地热回灌系统水结垢预测

田 涛，陈玉林，姚 杰

(1.西北大学地质系，陕西 西安 710069;2.新疆塔里木油田库车勘探开发项目经理部 新疆 库尔勒 841000)

西安市是中国较早开发利用地热能源的城市之一。目前，西安己有热水井200多眼，年开采热水量超过700万m3，并且以5～10眼/年的速度增加。地热能消耗量如此之大，以致地下水水位逐年大幅下降。为了减缓水位下降快、能源浪费大，西安市水务局积极开展回灌工作，并建成若干地热水回灌试点，例如，陕西宾馆、雅荷春天小区、春晓苑小区和西安工程技术学院等。由于西安市热储层为孔隙型热储层，回灌过程中化学沉淀堵塞现象的发生成为制约回灌量的主要因素之一。为了解决因化学结垢堵塞而引起的回灌量衰减问题，就必须针对回灌水源与地热水进行结垢预测，根据软件预测结果对回灌水源进行必要的预处理再回灌，从而提高回灌效率。

1 结垢预测理论基础

结垢预测软件中所使用的判断矿物溶解或沉淀的可能性的标准为水中某矿物的实际状态和平衡状态的吉布斯自由能之差ΔGdiff(等于化学亲合力)及饱和指数(SI):SI=㏑(Q/K)

其中R是气体常数，T是开氏温度，Q是离子活度积，K是特定温度压力条件下的平衡常数。

在平衡状态，Q=K且ΔGdiff=0，在这种情况，水和矿物达到平衡而不会发生溶解或沉淀。SI＜0或ΔGdiff＜0，由于不饱和，矿物不能从水中沉淀出来，如果沉淀中存在这种矿物，该矿物会溶解。SI＞0或ΔGdiff＞0，由于过饱和，矿物不会溶解，但如果满足一定的条件，它反而可能会从水中沉淀出来。……