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河南兰考中深层地热集中供热系统应用实例分析

发布时间：2023-04-19T06:29:42.993Z来源：《科技潮》2023年4期作者：郑钢

[导读]兰考县位于黄河冲积扇形平原南侧，地形西高东低，稍有倾斜；地面坡降为1/5000，土层深厚，海拔高度在57-75m之间。

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摘要：本文对河南省兰考县中深层地热能集中供热系统进行分析，介绍了一级换热器直接供热加热泵机组供热相结合的地热能梯级利

用供热系统。依托已运行项目实例，详细介绍兰考中深层地热能梯级利用系统设计、地热井成井工艺、回灌工艺以及地下水水质情况，并

对兰考中深层地热能集中供热系统的重难点进行分析。

关键词：中深层地热；集中供热；应用实例；重难点分析

前言

兰考县位于黄河冲积扇形平原南侧，地形西高东低，稍有倾斜；地面坡降为1/5000，土层深厚，海拔高度在57-75m之间。

2005年以来兰考县零星施工多处地热井，多为私自开发，井深多介于1000-1300m，主要取明化镇组砂岩地热水，水温50-60℃，水量

60m3/h；开发利用多以洗浴为主，个别用于供暖，地热尾水均进行外排。这些地热井对热储层未进行统一规划，各地热井各自取水，没有

统筹考虑。目前大部分私自开发的地热井已由政府部门统一关停。

为了能够更好地利用兰考县地热资源，兰考县规划管理局发布的《兰考县中心城区地热供热专项规划（2018-2030年）》中明确，根据

兰考县的实际情况，兰考县城市供热应以地热供热为主，其他形式的热源为辅的城市供热体系，以确保供热的经济性。

1项目概况

本项目位于兰考县西南区域，集中供热范围为A和B两个住宅小区，A小区供热建筑面积12.92万㎡，其中低区约9.54万㎡，高区约3.38

㎡；B小区供热建筑面积7.65万㎡，其中低区约4.4万㎡，高区约3.25万㎡。总供热建筑面积20.57万㎡

本项目以兰考县地下1300-2000m新近系馆陶组热储地热水为热源，该含水层孔隙率相对稳定致密，抽水量稳定，回灌时因受孔隙水压

力影响较为困难[1]。设计施工1口直井、2口定向井，采用“抽12回”模式，将从地热井抽取的地热水采用“梯级利用+水源热泵机组”的方式，

进行封闭循环使用，提取所抽地热水中热量之后，通过回灌井将其全部回灌至相同含水层中。为保证100%同层回灌能长久实现，严格“以

灌定采”原则，且采取适度加压回灌、定期回扬等措施。

2方案设计

2.1地热井设计及成井工艺

（1）地热井成井工艺

本项目设计施工1口直井，设计井深2050m，二开结构；2口定向井，设计井深2150m，二开结构；目的层位为馆陶组含水砂岩，根据实

钻地层情况和电测资料情况，完钻以揭示馆陶组底部至以下50m为准。

（2）地热井施工工序

搬迁安装→开工验收→一开钻进→下表层套管、固井、候凝→二开钻进→测井、下生产套管→洗井、试水→工程验收、交井→上交工

程技术资料。

2.2尾水处理及回灌工艺

本项目设计施工3口地热井，采用“抽12回”模式，即1口开采井，配备2口回灌井；开采井单井设计抽水量80m3/h，回灌井单井设计回灌

量45m3/h。

回灌系统采用二级过滤+低压回灌，设备包括除砂器、粗过滤器、细过滤器、排气罐、加压泵等（图1）。使用除砂器可保证砂岩地层

中的颗粒不被传输到回灌井口，不增加粗过滤器的工作负担；配备粗过滤和精过滤装置，管具采取防腐措施，将管道及系统残留的颗粒过

滤掉；采用排气罐装置，保证在回灌前充分释放回灌尾水中的多余气体，保证回灌顺利进行且不对热储层造成次生的环境影响[2]。

系统运行过程中严格遵守“以灌定采”原则，且根据回灌情况适度加低压，一般于供暖期结束后对回灌井进行回扬，回扬所抽取的地热

水经二级过滤系统过滤后通过其他回灌井灌回同一含水层。

2.3地下水水质分析

（1）参考本项目水质测试报告结果，该地热水pH值为6.81，属弱酸性水；总硬度为1966mg/L，属硬水；矿化度19757mg/L，属盐水；

水化学类型为Cl-Na型。

（2）根据《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022）进行地热水生活饮用水水质评价，该地热水中有5项超标，分别是锰

（1.78mg/L）、氯化物（9714g/L）、硫酸盐（596g/L）、总硬度（1966g/L）和总α放射性（0.8Bq/L），因此该含水层热水不宜直接作为生

活饮用水，也不适宜作为地下水应急水源。

（3）该地热水水温、溶解性总固体、氯化物超