地熱鉆井

地熱堵塞類型與原因

  造成回灌井堵塞,可能是物理、化學或生物某一方面的原因,也可能是它們共同作用的結果。分析已有的實際經驗,可以把回灌井堵塞的原因歸納為下面六種情況(武曉峰、唐杰,1994)。

  1.懸浮物堵塞
  回灌水中的懸浮物含量過高會堵塞多孔介質的孔隙,從而使井的回灌能力不斷減小直到無法回灌,這是圓灌井堵塞中最常見的情況。因此通過預處理控制回灌井中懸浮物的含量是防堵塞的首要因素。在回灌灰?guī)r含水層時,控制懸浮物在30mg/L以內是一個普遍認可的標準。

  2.微生物的生長
  回灌水中的或當地的微生物可能在適宜的條件下在回灌井周圍迅速繁殖,形成生物膜,堵塞介質孔隙,降低含水層的導水能力。防止生物膜的形成,主要通過去除水中的有機質或者進行預消毒殺死微生物的手段來實現。在多數用氯消毒的情況下,典型的余氯值是1-5mg/L。

  3.化學沉淀
  當回灌水與含水層介質或地下水不相容時,可能引起某些化學反應。不僅可能因形成的化學沉淀堵塞水流通道,甚至可能因新生成的化學物質而影響水質。
  有些碳酸鹽地區(qū)通過加酸來改變水的pH值,以防止化學沉淀的生成。因化學引起的水質問題應視具體情況進行具體分析。

  4.氣泡阻塞
  回灌過程中,在一定的流動情況下,水中可能挾帶大量氣泡。同時水中的溶解性氣體可能因溫度、壓力的變化而釋放出來。此外,也可能因生化反應而生成氣體物質,最典型的如反硝化反應會生成氮氣和氮氧化物。氣泡的生成在淺水含水層中并不成問題,因為氣泡可自行溢出。但在承壓含水層中,除防止回灌水挾帶氣泡之外,對其他原因產生的氣體應進行特殊處理。

  5.黏粒膨脹和擴散
  這是報道最多的因化學反應產生的堵塞,所以單獨列為1種。具體原因是水中的離子和含水層中黏土顆粒上的陽離子發(fā)生交換,這種交換會導致黏粒的膨脹和擴散。這種原因引起的堵塞,可以通過注入CaCI2等鹽來解決。

  6.含水層細顆粒重組
  多數回灌井在回灌過程中要進行回揚或當作開采井,反復的抽、灌水可能引起存在于井壁周圍的細顆粒介質的重組,這種堵塞一旦形成,很難處理。所以在此種情況下,回揚的頻率不宜太高。
  回灌井的堵塞現象,在初期以物理堵塞(氣相、懸浮物堵塞)為主;在中期以化學沉淀堵塞(鐵質、鈣質鹽類沉淀堵塞)為主;在后期以生化堵塞(鐵細菌、硫酸鹽還原菌、排硫桿菌、脫氮硫桿菌等生化作用而產生堵塞)為主。
  在回灌井堵塞中,生物化學作用堵塞,特別是鐵細菌堵塞是經常發(fā)生的。,一旦發(fā)現,回灌井的機能就基本喪失或報廢,危害極大。鐵細菌為好氧菌,能在中性或偏酸性介質中發(fā)育,能接觸性地加速Fe2+氧化成Fe3+,從而形成Fe(OH)3沉淀,并利用這個反應中釋放出來的能量來維持自己的生命。這種由于Fe(OH)3的聚集而使回灌井腐蝕與堵塞稱鐵細菌堵塞c  下水中所含的鐵主要以Fe(HCO3)2的形式存在,在鐵細菌的作用下,其反應如下:

  2Fe(HC03)2+ H20+1/202→2 Fe(OH)3+ 4COz+能量鐵細菌的生長條件,經試驗可歸納為以下幾點:

  1.適宜的水溫
  鐵細菌是種“嗜冷”微生物。在回灌井中最適于生長的水溫在12℃以上。

  2.豐富的Fe2+
  鐵細菌以Fe2+為生。因濾水管是鐵管纏絲,易發(fā)生電化學腐蝕,溶解于地下中的大量Fe2+,可供鐵細菌生長。

  3.所需的溶解氧
  鐵細菌對氧的需要不亞于Fe2+。地下水中的溶解氧一般僅1-2mg/L。但由于回灌水含較高的溶解氧,為8-11 mg/L,還有空氣混入井內,也增加了地下水溶解氧的含量,為鐵細菌的大量繁殖提供了條件。另外,溶解氧也加速電化學腐蝕,使地下水中的Fe2+含量增加。

  4.合適的pH值
  當pH值在8以上時,水中不含Fe2+,間接抑制了鐵細菌的生長;當pH值在6.5-7.5之間時,最有利于鐵細菌生長。

  5.共生的有機物
  從顯微鏡下鑒定可知,常有多量的有機物與之共生,故可以認為,地下水中含有機物時,易促使鐵細菌的生長。