重庆碳酸盐岩钻井地热水热储温度与结垢研究

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碳酸盐岩地热水已成为新能源研究的重要对象,重庆地热水作为碳酸盐岩地热水的典型代表,地热水资源丰富,为未来地热资源重点开发利用的目标。但目前已出现一定程度的结垢,成为影响地热水正常安全地运行和开发利用的制约因素。热储温度是影响地热水水化学成分及其含量的关键因素,继而影响地热水结垢。因此,对碳酸盐岩地热水的地球化学特征、热储温度和结垢等基础性研究对于地热水的可持续高效开发利用至关重要。本文基于对重庆主城区36口钻井地热水物理水化学特征的分析,通过对比分析石英、玉髓和阳离子等地热温标,确定适用的地球化学温标并计算出热储温度和循环深度;采用朗格利尔指数、雷兹诺指数、石膏和无定形SiO2饱和指数等对结垢趋势进行计算和判定,并通过矿物饱和指数判断其主要的结垢矿物。同时,以统景地热水为典型案例,分析重庆碳酸盐岩地热水结垢对金属管道和锅炉造成的影响和原因,并以此为依据,探讨阻垢除垢的建议,为重庆整个地区的地热水开发利用提供科学依据。结果表明:重庆钻井地热水的水化学基本一致,水化学类型为Ca·Mg-SO4或Ca-SO4型;温度为32.557℃,属低温地热水;p H值为7.38.4,呈弱碱性;围岩中石膏的溶解成为控制地热水水化学的主导过程,导致高浓度的Ca2+、Mg2+和低浓度的HCO3-。利用二氧化硅、玉髓和阳离子等地热温标计算出来的热储温度相差较大,分析得出适合选用无蒸汽损失石英和修正的SiO2地热温标,热储的平均温度64.993.4℃,循环深度为1579-2520m。应用LSI、RI、R·S石膏和R·SiO2等指数判断出重庆大部分地热水有轻微或严重的结垢性,主要为碳酸钙垢和硫酸钙垢。实际上重庆大部分地热水有轻微的碳酸钙结垢物,与利用RI2判断的结果较为一致。通过SI和研究区岩性判断出引起结垢的主要矿物为方解石。统景地热水水化学类型为Ca·Mg-SO4或Ca-SO4,其TDS、Ca2+、Mg2+、SO42-和微量元素的含量高于非地热水,主要是由于受水温和循环路径的影响。Schoeller图表明浅层冷水混入深部地热水中,钻井地热水中冷水的混入比例由于受周围水泥护壁的影响而比天然温泉低。地热水和非地热水均来源于大气降水,利用氘氧同位素算出来的地热水的补给高程分别为12001800m、10001400m。利用指数判断出统景地热水存在轻微或中等的结垢趋势,与实际结垢情况存在差异。统景地热水出口无明显的结垢现象,但温泉、冷泉池壁上出现的白色沉积物,主要为碳酸盐岩矿物;地热水出口有黑色产物流出,经EDS和XRD分析主要为含铁的化合物,可能为腐蚀产物。锅炉结垢总量为2440.52985.5 mg/l,腐蚀系数为2.34.6 mg/l,属于结垢物很多和腐蚀性较强的地热水。统景地热水管道和锅炉结垢主要受水动力条件和水化学成分等的影响;其轻微的腐蚀性主要受F-、Cl-与SO42-等离子、硫酸盐还原菌和铁细菌和H2S气体等因素共同作用的影响。应定期监测不同地点和时间段的地热水的水动力条件和结垢组分,并采用机械措施进行阻垢除垢。
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