发凸显，为推动能源革命、保护生态环境发挥了重要作用[1-2]。国内很对学者对地热资源开发利用、地热工程采热能力、地热可采资源量、回灌效果影响因素、采灌井优化布局等做了大量研究[3-5]，但对地热工程采灌数据波动方面的研究相对较少。
随着各地地热工程数量的增多，采灌数据出现了一些波动变化。如2018年德州市水文家园供暖小区供暖季监测数据出现波动大，调查数据波动率以超过数据平均值10%~20%，数据失真就会给给回灌工程安全、稳定、运行带来了隐患。为解决这一安全隐患难题，提高采灌数据可用性，本文进行了如下研究。
2 研究思路和监测设备
基于地热工程供暖季的采灌数据，对地热水的开采量、回灌量进行整理统计，通过分析采灌量两条曲线的异常变化，将所回灌工程监测所取得数据与相应数值出现的频次进行统计；研究响应于所监测的数据范围或降低所测数据频次而执行波动降低的操作。
本次地热水采、灌流量监测设备为电磁流量计。其类型为管道式：DN150，量程比150:1，重复性误差：测量值的±0.1%,精度等级0.5级，工作压力≤1.6Mpa。测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。测量管内无阻流部件，无压损，直管段要求较低。对地热水测量有独特的适应性。
3 地热工程采灌数据
3.1 数据现状
2019年1月，对德城区水文家园小区回灌工程运行近两个月以来的地热资源采灌数据进行了统计分析,将调查数据绘制成历时曲线见下图1改良前。数据起止周期为回灌运行期间用于供暖开采时期。由于供暖尾水实现百分百回灌，回灌瞬时流量大于或小于开采瞬时流量。
通过图1可以看出地热工程开采量和回灌量波动变化，资料显示：回灌平稳运行两个月，对采、灌量数据进行统计分析发现：回灌不畅就会造成采灌量波动，统计发现开采量波动率为31.79%，回灌量波动率高达63.18%。笔者认为该工程现阶段采灌量发生了波动，波动超过20%以上的可称为数据异常。
3.2 原因分析
回灌数据出现波动的根源就是回灌堵塞，常见的回灌堵塞包括气相堵塞和物理堵塞两个方面。堵塞发生了，回灌就要停止，热水白白流走；严重堵塞时就会影响住户取暖。因此，可以说回灌堵塞是重大事故，不仅长时间不能启动供暖机组，而且还需要专业人员来维修，对人力及物资的耗费，损失是相当大的！
针对调查资料，分析回灌场地现场情况有：成井工艺为大口径投砾成井工艺，回灌井结构已经固定；地面工程中尾水处理设备、排气装置、供暖侧循环装置等均会对地热开采量、回灌量产生影响，但只是相对的，直接影响波动的还可能是监测软件平台自身的监测精度；如何调整关键参数，更新软件平台，对监测频率进行合理设置是解决数据波动率另一途径。
通过现场监测和实地调查，发现顶端排气阀堵塞和传输软件版本低是造成采灌数据波动的主要原因。
1、回灌初期无法做到管道和过滤器等设备内气体全部排空。回灌时，气体多储存在过滤罐和井口装置附近，排气阀出现结垢堵塞，随着压力的增加，如果排气阀堵塞，气体就会混入地热水中，随地热水进入热储层或淤积在回灌井中，造成气堵现象，影响回灌的顺利进行，进而造成回灌量波动较大。针对这种情况，建议在过滤罐和井口装置处增加排气阀；安排人员每天定时记录过滤器进出口压力情况。降低回灌压力至0.1MPa以下，减少回扬次数；杜绝进出过滤器压差过大，防止气相堵塞和物理堵塞
2、同频率监测数据较多，响应还未送达，监测请求就已经发出，导致数据更新延迟甚至错误数据发生。该种情况需要重新进行监测软件设置、更新平台传输频次。对这种情况下，为防止机器设备误差大，只需清理电脑应用程序，更新监测软件。使关键节点的监测数据更新频率达到1分钟/次，不重要的节点数据降低为30分钟更新一次。
3.3 结果处理
为了验证上述影响因素，对水文家园小区地热回灌工程进行改良，再将所有的采灌数据进行汇总，见表1。
表1 改良情况对照表
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2019年1月至3月，对水文家园小区按照排气阀设备，实时排除回灌系统气体，有效降低回灌时发生气相堵塞和水化学堵塞现象，安排值班人员，建立回灌运行技术要求，更新监测系统软件平台，调整监测频率等，实现了地热开采量波动率控制在10%以内，回灌量波动率控制在20%以内，见图1。
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图1 改良前后对比图
4 结论
本文通过在德城区水文家园小区回灌井井口处和过滤罐排气孔处安装了球形自动排气阀；定期及时更换过滤装置，形成回灌监测运行要求标准化；更新自动化监测软件平台等措施，通过计算与现场调查，使得地热开采量波动率控制在10%以内，回灌量波动率控制在20%以内，保证了回灌的顺利进行。
参考文献：
[1] 汪集暘,庞忠和,孔彦龙,程远志,罗霁.我国地热清洁取暖产业现状与展望[J].科技促进发展.2020(Z1)
[2] 庞忠和,孔彦龙，庞菊梅,等.雄安新区地热资源与开发利用研究[J].中国科学院院刊,2017(11):1224-1230.
[3] 冯超臣,黄文峰.菏泽市岩溶地热井尾水回灌影响因素及流体可采量估算研究[J].地下水.2020(01)
[4] 孔彦龙,庞忠和,邵亥冰,等.面向成本的中深层地热储群井采灌优化布局研究[J].科技促进发展,2020(Z1).
①作者简介：白通（1983.9—），男，甘肃白银人，工程师，硕士研究生，主要从事地热（回灌）研究工作