一种地热单井加压回灌装置及方法
阅读说明：本技术 一种地热单井加压回灌装置及方法 (Geothermal single-well pressurizing and recharging device and method ) 是由 秦光雄 陈惠娟 雷玉德 袁有靖 董高峰 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种地热单井加压回灌装置及方法,地热单井加压回灌装置,包括水泵,水泵与旋流除砂器连接,旋流除砂器与水箱一和水箱二依次连接,水箱一通过若干预处理泵与可反冲洗的过滤砂缸连接,过滤砂缸与水箱二连接,水箱二和回灌增压泵一连接,回灌增压泵一与过滤器一、过滤器二、排气罐和综合水处理仪依次连接,综合水处理仪与回灌增压泵二连接,回灌增压泵二另一端设置在回灌井内,地热单井加压回灌装置还包括控制装置。本发明还包括采用上述的地热单井加压回灌装置进行地热单井回灌的方法。本发明可以大大减少经费,达到探测地热储层回灌能力的要求,有效解决了现有技术中热田使用寿命缩短和供热尾水排放污染环境等问题。(The geothermal single-well pressurizing and recharging device comprises a water pump, wherein the water pump is connected with a rotational flow desander, the rotational flow desander is sequentially connected with a water tank I and a water tank II, the water tank I is connected with a filtering sand cylinder capable of back flushing through a treatment pump if the treatment pump is intervened, the filtering sand cylinder is connected with the water tank II, the water tank II is connected with a recharging booster pump I, the recharging booster pump I is sequentially connected with a filter I, a filter II, an exhaust tank and a comprehensive water treatment instrument, the comprehensive water treatment instrument is connected with the recharging booster pump II, the other end of the recharging booster pump II is arranged in a recharging well, and the geothermal single-well pressurizing and recharging device further comprises a control device. The invention also discloses a method for recharging the geothermal single well by adopting the geothermal single well pressurizing recharging device. The invention can greatly reduce the expenditure, meet the requirement of detecting the recharge capability of the geothermal reservoir and effectively solve the problems of shortened service life of the hot field, environmental pollution caused by the discharge of the tail water of heat supply and the like in the prior art.)
技术领域
本发明属于地热井回灌技术领域，具体涉及到一种地热单井加压回灌装置及方法。
背景技术
地热回灌不仅仅是回收处理供热循环尾水、减少排放，更重要的意义是灌入储层的低温流体可以从岩石骨架中再获热能，增加热储压力，达到循环利用地热资源的目的。有效的回灌对延长热田使用寿命、减少供热尾水排放对环境污染、预防因开采而引起地面沉降具有十分重要的意义。目前采取回灌式开采地热资源已得到共识，有的国家已将回灌作为地热勘查开发和地热资源管理的一个重要组成部分。目前单井回灌试验研究还较少，对一些地热田已有地热井间距离比较远，而没有资金施工新井来探测地热田的回灌能力，本方案利用已有地热井开展单井回灌试验研究地热田的回灌能力具有重大借鉴意义。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种地热单井加压回灌装置及方法，能够实现回灌井和开采井同井回灌，可以大大减少经费，达到探测地热储层回灌能力的要求，有效解决了现有技术中热田使用寿命缩短和供热尾水排放污染环境等问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种地热单井加压回灌装置，包括水泵，水泵设置在回灌井中，水泵与旋流除砂器连接，旋流除砂器与水箱一和水箱二依次连接，水箱一通过若干预处理泵与可反冲洗的过滤砂缸连接，过滤砂缸与水箱二连接，水箱二和回灌增压泵一连接，回灌增压泵一与过滤器一、过滤器二、排气罐和综合水处理仪依次连接，综合水处理仪与回灌增压泵二连接，回灌增压泵二另一端设置在回灌井内，相邻部件之间均设置有阀门，地热单井加压回灌装置还包括控制装置，水泵、旋流除砂器、回灌增压泵一、过滤器一、过滤器二、综合水处理仪、回灌增压泵二和阀门均与控制装置连接。
进一步，地热单井加压回灌装置还设置有压力报警装置。
采用上述进一步方案的有益效果是：为了实现回灌设备无人值守，因随着时间推移，回灌流量逐渐减少，回灌压力逐步上升，当压力到达一定限值，为了保护回灌井不被破坏和提示回灌压力过高，而设计的装置。当回灌压力上升到一定限制时，会触发报警装置提醒检查设备。
进一步，水箱一和水箱二内设置有若干水温传感器和液位传感器，水温传感器和液位传感器均与控制装置连接。
进一步，回灌井中设置有水位仪。
进一步，控制装置为PLC控制器。
进一步，旋流除砂器和水箱一之间、综合水处理仪和回灌增压泵二之间均设置有电磁流量计。
采用上述进一步方案的有益效果是：测量地热水的回灌流量，既能实时显示瞬间回灌流量，也能显示累计回灌流量；可利用流量反馈信号控制回灌加压泵工作频率，便于测试不同流量下的回灌运行状态。
进一步，过滤器一和过滤器二分别为粗过滤器和细过滤器，分别采用50μm和5μm的PP熔喷滤芯。
采用上述的地热单井加压回灌装置进行地热单井回灌的方法，包括以下步骤：
(1)关闭水箱二出水端、回灌增压泵一和回灌增压泵二，打开水箱一和水箱二，启动水泵进行蓄水，当水位超过水箱一三分之二高度时，开启预处理泵和过滤砂缸，向水箱二中调水，当水箱二超过预定水位，关闭水泵和预处理泵，待水箱一和水箱二中的水经10-12h自然降温，待用；
(2)检查装置密封效果，关闭水箱一进口端，水箱二中的水依次经回灌增压泵一、过滤器一、过滤器二、排气罐和综合水处理仪处理，最后经回灌增压泵二加压后灌入回灌井中。
进一步，步骤(2)中，同时设置回灌压强为0.20、0.50、0.60、0.70、0.80和0.90Mpa的回灌工作，记录回灌井水位、温度和压强，回灌流量和水温观测间距为1、2、2、5、5、5、5、5、10、10、10、20、20、20和30，单位为min，水位相对稳定后观测间距可以1小时1次，直至回灌结束。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的地热单井加压回灌装置及方法，能够实现回灌井和开采井同井回灌，可以大大减少经费，达到探测地热储层回灌能力的要求，有效解决了现有技术中热田使用寿命缩短和供热尾水排放污染环境等问题。
2、本发明主要针对回灌研究程度低、试验经费少及有现成地热孔的地区。由于是单孔试验，所以施工一眼地热孔就可满足要求，同时可以借助已有钻孔开展试验工作，可以大大减少经费，达到探测地热储层回灌能力的要求。
附图说明
图1为地热单井加压回灌装置的示意图；
其中，1、水泵；2、旋流除砂器；3、电磁流量计；4、预处理泵；5、水箱一；6、过滤砂缸；7、水箱二；8、回灌增压泵一；9、过滤器一；10、过滤器二；11、排气罐；12、综合水处理仪；13、控制装置；14、回灌增压泵二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的一个实施例中，如图1所示，提供了一种地热单井加压回灌装置，包括水泵1，水泵1设置在回灌井中，水泵1与旋流除砂器2连接，旋流除砂器2与水箱一5和水箱二7依次连接，水箱一5通过若干预处理泵4与可反冲洗的过滤砂缸6连接，过滤砂缸6与水箱二7连接，水箱二7和回灌增压泵一8连接，回灌增压泵一8与过滤器一9、过滤器二10、排气罐11和综合水处理仪12依次连接，综合水处理仪12与回灌增压泵二14连接，回灌增压泵二14另一端设置在回灌井内，相邻部件之间均设置有阀门，地热单井加压回灌装置还包括控制装置13，水泵1、旋流除砂器2、回灌增压泵一8、过滤器一9、过滤器二10、综合水处理仪12、回灌增压泵二14和阀门均与控制装置13连接；水箱一5和水箱二7内设置有若干水温传感器和液位传感器，水温传感器和液位传感器均与控制装置13连接。
地热单井加压回灌装置还设置有压力报警装置；为了实现回灌设备无人值守，因随着时间推移，回灌流量逐渐减少，回灌压力逐步上升，当压力到达一定限值，为了保护回灌井不被破坏和提示回灌压力过高，而设计的装置。当回灌压力上升到一定限制时，会触发报警装置提醒检查设备。控制装置13为西门子PLC控制器，昆仑触摸屏用于显示深井液位、出水压力、出水温度、过滤器压力，回灌压力，回灌流量，(深井液位误差千分之三米、出水温度精度0.5℃，压力精度0.05Mpa，流量精度0.5％；回灌时流量压力不稳，瞬时流量压力波动较大属正常现象)以上数据实现数据曲线报表与数字报表，可实时直观观测数据，分析回灌流量与回灌压力曲线，为设备平稳运行提供数据支持，数据可存储一年，装置设计报警装置，当回灌压力和流量超过限定值，设备自动报警，提醒处理。控制装置13设计恒压力与恒流量控制，实现设备节能运行，降低耗电量。旋流除砂器2和水箱一5之间、综合水处理仪12和回灌增压泵二14之间均设置有电磁流量计3；测量地热水的回灌流量，既能实时显示瞬间回灌流量，也能显示累计回灌流量；可利用流量反馈信号控制回灌加压泵工作频率，便于测试不同流量下的回灌运行状态。
更为具体的，上述水泵1型号为250QJR80-270，口径250mm，设计扬程270m，设计涌水量80m3/h。配套电缆1000m(75mm2)，泵管240m(4吋)，深井泵控制柜(LSDRK-B-110/1)。深井泵从地热井中抽取地热水供生产、生活使用。出水口设置温度、压力显示，可直观显示地热水出水温度、压力状态。旋流除砂器2型号DN150，功能是去除地热水中的砂砾及密度大于水的悬浮物。综合水处理仪12型号DN150，过滤量≥80m3/h，可减少水系统中结垢问题产生。产生电磁场和超声波作用于水系统管路上，使管道内水分子产生共振，去除系统中的水垢提高了水分子对钙镁离子、碳酸根离子等成垢组分的水合能力，起到阻止水垢形成的作用。同时，在电磁场和超声波的作用下，使原有的水垢结晶逐渐变得松软、脱落、溶解，从而达到防结垢除垢的目的。
水箱一5和水箱二7为镀锌0.5m×0.5m面板组合而成，体积分别为62.5m3和127.5m3，总体积为200m3，使用体积175m3。代替蓄水池储存地热水，方便为不同温度下回灌试验提供条件。预处理泵4型号为ISG100-160A/2/11，数量两台，抽取水箱中地热水进入过滤砂缸6，同时具有反冲洗功能，提高过滤砂缸6过滤性能和使用寿命。过滤砂缸6口径为Φ2000mm，可过滤去除地热水中Fe3+及其氧化物，防止回灌设备堵塞。回灌增压水泵1一和回灌增压泵二14型号为ISG100-200A/2/18.5，数量为2台，为地热水回灌提供压力，便于测试不同流量、不同压力下回灌状态。
过滤器一9和过滤器二10分别为粗过滤器和细过滤器，口径均为Φ800mm，由“德州六顺电气自动化设备有限公司”生产。分别采用50μm及5μmPP熔喷滤芯，过滤滤芯具有效率高、过滤面积大，低压差等特点，能有效地除去液体中的大于5μm的悬浮物、微粒等杂质，减少对地热井花管的污堵。一般60天更换一次(滤芯具体根据水中杂质含量和过滤器压力表判定)，更换方便快捷。粗过滤和细过滤器进出水安装压力表，通过压差可直观的判断滤芯污堵情况。排气罐11口径Φ600mm，可排出回灌水中多余气。
上述地热单井加压回灌装置已经应用于西宁地区DR2018号地热井的单井加压回灌试验。
采用上述的地热单井加压回灌装置进行地热单井回灌的方法，包括以下步骤：
(1)关闭水箱二出水端、回灌增压泵一和回灌增压泵二，打开水箱一和水箱二，启动水泵进行蓄水，当水位超过水箱一三分之二高度时，开启预处理泵和过滤砂缸，向水箱二中调水，当水箱二超过预定水位，关闭水泵和预处理泵，待水箱一和水箱二中的水经10-12h自然降温，待用；
(2)检查装置密封效果，关闭水箱一进口端，水箱二中的水依次经回灌增压泵一、过滤器一、过滤器二、排气罐和综合水处理仪处理，最后经回灌增压泵二加压后灌入回灌井中。同时设置回灌压强为0.20、0.50、0.60、0.70、0.80和0.90Mpa的回灌工作，记录回灌井水位、温度和压强，回灌流量和水温观测间距为1、2、2、5、5、5、5、5、10、10、10、20、20、20和30，单位为min，水位相对稳定后观测间距可以1小时1次，直至回灌结束。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
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