5.2.1 回灌工艺
1.回灌方式
按工程结构的不同，回灌方式可划分为对井回灌、同井回灌、外围回灌三种。对井回灌是指施工两眼或两眼以上的地热井，形成一采一灌或多采多灌的回灌方式，根据目的层的不同又分为同层回灌、异层回灌；同井回灌是指同一眼井在上部热储中用较大口径成井，再在下部热储层中用较小口径成井，由套管固井隔离两个热储层，可以以下抽上灌或上抽下灌的回灌方式；外围回灌是指由开采区的外围或上游施工回灌井向热储层回灌的回灌方式。
目前，采用得最多的是对井同层回灌方式，即用一口井进行开采，同时用与之具有水力联系的另一口井进行回灌（图5-8）。由图5-8可以看出，开采井与回灌井具有水力联系，由于漏斗效应，开采井抽水使回灌井的水位降低，更有利于回灌的进行。
图5-8 对井回灌渗透理论模型
对井同层回灌方式的优点：一是地下热源开采、地面综合利用、尾水回灌形成全封闭循环系统，只消耗热能不消耗水量，补充单井开采造成的热储流体的亏空，减缓热储压力场的下降，这样不仅可以防止排放弃水污染环境，还能通过回灌流体在储层中的再加热，使蕴藏在岩石骨架中的热能被带出来，得以循环利用，延长热田开发利用年限，保证地热井长年稳定开采；二是对井回灌开采采取严格的全封闭系统，保证回灌水做到“原汁原味”，也利于保护热储层原有的水化学平衡。
因此，考虑到地热回灌工程建设的施工成本较高，风险较大，在建设回灌系统中建议采用对井同层回灌方式。
按进水通道的不同，回灌方式又可划分为回灌管回灌和环状间隙回灌。回灌管回灌是指地热流体从泵管内进水，注入热储层；环状间隙回灌是指地热流体经泵管外，流体从泵管与井管之间的环状空间进水，渗入含水层。回灌管回灌因泵管在回灌井静水位液面以下，避免了回灌水体与气体接触，减少了热储层气体堵塞；环状间隙回灌因不可避免地挟带气体进入热储层，引起气体堵塞，回灌效率降低。
搜集了山东省德州市德州DZ31回灌井自2014年11月12日开始，至2015年3月12日结束的回灌试验资料。回灌试验前水位埋深约为50m，采用地热尾水自然回灌方式，分别进行了环状间隙回灌和回灌管回灌试验对比。对比发现，回灌管回灌方式的最大回灌量可达43.68m3/h，而环状间隙回灌方式的最大回灌量仅为14.96m3/h，说明回灌管回灌优于环状间隙回灌（表5-6）。
表5-6 环状间隙回灌和回灌管回灌试验统计表
2.回灌方法
回灌方法包括自然回灌与加压回灌两种。
（1）自然回灌
自然回灌适用于地下水位较低，透水性能好，渗透系数较大的含水层。其方法是未进行人工加压，利用回灌中的地热尾水的管网压力（一般为0.1～0.2MPa）产生水位差进行回灌。(https://www.daowen.com)
自然回灌为自然压力下的回灌，在启动回灌系统之前，记录开采井的流量表、供暖后尾水流量表和回灌井流量表的读数；记录开采井、回灌井的水位埋深及地热水的温度、尾水的温度。认真检查开采井、回灌井的井口和回灌管网的密闭程度。回灌时，应慢慢打开回灌阀，让地热尾水从回灌管内流入回灌井中。仔细观察回灌管网中的压力表，适当地调节回灌量，使回灌量由小到大梯度增加，在观测到每个阶段的抽水量、回灌量、水温、水位等监测数据稳定后，方可继续增大回灌量，直到回灌流畅，回灌井水位上升变缓，地热水没有从溢出口流出为止。
（2）加压回灌
加压回灌管路系统是在自然回灌管路装置基础上，将井管密封，利用水泵压力进行回灌的系统。在回灌井水位较高、无法进行自然回灌时，可使用加压泵加压，以产生更大的水位差进行回灌。加压回灌压力可根据井的结构、回灌设备强度和回灌量确定。
加压回灌与自然回灌管路共同点是抽水管路不用控制阀门，排水及回扬管路完全一致。加压回灌因井管密封，既可以从泵管内进水，也可以用回流管从泵管外回灌。
加压回灌前的准备工作与自然回灌一样，做好回灌前的流量表、温度表、压力表及水位的观测记录工作，做好井口及回灌管网的密封工作。回灌量与压力要由小到大逐步调节，同时了解回灌系统的最大承载压力，当管网余压不足时，要开启加压泵进行加压回灌，压力从小到大逐渐增加，直至回灌量正常，不能盲目加压，以免系统压力过大而损坏地热井井管，造成不可估量的损失。在压力调节过程中，做到及时排除回灌系统内的气体，记录回灌量、水温、管道压力等数值，保证加压工作安全稳定地进行。
加压回灌时，系统有压力存在需要放气，因此在管路上应增设排气阀，运行时回灌水从排气阀溢出，使系统管路中的空气排尽后，再关紧排气阀。加压回灌时回灌系统应通畅，井口压力无明显、快速上升，加压管道无异响、泄漏、变形等异常现象，确保人员与设备安全。回灌过程中记录加压回灌量（瞬时回灌量和累计回灌量）、水温、井口管道压力表读数，确保数据记录准确完整。当井口压力达到加压回灌设计值时，应停止加压回灌，待井口压力减小到 0 时，再进行检查、维护。
3.回扬
回扬是为清除回灌井中的沉淀物和热储层中堵塞物，利用回扬设备在回灌井中进行抽水的工作。根据回灌井回扬抽水时期的不同，可将其分为以下三个方面。
（1）回灌井回灌开始前的回扬
停灌的回灌井距上一年回灌结束一般已停用8个月（按每年供暖季回灌，非供暖季停灌考虑）之久，回灌井井桶内的水由于封存时间过长，难免出现腐蚀污染，也可能有细菌滋生，为保证回灌效果，在正式启动回灌运行前须抽尽回灌井内的污水、污染物。针对砂岩热储回灌井，由于其成井结构的特殊性（滤水管和固井水泥）和成井层位碎屑孔隙岩性的影响，滤水管网容易被堵，在回灌前须进行回扬。
（2）回灌井回灌期间的回扬
回灌期间的回扬是为了预防和处理地热井堵塞，而在回灌井中开泵抽排水中堵塞物。生产性回灌发生下列三种情况之一时应进行回扬：一是回灌量稳定，水位或压力持续上升时；二是水位或压力稳定，回灌量逐步减小时；三是水质发生恶化时。每口回灌井回扬次数和回扬持续时间主要由含水层颗粒大小、渗透性、回灌量和回灌持续时间决定。在回灌过程中，进行适当的回扬、把握好回扬次数和时间，可减缓或避免地热回灌井及热储层堵塞。回扬持续时间以浑水出完、清水出现为止（水清砂净）。
回灌堵塞明显的地热回灌井，尤其要注意定期回扬清洗；每次回扬应达到水清砂净。回扬的次数和持续时间应遵循以下三个原则：含水层中颗粒越细，越应增加回扬的次数和持续时间；回灌量越大，越应增加回扬的次数和持续时间；加压回灌时，压力越大，越应增加回扬的次数和持续时间。
（3）回灌井回灌结束后的回扬
回灌工作结束后，应当对回灌井进行回扬洗井，抽出在回灌期间堵塞在回灌井滤水管管网处的细小颗粒及沉淀物，防止堵塞物在滤水管管网处淤积堵塞，延长回灌井的使用寿命。
回扬过程中应按时记录回扬量与静、动水位，并观测回扬水质浑浊度，直至水清砂净，必要时可取水样分析悬浮物含量及离子成分。
