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【摘 要】本文介绍了安阳市地温空调发展现状，分析了地温空调抽、回灌井堵塞的类型、成因，提出了解决地温空调回灌井堵塞的措施。
【关键词】地温空调;抽回灌井;堵塞
一、安阳市地温空调发展现状
地温空调是一种新型节能空调设备，以地能（地下水恒温的特性）为能源，以地下水为载体，在基本不消耗地下水资源的情况下，通过先进的设备，将地下不易利用的低品位能量开发利用，使其变为可利用的高品位能量，以满足室内冬季取暖，夏季降温的需要。其特点是高效节能、无污染、运行成本低，称为二十一世纪的“绿色环保技术”。
这一技术从上个世纪九十年代开始应用于国内空调领域，在北京、天津、山东、河南、湖北、湖南等地均有应用。安阳市地源热泵从无到有，自2001年以来，已相继建成了市广电局、中棉所、文峰时代广场等近四十家，目前安阳市市区内的地温空调开发规模大概有114.97万m2，其中抽水井有83眼，回水井有151眼。总体来说，运行效果良好。
二、抽、回灌井堵塞类型及成因分析
通过对安阳市现有地温空调项目运行情况调查发现，目前安阳市地温空调项目抽回灌井出现严重的堵塞问题还不是很多，其堵塞的成因也有诸多的因素。枫林水郡地温空调项目有两口井由于堵塞的缘故已成为闲置井;另外，对于安阳市回灌效率未达到100%的地温空调项目，可能也是由于堵塞问题所引起的，因此分析地温空调系统抽回灌井堵塞问题是十分必要的，这为进一步的提高地温空调项目回灌效果有重要的作用。
目前地温空调系统抽回灌井堵塞的类型主要有以下几个方面：悬浮物堵塞、生物化学堵塞、化学沉淀堵塞、气体堵塞、化学反应产生的粘粒膨胀和扩散堵塞及含水层砂粒重组造成的物理堵塞等。
1、悬浮物堵塞的成因
①沉淀：由于固体与液体的密度不同，重力作用的影响比较显著，从而比流体运动慢的颗粒就可能驻留在砂岩的某个位置而不随流体运动;
②惯性：由颗粒产生的浮力使之偏离原来的流向而与地层砂岩壁面的纹理相接触并沉积下来;
③水力影响：在非球形或不规则的剪力场的作用下，颗粒会向吸附面作侧向移动并可能被吸附;
④直接拦截：由于尺寸关系，颗粒不会跟随流体在细小、扭曲的路径中运动，它们会碰撞到地层砂岩上而被吸附;
⑤散乱性：布朗运动的性质使颗粒从主流中分散开去，从而被困在地层的死角。因为在储层回灌过程中易发生水敏、速敏等作用，会引起储层物性变化，随流体运移距离的增加，压力减小，固体颗粒逐渐沉淀或被捕获，堵塞孔隙，渗流阻力增大，渗透率降低，使地热流体回灌能力减弱。
2、生物化学堵塞的成因
微生物的作用会在富含硫酸盐地层的水和低温条件下出现，当满足这种条件时，会加速消耗硫酸盐细菌的生长，形成细胞粘土并将介质孔隙堵塞。铁细菌为好氧菌，能在中性或偏酸性水中发育，在和铁质的输水管接触过程中加速Fe2+氧化成Fe3+，形成Fe（OH）3沉淀，从而降低含水层的导水能力或回灌率。
低温地热水的热力学变化会引发不利于回灌水化学特性的热化学反应，当地层温度高于回灌水温度时，因为气体在较高温度下溶解度降低，氧气将重新释放到气相中，气体将再一次向地表流动，尤其将沿着井管壁移动，并发生化学反应，生成微生物物质堆积在管壁。一旦吸附力小于回灌水冲力，将混入地层中，并有可能再次吸附在岩石吼道。
3、化学堵塞的成因
地热水由潜水泵抽至地上，经地面设备换热后再回灌到地下的过程中，由于压力和温度的变化而产生的化学物质析出或溶解的状况比较复杂，如化学离子析出的多重条件及析出过程的变化趋势（线性或非线性），特别是析出后可能生成新的物质颗粒、粒径，产生析出的临界温度、压力，发生逆向反应的条件等;某种矿物质因温度变化过饱和而产生沉淀导致堵塞孔隙的吼道;另外，地热流体中含有多种化学物质，会对金属材料的输水管线产生腐蚀而生成難溶的物质，如不经过处理直接回灌到井中就会产生堵塞。
（4）气体堵塞的成因
因生化反应而生成气体物质，典型的如反硝化反应会生成氮气和氮氧化物。一般生成的气泡能在潜水含水层中自行逸出，不会形成气瘤。但在承压含水层中，当压力变化及流体在流动中生成气泡（甲烷、二氧化碳气体等），与回灌水裹夹在一起回灌到地层后，由于地层压力相对稳定，生成的状态很难发生质的变化。因此，气泡在水动力逐渐减小时，较容易驻留在孔隙介质中，堆积在孔隙中而产生气堵。
三、解决地温空调系统抽、回灌井堵塞的措施
当抽、回灌井出现堵塞问题时就需要对具体的成因进行分析，以便对不同的成因采取不同的应对措施。
对回灌井进行周期性的再生处理是保持其回灌能力的基本要求，但当堵塞一旦发生，通常是比较棘手的问题。因此，除了研究解决堵塞的方法外，更重要的是设计防止堵塞的措施。解决堵塞的措施应分析现场地质条件、回灌水质和可能造成堵塞的原因和类型，制定相应的对策。目前解决堵塞主要采用物理法和化学法，物理法即采用定期或不定期反抽（回扬），或可采用射入高压空气和水进行分段冲洗;化学方法包括加酸、消毒以及加入氧化剂等改变回灌的水质。这些方法都是在堵塞发生后采用的补救方法，但由于地层构造特点，尤其是砂岩的胶结程度不同，频繁的回扬可能会造成地层中砂岩构造重组，而产生不可逆的负面效果。所以，回灌井在进行回扬前，一定要对发生堵塞的原因给予充分的分析，制定合理的回扬方案。
1、悬浮物堵塞：通过预处理控制回灌水中悬浮物的含量是防止回灌井堵塞的首要因素，特别是针对系统中物理颗粒和化学析出的颗粒等，这些颗粒肉眼可见，粒径通常较大。因此，可采用增设水质处理的过滤设备，设计不同的过滤工艺和过滤精度（50～80μm），即称之为粗过滤或第一级过滤。当回灌水流经过滤装置时，可有效拦截地热回灌水中的粒径较大的悬浮物。
2、微生物堵塞：微生物通常是以生物膜的方式出现，单体粒径肉眼很难观测到，同时还具有极易聚集的习性。因此，当回灌水被细菌污染后，可采用化学法去除水中的有机质或进行预消毒杀死微生物。常规水处理灭菌的方法是向水中加入消毒杀菌的药剂，或采用超滤膜过滤除掉细菌。但前者在回灌过程中适用性差，如过量加入消毒药剂会改变地热水质，污染该层的地热水，不符合可持续开发的原则;采用超滤方式过滤（1～3μm），有效拦截粒径在1μm以上的各种微生物，在某种程度上可以防止堵塞的发生。
3、化学沉淀堵塞：有些碳酸盐岩盆地通过加酸来改变水的pH值，以防止化学沉淀的生成。化学原因引起的水质问题应视具体情况进行具体分析。另外，通常地热利用系统中希望能源利用效率最大化，因此排水温度较低。所以，可能会在温度降低和压力变化的过程中产生化学析出物。
4、气体阻塞：采用排气改变流体外界条件（压力、流速等），使得大部分随流体裹夹的气泡破裂，并将气体释放出来。根据国外典型的新近系砂岩回灌成功的经验，地热水气体总含量应在10%，除了增设井口密闭设施保证系统带压外，并没有安装任何附加的排气装置，均未发现任何气体回灌堵塞问题。
由上可知，回灌中悬浮细小颗粒（物理）及化学变化、气体等是产生堵塞的主要问题。因此，在充分认识回灌过程中可能出现的问题同时，制定合理的回灌工艺和配套设备，是保证回灌正常进行的关键。
作者简介：李海岭，男（1968年-）高级工程师，安阳市计划节约用水办公室。
赵宏艳，女（1969年-）经 济 师，安阳市计划节约用水办公室。
韩智力，男（1978年-）工 程 师，安阳市计划节约用水办公室。
【关键词】地温空调;抽回灌井;堵塞
一、安阳市地温空调发展现状
地温空调是一种新型节能空调设备，以地能（地下水恒温的特性）为能源，以地下水为载体，在基本不消耗地下水资源的情况下，通过先进的设备，将地下不易利用的低品位能量开发利用，使其变为可利用的高品位能量，以满足室内冬季取暖，夏季降温的需要。其特点是高效节能、无污染、运行成本低，称为二十一世纪的“绿色环保技术”。
这一技术从上个世纪九十年代开始应用于国内空调领域，在北京、天津、山东、河南、湖北、湖南等地均有应用。安阳市地源热泵从无到有，自2001年以来，已相继建成了市广电局、中棉所、文峰时代广场等近四十家，目前安阳市市区内的地温空调开发规模大概有114.97万m2，其中抽水井有83眼，回水井有151眼。总体来说，运行效果良好。
二、抽、回灌井堵塞类型及成因分析
通过对安阳市现有地温空调项目运行情况调查发现，目前安阳市地温空调项目抽回灌井出现严重的堵塞问题还不是很多，其堵塞的成因也有诸多的因素。枫林水郡地温空调项目有两口井由于堵塞的缘故已成为闲置井;另外，对于安阳市回灌效率未达到100%的地温空调项目，可能也是由于堵塞问题所引起的，因此分析地温空调系统抽回灌井堵塞问题是十分必要的，这为进一步的提高地温空调项目回灌效果有重要的作用。
目前地温空调系统抽回灌井堵塞的类型主要有以下几个方面：悬浮物堵塞、生物化学堵塞、化学沉淀堵塞、气体堵塞、化学反应产生的粘粒膨胀和扩散堵塞及含水层砂粒重组造成的物理堵塞等。
1、悬浮物堵塞的成因
①沉淀：由于固体与液体的密度不同，重力作用的影响比较显著，从而比流体运动慢的颗粒就可能驻留在砂岩的某个位置而不随流体运动;
②惯性：由颗粒产生的浮力使之偏离原来的流向而与地层砂岩壁面的纹理相接触并沉积下来;
③水力影响：在非球形或不规则的剪力场的作用下，颗粒会向吸附面作侧向移动并可能被吸附;
④直接拦截：由于尺寸关系，颗粒不会跟随流体在细小、扭曲的路径中运动，它们会碰撞到地层砂岩上而被吸附;
⑤散乱性：布朗运动的性质使颗粒从主流中分散开去，从而被困在地层的死角。因为在储层回灌过程中易发生水敏、速敏等作用，会引起储层物性变化，随流体运移距离的增加，压力减小，固体颗粒逐渐沉淀或被捕获，堵塞孔隙，渗流阻力增大，渗透率降低，使地热流体回灌能力减弱。
2、生物化学堵塞的成因
微生物的作用会在富含硫酸盐地层的水和低温条件下出现，当满足这种条件时，会加速消耗硫酸盐细菌的生长，形成细胞粘土并将介质孔隙堵塞。铁细菌为好氧菌，能在中性或偏酸性水中发育，在和铁质的输水管接触过程中加速Fe2+氧化成Fe3+，形成Fe（OH）3沉淀，从而降低含水层的导水能力或回灌率。
低温地热水的热力学变化会引发不利于回灌水化学特性的热化学反应，当地层温度高于回灌水温度时，因为气体在较高温度下溶解度降低，氧气将重新释放到气相中，气体将再一次向地表流动，尤其将沿着井管壁移动，并发生化学反应，生成微生物物质堆积在管壁。一旦吸附力小于回灌水冲力，将混入地层中，并有可能再次吸附在岩石吼道。
3、化学堵塞的成因
地热水由潜水泵抽至地上，经地面设备换热后再回灌到地下的过程中，由于压力和温度的变化而产生的化学物质析出或溶解的状况比较复杂，如化学离子析出的多重条件及析出过程的变化趋势（线性或非线性），特别是析出后可能生成新的物质颗粒、粒径，产生析出的临界温度、压力，发生逆向反应的条件等;某种矿物质因温度变化过饱和而产生沉淀导致堵塞孔隙的吼道;另外，地热流体中含有多种化学物质，会对金属材料的输水管线产生腐蚀而生成難溶的物质，如不经过处理直接回灌到井中就会产生堵塞。
（4）气体堵塞的成因
因生化反应而生成气体物质，典型的如反硝化反应会生成氮气和氮氧化物。一般生成的气泡能在潜水含水层中自行逸出，不会形成气瘤。但在承压含水层中，当压力变化及流体在流动中生成气泡（甲烷、二氧化碳气体等），与回灌水裹夹在一起回灌到地层后，由于地层压力相对稳定，生成的状态很难发生质的变化。因此，气泡在水动力逐渐减小时，较容易驻留在孔隙介质中，堆积在孔隙中而产生气堵。
三、解决地温空调系统抽、回灌井堵塞的措施
当抽、回灌井出现堵塞问题时就需要对具体的成因进行分析，以便对不同的成因采取不同的应对措施。
对回灌井进行周期性的再生处理是保持其回灌能力的基本要求，但当堵塞一旦发生，通常是比较棘手的问题。因此，除了研究解决堵塞的方法外，更重要的是设计防止堵塞的措施。解决堵塞的措施应分析现场地质条件、回灌水质和可能造成堵塞的原因和类型，制定相应的对策。目前解决堵塞主要采用物理法和化学法，物理法即采用定期或不定期反抽（回扬），或可采用射入高压空气和水进行分段冲洗;化学方法包括加酸、消毒以及加入氧化剂等改变回灌的水质。这些方法都是在堵塞发生后采用的补救方法，但由于地层构造特点，尤其是砂岩的胶结程度不同，频繁的回扬可能会造成地层中砂岩构造重组，而产生不可逆的负面效果。所以，回灌井在进行回扬前，一定要对发生堵塞的原因给予充分的分析，制定合理的回扬方案。
1、悬浮物堵塞：通过预处理控制回灌水中悬浮物的含量是防止回灌井堵塞的首要因素，特别是针对系统中物理颗粒和化学析出的颗粒等，这些颗粒肉眼可见，粒径通常较大。因此，可采用增设水质处理的过滤设备，设计不同的过滤工艺和过滤精度（50～80μm），即称之为粗过滤或第一级过滤。当回灌水流经过滤装置时，可有效拦截地热回灌水中的粒径较大的悬浮物。
2、微生物堵塞：微生物通常是以生物膜的方式出现，单体粒径肉眼很难观测到，同时还具有极易聚集的习性。因此，当回灌水被细菌污染后，可采用化学法去除水中的有机质或进行预消毒杀死微生物。常规水处理灭菌的方法是向水中加入消毒杀菌的药剂，或采用超滤膜过滤除掉细菌。但前者在回灌过程中适用性差，如过量加入消毒药剂会改变地热水质，污染该层的地热水，不符合可持续开发的原则;采用超滤方式过滤（1～3μm），有效拦截粒径在1μm以上的各种微生物，在某种程度上可以防止堵塞的发生。
3、化学沉淀堵塞：有些碳酸盐岩盆地通过加酸来改变水的pH值，以防止化学沉淀的生成。化学原因引起的水质问题应视具体情况进行具体分析。另外，通常地热利用系统中希望能源利用效率最大化，因此排水温度较低。所以，可能会在温度降低和压力变化的过程中产生化学析出物。
4、气体阻塞：采用排气改变流体外界条件（压力、流速等），使得大部分随流体裹夹的气泡破裂，并将气体释放出来。根据国外典型的新近系砂岩回灌成功的经验，地热水气体总含量应在10%，除了增设井口密闭设施保证系统带压外，并没有安装任何附加的排气装置，均未发现任何气体回灌堵塞问题。
由上可知，回灌中悬浮细小颗粒（物理）及化学变化、气体等是产生堵塞的主要问题。因此，在充分认识回灌过程中可能出现的问题同时，制定合理的回灌工艺和配套设备，是保证回灌正常进行的关键。
作者简介：李海岭，男（1968年-）高级工程师，安阳市计划节约用水办公室。
赵宏艳，女（1969年-）经 济 师，安阳市计划节约用水办公室。
韩智力，男（1978年-）工 程 师，安阳市计划节约用水办公室。