1.2.1 地热尾水回灌研究现状
回灌是地热发电站日常运行的重要组成部分，国内外学者针对地热发电后尾水的回灌技术开展了广泛的研究工作，这些研究成果多针对基岩裂隙对流型热储的回灌，研究重点是防止回灌过程的硅酸岩、碳酸岩结垢及过早发生热突破等问题。2015年世界地热大会上，新西兰奥克兰大学的Alexandre Rivera Diaz等系统总结了全世界126个地热电站的回灌经验与教训。相对于岩溶热储而言，砂岩热储地热尾水回灌难度更大，是供暖地热尾水回灌研究的重点。
1.国外研究现状
首先实现砂岩热储大规模生产性回灌的国家是德国，据Peter Seibt等介绍，德国1984年就在其北部盆地的瓦伦镇（Waren）建成了第一座供热站，此后陆续建立了新勃兰登堡（Neubrandenburg）、新鲁平（Neuruppin）、诺伊施塔特-格莱沃（Neustadt-Glewe）等数个供热站。利用热储为中生代砂岩热储，热储埋深为1270～2195m，温度为54～99℃，地热水的矿化度为134～219g/L，水化学类型为Cl-Na型。地热流体通过热储岩芯的实验证明，回灌过程中最可能发生的矿物沉淀是当有氧气进入时产生的铁矿物沉淀，其他矿物沉淀如硫酸盐、碳酸盐和硅酸盐沉淀不会产生，因此防止空气进入地热开采-回灌封闭系统是保证可持续回灌的关键。研究者提出了在回灌井的水面以上空间采取充氮保护的措施，并在生产过程中证明了该方法能有效防止回灌率下降问题；研究者还提出了祼孔完井、填砾完井与射孔完井3种完井工艺，但认为裸孔完井工艺只能用于成岩较好的稳定砂岩热储，并且会面临较大的技术风险，建议回灌井采用后两种完井工艺。由于地热水的矿化度高，地表管线的防腐是保证地热站及尾水回灌连续运行的关键。此外，研究者还对回灌井的维持措施进行了研究，试验表明通过HCl酸洗可阶段性地恢复热储的回灌性能。
2.国内研究现状
我国在天津、德州、西安、咸阳、大庆、保定、沧州、衡水、东营、威海、开封等地相继开展过地热尾水回灌工作，并在地热井钻探成井工艺及回灌工艺方面进行了相关探索。其中天津、咸阳、衡水、开封、德州对砂岩热储地热尾水回灌进行了深入的研究。
（1）天津地区
天津市地质矿产勘查开发局在1982—1986年先后对明化镇组热储进行地热流体对井回灌、多井回灌数值模拟及回灌理论研究工作，对推动天津地热尾水回灌研究起到了一定作用。1987—1989年，天津地热勘查开发设计院、大港石油管理局和南开大学在大港油田水电厂对新近纪明化镇组和馆陶组热储进行了4次单井和对井的回灌试验，采用了泵管内回灌、井管回灌和泵管与井管环状间隙回灌3种不同方式。回灌试验研究了自然状态下和在各种干扰因素影响下的馆陶组热储层的回灌能力，分析了回灌水温度、回灌方式、回灌类型和回灌压力等因素对地层回灌能力的影响，对回灌量的衰减进行了拟合，并建立了新近纪馆陶组热储回灌数学模型。这次试验工作证实在中低温孔隙型热储中进行低压回灌是可行的。
在此基础上，王光辉等在2004年对塘沽区新近纪馆陶组砂岩热储TGR-28井（射孔成井）和TGR-30井（滤水管成井）分别进行了回灌试验，发现该地层成岩性好、胶结程度高，采用射孔成井优于滤水管成井。曾梅香等在2007年通过室内模拟试验对填砾成井工艺中筛网规格和填砾规格等方面进行了探索。朱家玲等在2004年申请了专利“用于第三系砂岩回灌的井口系统”，该专利主要采用两级并联构成的粗效过滤器组和精效过滤器组与加压泵和强制排气罐串联组成的回灌系统。此发明可防止物理、化学、微生物等因素产生的气阻，可使回灌率提高约30%以上。2008年，林黎等在回灌试验中，通过设置过滤器及除铁除菌等装置，有效缓解了回灌水中悬浮物颗粒堵塞含水层引起的回灌率降低问题；同时，减缓了在回灌水运移过程中因地热水中大量微生物与水中化学组分气体繁衍和累积而产生沉淀堵塞管道的现象。王连成等在2011年通过研究天津地区馆陶组砂岩热储回灌实际操作规程，确定了回灌运行方式主要有：间歇回灌、定流量回灌、加压回灌运行等。江国胜等在2014年对天津地区明化镇组砂岩热储层钻探成井工艺进行研究，发现：天津地区明化镇组热储层以粉细砂为主，胶结程度差，涌砂情况严重，回灌难度很大。目前，天津地区共有4眼明化镇组地热井采用单层滤水管成井工艺，滤水管外包单层60目[2]铜网成功防砂，且出水量较大，但管外包双层60目铜网，出水量明显受影响，这两类滤水管成井均不利于回灌。天津市东丽区某地热回灌井采用填砾成井在2010年的回灌试验中，回灌水温为48℃，最大回灌量为66m3/h，填砾成井工艺回灌效果良好。
（2）陕西地区
自20世纪90年代初以来，关中盆地地热资源的开发利用逐渐兴起，至20世纪90年代末达到高潮。2006年2月，咸阳市被命名为全国首座“中国地热城”；同年8月，又被国家发展改革委确定为国家级地热资源综合开发利用示范区。截至目前，据统计咸阳市已成功开凿地热井100多眼，地热水年开采量为3×106m3，西安市已有热水井200多眼，年开采热水量超过7×106m3，并且以5～10眼/a的速度增加。(https://www.daowen.com)
随着开采井数不断增加，地热井取水深度加大，开采量逐年攀升，地下热水下降漏斗迅速扩展，平均下降20m/a，平均累计下降幅度已达500m，最大累计下降幅度已达700m（东汤裕），地热水开采量已衰减过半，水温下降30%以上。据相关部门测算，西安地下热水若合理开发利用，可用20a；若掠夺式无度开采，仅可用5～10a。因此，为缓解地热水资源的衰减，陕西相关部门进行了多次的回灌试验，对地热回灌井及回灌工艺进行了研究。
徐胜强等在2014年对WH1井进行回灌试验，WH1取水层为蓝田灞河组，采用筛管完井工艺，其回灌水量仅为10m3/h时水位就已达到井口，回灌效果较差。WH1井后经射孔，增大取水层的孔隙及裂隙，并进行长时间洗井供水后，再次进行回灌，发现其回灌量可达55m3/h，回灌水位稳定。
西安关中盆地第三系及第四系砂岩热储层主要由灰色泥页岩、细砂岩、中粒粗粒砂岩互层及部分含砾层构成。2000年，曾铁军对热储层的地热井钻井工艺进行了分析总结，发现：①对于埋藏较深且致密的岩层，钻进过程中牙轮钻头的齿形应采用夹角较小的楔形齿，相反应采用夹角较大的楔形齿；②托盘之间包扎优质牛皮及海带止水，这种方法效果可靠，起到了隔离上部低温热水、防止下泄的作用；③采用PAC泥浆护壁，PAC泥浆中的活性基团如—CONH2、—OH等能够自由吸附在泥页岩中黏土颗粒上，使黏土表面形成强固的保护膜，减少黏土颗粒絮凝成团（增稠现象），有效地抑制岩屑分散和泥页岩的水化膨胀，固结井壁减少对热储层的泥封，同时还具有抗钙、抗盐、抗高温、改善泥浆流变特性的作用。
（3）河北地区
衡水市针对砂岩孔隙热储曾进行过一次回灌试验，主要热储层为新近纪馆陶组。回灌工艺方面，地热水开采后经旋流除砂器除砂，通过板式换热器交换热量，最后经过二级过滤、排气，灌入回灌井中。试验时间相对较短，采用自然回灌方式和加压回灌方式进行地热资源循环利用。该试验在自然回灌条件下稳定回灌量达到21.00m3/h，在加压条件下稳定回灌量达到34.22m3/h，堵塞相对严重，短期回灌试验后，未进行生产性的回灌试验。
（4）河南地区
朱红丽等在2011年对开封市中心城区桃园小区进行超深层地热水人工回灌试验。回灌层为馆陶组砂岩热储800～1000m深度含水层，取水段有效厚度为102m，热储层岩性以细砂、中细砂、粉细砂为主，以浅层地下水和自来水注入蓄水罐混合排气后的水作为回灌水源，采用的回灌方式为自然回灌，缺少过滤装置和专业的排气装置。该试验先用小流量进行回灌，待含水层的渗透系数达到稳定后，再增大回灌水量，提高了灌水效率。
（5）山东地区
山东省自2006年首次对德州市德城区馆陶组砂岩热储开展地热回灌试验以来，山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队对砂岩热储回灌井钻、成井工艺、回灌工艺、回灌系统建设等方面进行了深入的研究，积累了大量的工作经验。
2006年，德州市德城区（馆陶组砂岩孔隙热储）、威海市宝泉汤（基岩裂隙热储）以及东营市城区进行了三组地热回灌试验，在回灌层位（同层或异层）、回灌压力与回灌量等方面进行了研究。2011年，德州市城区和经济开发区进行了2组回灌试验，试验增加了除砂设备和除污器，回灌量有一定幅度的提高。德州市平原县魏庄社区在2012年对山东省首眼填砾地热井进行了施工，其钻探与成井工艺与区内以往胶皮伞式止水成井相比，增大了地热井的渗透能力，从而增大了其开采能力。为控制井斜保证所填砾料到达目的层位，钻孔直径增大，采用抽水填砾的方式，使得所填砾料密实，成井后较传统地热井回灌效果显著提升。2016年，德州市城区建立砂岩热储回灌示范工程，采用一采一灌的对井模式，回灌井采用大口径填砾成井方式，目前已实现4个供暖季地热尾水100%回灌。在该工程的示范带动下，德州市人民政府于2017年印发《德州市地热资源管理办法》，首次要求“开采地热资源应采灌结合，以灌定采，地热尾水要实现同层回灌”。山东省自然资源厅联合山东省水利厅出台了《关于切实加强地热资源保护和开发利用管理的通知》（鲁国土资规〔2018〕2号），要求“申请开采孔隙热储、岩溶热储型地热资源，采矿权申请人必须制定回灌方案，落实以灌定采措施，确保回灌质量。开采孔隙热储型地热资源的回灌率不低于80%，开采岩溶热储型地热资源的回灌率不低于90%”。在该文件的指导下，德州市对地热开发企业进行了清理整顿，要求保留开采井均配套回灌井，目前已建成回灌工程284处，采用一采一灌的对井或多采多灌的群井开发模式，地热尾水回灌率均达到80%以上。
综上所述，国内在回灌井钻探工艺、成井结构、回灌工艺、回灌技术、回灌方法上取得了可靠的实践经验，为砂岩热储工程技术与应用研究提供了技术支撑。
