6.2.3 回灌堵塞与处理
地热回灌是一种避免地热尾水直接排放引起热污染和化学污染的可行措施，是维持热储压力最有效的措施（刘久荣，2003；张新文，等，2009），对保证地热田的开采技术条件具有重要的作用。为保证地热资源的可持续开发利用，砂岩热储地热尾水回灌已进行了20多年的回灌试验，陕西、天津、河南、山东等地先后开展了砂岩热储地热回灌试验（闰文中，等，2014；阮传侠，等，2017；梁静，等，2016；周世海，等，2009；谭志容，等，2010；张平平，等，2015），在地热回灌井成井工艺、回灌工艺等方面积累了大量的工作经验及资料，推动地热尾水回灌从试验阶段发展到生产工程阶段。试验表明，砂岩热储回灌在技术经济上是可行的，它实现了地热资源可持续开发利用的良性循环。但在地热回灌中发现，部分地热回灌井出现堵塞现象，以致回灌压力增大、回灌率降低，影响了地热可持续开发利用。
从地下水的运移过程分析，回灌是抽水的逆过程。注水和抽水的不同之处在于，前者是发散的径向流，后者是收敛的径向流。回灌水中带有细颗粒、有机物和空气，水由井口向井周流动，速度减小，所挟带的细颗粒将在一定的距离内沉淀在岩层中。水中所带有的某些溶解物质可能与岩石骨架或含水层中原有的水起作用，产生堵塞。水中带来的和由于压力降低从水中析出的气泡停留在微小空隙中，这些都会导致含水层的堵塞和渗透性的降低，会在回灌井周围产生一个渗透性降低的地带。该地带呈圆柱状包在回灌井外面，渗透系数与原来的渗透系数相比显著变小，而且不是常数。在时间上，表现为随着回灌时间的推移，同一位置的堵塞程度越来越大，渗透系数越来越小；在空间上，表现为随着距井轴的距离而变化，距井轴越近，堵塞程度越大，渗透系数越小（图6-1）。
图6-1 回灌井周围堵塞示意图
回灌堵塞是目前砂岩热储亟待攻克的问题，为研究回灌堵塞机理和影响因素，研究人员开展了室内模拟试验。
1.室内物理堵塞模拟试验研究
（1）试验装置
本次室内试验分别通过一维砂柱和二维砂槽进行。一维砂柱用来模拟地热尾水回灌热储层物理堵塞过程、分析回灌水中悬浮物粒径和质量浓度对堵塞的影响，二维砂槽用来开展物理堵塞时空变化特征研究。
一维砂柱由有机玻璃制成，高30cm，内径6cm，外侧设有1个溢流口、5个测压孔，测压孔间距自上而下依次为2cm、2cm、2cm、10cm，砂柱实际填充高度为18cm。试验装置如图6-2所示。
图6-2 一维砂柱试验装置
二维砂槽由有机玻璃制成，长160cm，宽30cm，高90cm。砂槽右边设进水口，左侧设出水口，出水溢流口相对于进水溢流口低19cm。砂槽主要由三部分组成：两侧分别设有10cm进水缓冲区和出水缓冲区；中间为140cm的渗流区，缓冲区与渗流区采用矩形筛网板相隔离，砂槽实际填砂体积为140cm×30cm×90cm；后侧自上而下、自左向右设有间距为10cm的测压孔112个。试验装置如图6-3所示。
图6-3 二维砂槽试验装置
定水位装置：进、出水的定水位装置采用溢流原理控制供水水位和排水水位，可上、下自由调动，此次试验水位差控制在19cm。
辅助工具：水桶、胶皮管数米、秒表、量筒、玻璃管若干、止水夹若干、扳手、洗耳球、米尺、蠕动泵、三通等。
（2）试验材料
①热储介质
根据研究区热储介质岩性与粒径分布特征，采用SiO2含量在99%以上、粒径为0.125～0.180mm的标准石英砂作为供试砂样。
②回灌水
为真实反映研究区地热尾水中悬浮物特征，根据试验前采集的示范工程供暖尾水悬浮物质量浓度和粒径级配测试结果，本次试验回灌水源采用市政自来水和悬浮物按一定比例配制而成，其中悬浮物分别为野外采集砂样（用于一维砂柱试验）和纳米级Fe2O3（用于二维砂槽试验）。同时在回灌水中加入10mL/L的次氯酸钠以消除微生物的影响。从实测的地热尾水与实验室配制的回灌水中悬浮物粒径分布图（图6-4）可以看出，配制的回灌水与实际的供暖尾水中悬浮物含量与粒径级配基本一致，可以用于模拟试验。
图6-4 悬浮物粒径分布图
（3）试验方法
①一维砂柱试验
采用一维砂柱试验装置进行试验，具体试验步骤如下。
装柱：将风干、均匀的石英砂分层装入砂柱，装柱高度为18cm，每次称取一定质量的砂样，等容重将其压实，该过程须向砂柱缓慢注入自来水，逐步完成饱水装柱过程。
回灌水配制：依据地热尾水中悬浮物质量浓度背景值，使用野外采集砂样配制悬浮物质量浓度分别为0mg/L、20mg/L、50mg/L、60mg/L和100mg/L的回灌水，进行不同悬浮物质量浓度试验；配制悬浮物粒径分别为0.050mm和0.038mm的回灌水，进行不同悬浮物粒径试验。
回灌试验：先用市政自来水对砂柱进行回灌，计算初始渗透系数K0（式6-1）；然后用配制的回灌水对砂柱进行回灌，记录出水口的流量、测压管间的水位差，计算回灌过程中不同时刻、不同部位的渗透系数K，定时在进、出水口处采取水样，测量其浊度。
式中，K0为初始渗透系数，cm/s；Q为出水口的流量，mL/s；L为砂柱顶底两测压管之间的距离，cm；Δh为顶底两测压管间的水位差，cm；A为砂柱截面积，cm2。
采用相对渗透系数K′式6-2来直观地反映系统的堵塞程度。
式中，K′为相对渗透系数；K0为回灌前砂柱的初始渗透系数，cm/s；K为回灌过程中任意时刻砂柱的渗透系数，cm/s。
②二维砂槽试验
采用二维砂槽装置进行试验，砂槽的充填方法与一维砂柱相同，采用纳米Fe2O3配制悬浮物粒径为0.7mm的回灌水。试验前排除砂槽里的气泡，参照一维砂柱试验记录出水口的流量、测压管间的水位差，分别计算初始渗透系数K0和回灌过程中不同时刻、不同部位的渗透系数K。
（4）物理堵塞机理及效应
①物理堵塞机理及影响因素
a.回灌水悬浮物粒径对物理堵塞的影响
根据相同悬浮物质量浓度、不同粒径下热储介质相对渗透系数随时间的变化（图6-5）可知，回灌前期（0～51 h）回灌水悬浮物粒径为0.050mm时，热储介质相对渗透系数降低幅度比粒径为0.038mm时大；回灌后期（51～99 h）不同粒径悬浮物回灌后的热储介质相对渗透系数均降低至0.05后基本维持稳定状态。
图6-5 不同悬浮物粒径下热储介质相对渗透系数随时间变化图（质量浓度为50mg/L）
由此表明，在悬浮物造成的物理堵塞过程中，悬浮物粒径可以影响热储介质堵塞发生时间，悬浮物粒径越大，堵塞发生时间越早。
b.回灌水悬浮物质量浓度对物理堵塞的影响
图6-6 不同悬浮物质量浓度下热储介质相对渗透系数随时间变化图
由图6-6可知，整个回灌过程中，不同悬浮物质量浓度的回灌水回灌热储介质后，相对渗透系数降幅基本一致，但降至稳定相对渗透系数所需时间不同，回灌水悬浮物质量浓度分别为100mg/L、60mg/L、50mg/L、20mg/L，相对渗透系数稳定时间分别为33.8 h、47 h、70 h、82 h。回灌前期回灌水悬浮物质量浓度越高，相对渗透系数降低幅度越大，堵塞用时越短，但最终都趋于稳定状态。
由此表明，在悬浮物造成的物理堵塞过程中，悬浮物质量浓度可以影响热储介质堵塞的发生时间，回灌水中悬浮物质量浓度越高，物理堵塞发生时间越短。
②物理堵塞效应（对热储介质渗透性能的影响）
图6-7为二维砂槽历时170 h回灌试验后整体及不同渗流层位热储介质相对渗透系数随时间和空间变化图。由图可知，在空间上，不同层位热储介质渗透性存在差异性变化。其中，进水端0～3cm处相对渗透系数变动幅度较大，高达83%；10～20cm段介质相对渗透系数降低幅度较小，维持在14%左右；20～30cm段介质相对渗透系数变幅不大。从时间上看，表层0～3cm处热储介质的渗透性呈现“缓慢降低—快速下降—趋于稳定”的规律，其中缓慢降低阶段（0～25 h）相对渗透系数降低幅度为30%，快速下降阶段（25～49 h）相对渗透系数降低幅度为48%，趋于稳定阶段（49～170 h）相对渗透系数维持在初始渗透系数的20%左右；砂槽整体、10～20cm和20～30cm介质相对渗透系数变化幅度较单一，维持恒定变动幅度，呈现小幅度平缓降低的现象。
图6-7 二维砂槽回灌试验后整体及不同渗流层位热储介质相对渗透系数随时间和空间变化图
图6-8为不同回灌时间下砂槽出水浊度随时间变化图。由图可以看出，回灌4 h时，砂槽不同位置处出水浊度均较大，特别是进水端0～13cm处浊度最大，此时相对渗透系数也较大，未发生堵塞现象，回灌水中悬浮物有部分流出。回灌23 h时，进水端0～10cm处浊度明显减小，此时相对渗透系数也出现明显降低，说明已经发生堵塞，部分悬浮物被截留。回灌至77 h时，砂槽不同位置处出水浊度均较小，相对渗透系数降至最低，说明此时堵塞较严重。回灌后期浊度基本保持不变。
图6-8 不同回灌时间下砂槽出水浊度随时间变化图
注：①由于测试数据不均匀，所以作图刻度不均匀。
由图6-8可知，物理堵塞在空间上呈现明显的非均质性，越靠近进水端，热储介质渗透性降低越大，堵塞越严重；砂槽整体渗透系数降幅较小，物理堵塞程度较轻；随着回灌时间的延长，出水口的浊度逐渐降低，热储介质逐渐发生物理堵塞，且越来越严重。分析原因，可能是回灌初期大量悬浮物截留在表层堵塞热储介质孔喉与孔隙，导致靠近进水端堵塞严重，而热储介质内部堵塞现象不明显。回灌后期，表层热储介质孔隙堵塞达到阈值时相对渗透系数维持稳定状态。
2.室内化学堵塞模拟试验研究
（1）试验装置
试验装置同物理堵塞模拟试验。
（2）试验材料
①热储介质
本试验分别采用标准石英砂和热储介质土样填充砂柱，进行化学堵塞模拟试验。其中，标准石英砂特征同物理堵塞模拟试验用的石英砂（参见本节1.（2）节）；研究区热储层介质主要由岩屑、晶屑和胶结物组成，碎屑颗粒中大部分样品的石英含量大于75%，沉积岩岩屑为2%～15%，胶结物以泥质为主，不透明矿物呈粒状分散分布。热储砂岩由上至下颗粒逐渐变粗，上部0.075～0.25 mm的颗粒与0.25～0.5 mm的颗粒各占40%左右，0.5～2 mm的颗粒占6%左右，其中0.075～0.25 mm颗粒所占比例较大，最大可达60%；而下部颗粒直径明显增大，0.075～0.25 mm的颗粒占10%～23%，0.25～0.5 mm的颗粒所占比例最大，占42%～53%，0.5～2 mm的颗粒占22%～34%。
②回灌水
为真实反映研究区地热尾水化学特征，根据试验前采集的示范工程供暖尾水测试结果，本次试验采用如下方法配制回灌水：硫酸钠（Na2SO4）、氯化钾（KCl）、氯化钙（CaCl2）和氯化钠（NaCl），质量浓度分别为0.738g/L、0.0134g/L、0.1665g/L和3.132g/L。
（3）试验方法
①静态配伍试验
将现场采集的地热源水与尾水分别以10∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、0∶10的体积比混合，在30℃、60℃、90℃恒温水浴摇床中振荡8 h后，测定水中 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SiO2、Cl-、
、
等质量浓度变化，并采用0.45 μm滤膜过滤水样，计算滤膜上沉淀量，采用扫描电子显微镜和能谱技术（SEM-EDS[1]）定性分析生成沉淀的微观形态和类型。
②一维砂柱试验
采用一维砂柱试验装置，模拟地热尾水回灌热储层化学堵塞过程，分析热储介质化学堵塞影响因素。试验步骤同物理堵塞试验。
③二维砂槽试验
试验步骤同物理堵塞模拟试验。
（4）化学堵塞机理及效应
①化学堵塞机理及影响因素
a.地热源水和尾水混合体积比对化学堵塞影响
根据60℃下地热源水和尾水不同混合体积比静态配伍试验数据，绘制不同混合体积比下溶液中离子质量浓度变化图（图6-9）和总沉淀量变化图（图6-10）。
图6-9 不同地热源水与尾水混合体积比下物质质量浓度变化图
图6-10 不同地热源水与尾水混合体积比下总沉淀量变化图
由图6-10可以看出，所有混合体积比下生成的沉淀量均小于20mg/L，说明地热源水和尾水配伍性较好。结合图6-9可以得出，混合体积比为3∶7、2∶8、1∶9 、0∶10下Ca2+和
离子质量浓度略微降低。另根据60℃下不同混合体积比沉淀扫描电子显微镜照片（图6-11）和60℃下混合体积比为5∶5时沉淀能谱分析图（图6-12）可知，不同混合体积比下沉淀量不同，其中，混合体积比为0∶10时沉淀量最高（图6-11），混合体积比为3∶7、2∶8、1∶9时次之，由此推测生成的沉淀为碳酸盐类沉淀（图6-12）。
b.回灌水温度对化学堵塞的影响
选取源水与尾水混合体积比为7∶3的回灌水分别在30℃、60℃、90℃下进行振荡试验。测定混合溶液中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-和
离子质量浓度，并计算生成的沉淀量。结果如图6-13和图6-14 所示。
图6-11 60℃下不同混合体积比沉淀扫描电子显微镜照片
图6-12 60℃下混合体积比为5∶5时沉淀扫描电子显微镜照片和电子能谱分析图
图6-13 不同温度下离子质量浓度变化图
图6-14 不同温度下总沉淀量变化图
由图6-14可以看出，所有温度下生成的总沉淀量均小于20mg/L，说明源水和尾水配伍性比较好。随着温度升高，总沉淀量有所增加，表明高温条件下源水和尾水混合更易于生成沉淀。结合图6-13可以得出，随着温度的升高，
质量浓度呈现减小趋势，可能是由于CO2逸散使得碳酸溶解平衡向生成
的方向进行。此外，混合溶液中Ca2+和Mg2+质量浓度也有不同程度的减小。另据90℃下混合体积比为7∶3 时，生成沉淀的扫描电镜照片和电子能谱分析图（图6-15）推测，随着温度的升高，可能生成碳酸盐类沉淀。
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图6-15 90℃下混合体积比7∶3时扫描电子显微镜照片和电子能谱分析图
②化学堵塞效应（对热储介质渗透性能的影响）
根据一维砂柱试验，热储砂岩介质在回灌9 h后堵塞现象发生完全、渗透性降至恒定状态（图6-16），相对渗透系数降幅在55%左右。以石英砂岩为含水介质在回灌初期（0～9 h）有小幅度的上升，前期（9～57 h）相对渗透系数降幅为80%，后期（57～99 h）相对渗透系数呈现稳定状态，维持在20%左右。由此表明，热储砂岩介质比石英砂热储介质发生化学堵塞的时间早，相对渗透系数的降幅低。另采用标准石英砂作为填充介质时，进、出水口K+、Ca2+、Mg2+和
质量浓度变化均不明显（图6-17）；而采用热储砂岩作为填充介质时，砂柱出水口K+、Ca2+、Mg2+和
质量浓度呈现缓慢降低趋势。究其原因，研究区热储砂岩矿物成分复杂，介质主要由岩屑、晶屑和胶结物组成，其中，胶结物以黏土矿物为主。热储介质矿物成分及构成比例会影响化学堵塞的发生及堵塞程度，随着回灌试验的进行，渗透系数降低，回灌水中离子成分可能与介质发生水岩相互作用，导致出水口离子浓度发生变化。这说明回灌过程中热储介质与地热尾水之间的水岩相互作用是化学堵塞的影响因素之一。
图6-16 不同热储介质下的相对渗透系数随时间变化图
图6-17 不同填充介质下K+、Ca2+、Mg2+和
质量浓度变化图
图6-18为二维砂槽历时287 h回灌试验后整体及不同渗流层位热储介质相对渗透系数随时间和空间变化图。由图可知，在空间上，回灌过程中砂槽整体相对渗透系数呈降低趋势，其中进水端0～3cm表层介质相对渗透系数变动幅度最大，达92%；10～20cm和20～30cm段热储介质相对渗透系数降低幅度较小，维持在15%左右。分析原因，靠近进水端堵塞严重，可能是由于回灌水中离子优先与表层热储介质发生化学反应；热储介质内部堵塞较弱，可能与回灌水中离子含量在运移过程中质量浓度降低、化学反应变弱有关。从时间上看，表层0～3cm渗流层位呈现“缓慢降低—快速下降—趋于稳定”的规律，缓慢降低阶段（0～47 h）相对渗透系数降低幅度为21%，快速下降阶段（47～100h）相对渗透系数降低幅度为47%，趋于稳定阶段（100～287 h）相对渗透系数维持在初始渗透系数的16%左右。其他渗流层位相对渗透系数变化幅度较单一，维持恒定变动幅度，呈现小幅度平缓降低的趋势，分析原因，随着回灌的进行，回灌水中离子质量浓度增加，热储介质与源水中离子发生化学反应的概率增加。
图6-18 二维砂槽中历时287h回灌试验后整体及不同渗流层位热储介质相对渗透系数随时间和空间变化图
由此表明，化学堵塞在空间上呈现明显的非均质性，空间堵塞范围跨度较广；越靠近进水端，堵塞现象越明显，即堵塞越严重；热储介质中部堵塞现象较少，介质相对渗透系数均呈降低趋势。
3.室内微生物（细菌）堵塞模拟试验研究
（1）试验装置
试验装置同物理堵塞模拟试验。
（2）试验材料
①热储介质
本试验供试砂样采用标准石英砂，标准石英砂特征同物理堵塞模拟试验用的石英砂。
②回灌水
为真实模拟研究区地热尾水中营养盐情况，本试验以现场尾水水质为依据，选取葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4·3H2O作为细菌生长的唯一碳源、氮源、磷源，实验室配制回灌水，质量浓度分别是6 mg/L、4.46 mg/L、0.12 mg/L。
（3）试验方法
①一维砂柱试验
采用一维砂柱试验装置，模拟地热尾水回灌热储层微生物堵塞过程，考察回灌水中营养盐类对堵塞的影响。试验步骤同物理堵塞模拟试验。
②二维砂槽试验
试验步骤同物理堵塞试验。
（4）地热尾水回灌热储层微生物堵塞效应及机理
从时间上看，回灌过程中砂柱不同渗流层介质的相对渗透系数呈现持续降低趋势（图6-19），分为“快速下降—缓慢降低—趋于稳定”三个阶段。回灌初期（0～11 h）相对渗透系数迅速降低，相对渗透系数降低90%（由1降至0.1）用时169 h，回灌后期相对渗透系数降低趋于平缓，由0.1降至0.01用时173 h。回灌至95h时，从空间上看，砂柱整体渗透系数降幅为70.44%，表层渗透系数降幅为80.55%，中层和底层渗透系数降幅为25%。回灌至169h时，砂柱整体渗透系数降幅为89.07%；表层渗透系数降幅为94.96%，中层渗透系数降幅为61.19%，底层渗透系数降幅为51.51%。
图6-19 一维砂柱中热储介质相对渗透系数随时间和空间变化图
提取砂样上细菌总DNA，应用高通量测序，分析回灌过程中细菌群落多样性和结构特征。反映细菌多样性的Chao指数、Ace指数、Sobs指数、Shannon指数均呈现先增后降趋势（表6-2），在相对渗透系数为0.5时指数值最高，表明相对渗透系数降至0.5时，砂柱中微生物OTU[2]数目最多、物种最丰富、群落多样性最高。在尾水回灌过程中，细菌逐渐适应由尾水回灌引起的热储层营养物、酸碱条件及氧化还原环境的改变，由于细菌生长和代谢引起热储层介质堵塞，后期细菌进入衰老期，群落多样性下降，启动自身保护机制，分泌胞外聚合物，继续影响热储介质渗透性。
表6-2 α多样性指数表
由此可见，随着回灌时间的延长，各个渗流层的渗透系数均降低，但热储介质表层（0～2cm）的渗透系数降低最快，堵塞速率远高于其他渗流层。微生物对整体砂柱的堵塞占有较大的贡献率，是砂柱整体渗透系数降低的主因，即由于回灌初期细菌大量生长繁殖，各种代谢分泌物质附着于砂柱表层形成生物膜，大部分细菌被截留在热储介质表面（图6-20、图6-21），堵塞表层热储介质的连接通道、孔隙孔喉，有效孔隙度降低，渗透系数大幅降低，形成微生物堵塞。回灌后期，随着细菌生长代谢活动的进行，有害物质代谢积累、介质孔隙度降低、含氧量不足等因素严重抑制细菌的正常生长，细菌生命活力、繁殖速率降低，细菌生命活动维持稳定状态，热储介质渗透系数变化幅度不大。
图6-20 回灌过程中热储介质表面扫描电子显微镜图
图6-21 Sobs指数的稀释曲线
4.堵塞的类型与原因
国内外众多地热田调查考证结果显示：有80%的孔隙型热储回灌井出现了堵塞，部分回灌井被迫停滞（刘雪玲，等，2009）。回灌过程的堵塞问题目前仍是制约孔隙型地下热水可持续开发利用的世界性难题。
回灌堵塞与回灌水质、入渗介质的矿物成分及颗粒组成特征等多种因素有关，可能是物理、化学或生物某一方面的原因，也可能是它们共同作用的结果。根据上述室内模拟试验和已有的实际经验，按堵塞的原因来分，回灌堵塞可以分为物理堵塞、化学堵塞、气体堵塞、生物堵塞、化学反应产生的黏粒膨胀和扩散堵塞以及含水层细颗粒重组造成的热储层孔隙变小堵塞等。研究认为，物理堵塞是回灌堵塞的主要类型（武晓峰，等，1998；何满潮，等，2004；高宝珠，等，2007；刘雪玲，等，2009；林建旺，等，2010；马致远，等，2013；周鑫，2013；徐国芳，2013；云智汉，2014；戴群，等，2017），也是导致回灌量衰减的主要原因。
（1）物理堵塞
物理堵塞主要包括回灌水中悬浮物堵塞、热储岩石中颗粒堵塞等。通过回灌尾水过滤装置去除大部分的悬浮物，是防止物理堵塞的首要因素。
回灌水中悬浮物含量过高、粒径大于热储岩石孔径时，会堵塞热储岩石孔隙，从而使回灌井的回灌能力降低直至无法回灌，这是回灌井中最常见的堵塞情况。悬浮物进入热储层的深度和数量取决于悬浮物中固相颗粒直径和热储层岩石喉道直径的匹配程度，匹配度越高，越容易产生堵塞。回灌尾水悬浮物主要来源于自身挟带颗粒、管道腐蚀产物、化学沉淀产物及微生物代谢产物等，具有多样性。此外，由于砂岩热储岩石胶结性能差，其中的微粒易脱落运移，在热储岩石喉道处易堆积造成堵塞。
物理堵塞发生原因可归结为以下几点。
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，与地层砂岩壁面的纹理接触并沉积下来。
③水力影响：在非球形或不规则的剪切应力场的作用下，颗粒会向吸附面做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，它们会因碰撞到地层砂岩上而被吸附。
⑤散乱性：布朗运动使颗粒从主流中分散开去，从而被困在地层的死角。因此，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）生物堵塞
回灌水中微生物或当地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，在回灌井周围迅速繁殖，生成微生物物质堆积在管壁，形成生物膜，堵塞介质孔隙。
铁细菌为好氧菌，能在中性或偏酸性水中发育，在与铁质的输水管接触过程中使Fe2+加速氧化成Fe3+，形成Fe（OH）3沉淀，从而降低含水层的导水能力或回灌率。地下水中所含的铁主要以Fe（HCO3）2的形式存在，在铁细菌的作用下，反应如下：
铁细菌的生长条件，经试验可归纳为以下几点。
①适宜的水温。铁细菌是种“嗜冷”微生物，在回灌井中最适生长水温在12℃左右。
②丰富的Fe2+。铁细菌以Fe2+为生。因滤水管是铁管缠丝，易发生电化学腐蚀，溶解于地下水中的大量Fe2+可供铁细菌生长。
③所需的溶解氧。铁细菌对氧的需要不亚于Fe2+。地下水中的溶解氧一般仅为1～2mg/L。但由于回灌水含溶解氧的浓度较高，为8～11mg/L，还有空气混入井内，也增加了地下水溶解氧的含量，为铁细菌的大量繁殖提供了条件。另外，溶解氧也加速了电化学腐蚀，使地下水中Fe2+的含量增加。
④合适的pH。当pH在8以上时，水中不含Fe2+，间接抑制了铁细菌生长；当pH为6.5～7.5时，最有利于铁细菌生长。
⑤共生的有机物。从显微镜下鉴定可知，常有大量的有机物与之共生。故可以认为，地下水中含有机物时，易促使铁细菌生长。
为减少生物堵塞，防止生物膜的形成，主要通过去除水中的有机质或者进行预消毒杀死微生物的手段来实现。
（3）化学堵塞
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，化学原因引起的水质问题应视具体情况进行具体分析。矿物质在溶解过程中饱和状态指数的表达式如下：
式中，IS为饱和状态指数；PIA为离子活性值；K为溶解性值。
在到达过饱和状态（IS＞0）时，矿物质可能会析出也可能不会析出，这就要看达到过饱和状态溶液的稳定性如何。另外，通常希望地热利用系统中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。
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，产生析出的临界温度、压力，发生逆向反应的条件等。某些矿物质会因温度变化过饱和而产生沉淀，导致堵塞孔隙孔喉。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难溶的物质，如不经过处理直接回灌到井中就会产生堵塞。
（4）气体堵塞
回灌过程中，在一定的流动情况下，水中可能挟带大量气泡；同时水中溶解性气体可能因温度、压力变化而被释放出来。此外，也可能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，不会形成气堵。但在承压含水层中，因压力变化及流体在流动中生成的气泡（甲烷、二氧化碳气体等）被回灌水裹挟一起回灌到地层后，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，进而堆积在孔隙中产生气体堵塞。
防止气体堵塞常用的方法是将回灌尾水通过排气罐进行排气，减少回灌尾水中的气体含量，同时采用泵管回灌的方法，防止回灌水将空气带入储层中。
（5）化学反应产生的黏粒膨胀和扩散堵塞
这是报道得最多的因化学反应产生的堵塞，具体原因是水中的离子和含水层中黏土颗粒上的阳离子发生交换，这种交换会导致黏粒的膨胀和扩散。这种原因引起的堵塞可以通过注入CaCl2溶液等来解决。
（6）含水层细颗粒重组造成的热储层孔隙变小堵塞
多数回灌井在回灌过程中要进行回扬或当作开采井，反复的抽、灌水可能引起存在于井壁周围的细颗粒介质的重组，这种堵塞一旦形成，很难处理。所以在此种情况下，回扬的频率不宜过高。
回灌井的堵塞现象，在初期以物理堵塞（气相、悬浮物堵塞）为主，在中期以化学沉淀堵塞（铁质、钙质盐类沉淀堵塞）为主，在后期以生化堵塞（铁细菌、硫酸盐还原菌、排硫硫杆菌、脱氮硫杆菌等生化作用而产生堵塞）为主。
在回灌井堵塞中，生物化学作用堵塞，特别是铁细菌堵塞是经常发生的。堵塞一旦发生，回灌井的机能就基本丧失，甚至造成回灌井报废，危害极大。
5.回灌堵塞的判别
回灌过程中，若回灌量保持一定时，回灌水位突然上升或连续上升，甚至溢出井口，单位回灌量逐渐减少；回扬时的动水位突然下降或连续下降，不能稳定在某一标高，单位涌水量远小于成井时或回灌前的单位涌水量，则说明回灌井已被堵塞。当回灌井水位上升较快时应注意加密监测，水位上升距井口小于10m时，应及时停止回灌并查明原因，以便采取措施。
6.防止堵塞的措施
堵塞一旦发生，其处理通常是比较棘手的。因此，除了研究处理堵塞的方法，更重要的是设计防止堵塞的措施。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。
（1）加强回灌井成井时的洗井工作。回灌井成井时，可以采用间隔抽水的方式进行洗井，即先以最大涌水量抽水至水清砂净后，停止洗井不少于4h；再次洗井直至水清砂净，水位、水温稳定。
（2）回灌水源多级过滤处理。预处理控制回灌水中悬浮物含量和粒径大小，是防止回灌井堵塞的重要手段。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，可采用多级除砂、过滤的方式，使过滤精度达到储层主要孔隙通道的1/2～1/3，从而去除大部分粒径较大的悬浮颗粒。
（3）定期检查回灌系统密封效果。如发现漏气，则须及时处理。采用泵管回灌的方式进行回灌，泵管下入动水位以下5 m。
（4）定期检测回灌水源和回扬水的水质。尤其应检测悬浮物含量、铁离子含量、溶解氧含量的变化，若含量增大，应在分析原因的基础上，采取措施降低含量，从而降低堵塞发生的概率。
（5）做好回灌监测。回灌过程中密切关注回灌量、回扬时回灌量、回灌井水位的动态变化，根据回灌堵塞的判别方式判别是否发生堵塞，若发生堵塞，须立即停灌，深入分析堵塞原因，针对具体情况及时采取有效措施处理，防止堵塞问题越来越严重。
（6）坚持定时回扬。每次回扬必须做到水清砂净，恢复至回灌前的单位涌水量。
7.回灌堵塞处理措施
回灌中悬浮细小颗粒（物理）及化学反应、气体等是产生堵塞的主要原因。根据回灌堵塞类型和原因，在回灌过程中出现回灌井堵塞后，可采用回扬、化学处理和灭菌等方法处理堵塞。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，频繁地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，一定要对发生堵塞的原因进行充分的分析，制定合理的处理措施。
（1）回扬
回扬是处理回灌堵塞最常用的措施。对于回灌管路的堵塞，可用连续反冲洗方法处理；对于回灌井本身产生的堵塞，可用连续、间歇与回灌回扬相结合的方法处理。
连续回扬：对于轻度堵塞的回灌井，可用连续回扬的处理方法，即用最大涌水量连续抽水的方式进行回扬，中途不停，直至水清砂净。
间隔回扬：对于堵塞程度较严重、连续回扬不能疏通储层的回灌井，可用间隔回扬的处理方法，即用最大涌水量抽水的方式回扬至水清砂净，停抽不少于4h后，再次回扬至水清砂净，如此循环，直至回灌储层疏通。
回灌回扬：对于堵塞程度严重、间隔回扬不能疏通的回灌井，可采用回灌回扬的处理方法，即先用最大涌水量抽水的方式回扬至水清砂净后，再以不溢出井口的水量进行回灌，回灌时间不少于8h，然后再次回扬至水清砂净。如此循环反复，直至回灌储层疏通。
在回扬过程中每30min测定回扬水量、水位、水温等动态数据及回扬水的颜色、浊度情况，至水清砂净，水位、水温无明显变化，基本恢复到成井时或回灌开始前的单位涌水量，结束回扬。
（2）化学处理方法
化学处理方法包括加酸、消毒及加入氧化剂等，以改变回灌水质。
如果堵塞沉淀物是CaCO3或Fe（OH）3，已与砂胶合成Ca质或Fe质结垢，在井壁管路上已形成坚硬的水垢时，一般可用HCl（质量分数为10%，加酸洗抗蚀剂）使之生成溶解性的CaCl2或FeCl3来处理。但在用HCl处理之前，必须掌握井管口径、深度、材料、静动水位等资料，依具体情况制定安全有效的处理方案，以不造成回灌水二次污染为前提。
（3）灭菌法
铁细菌堵塞的防治措施，一般为在水中加药（漂白精）杀菌，或提高pH（加石灰），使之变为碱性水，以抑制铁细菌的生长。通常在冬灌期，定时、定量加漂白精，与水一起灌入井内，能有效地杀死铁细菌。
其他微生物通常以生物膜的方式出现，肉眼很难观测到其单体粒径，同时它们还具有极易聚集的特性。常规水处理灭菌的方法是向水中加入消毒杀菌的药剂或超滤过滤去除微生物。前者在回灌过程中适用性差，如过量加入消毒杀菌的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；后者一般采用超滤膜（1～5μm）过滤，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微生物堵塞的发生。
