一、等量持续回灌技术成长过程

 为了解决自吸泵真空负压取水封闭式加压回灌回灌井气堵难题，1993年发明了不怕井水氧化物微生物堵塞的大排量单向自动排气阀，简称小型气水分离器。为了解决潜水泵大流量取水回灌地下含水层气堵难题，发明了针对取水井里动水位以上空间抽吸真空，帮助井水里面水溶性气体解脱出来的带恒温冷却水箱的真空负压机组。为了把井水里面解压出来的气泡分离出来，同时把井水里面细小泥砂严格过滤出来，发明了带气水分离器和带正反漏斗过滤器的上供下回式一机三用气水分离除砂器。为了保证井水等量轻松回灌发明了真空负压取水多点加压回灌设计施工方法。2018年申报发明专利《一种地源热泵封闭式等量取水还水系统》，2020年6月26日获得国家知识产权局授权，专利号ZL201810526254.5。2021年申报发明专利《地热站等量持续回灌系统设计施工方法》，专利号ZL202110923705.0，2024年12月13日获得国家知识产权局授权。

二、等量取水回灌系统原理构成

1、浅层多点加压回灌系统原理图

2、中深层等量持续回灌系统原理

三、等量持续回灌系统原理介绍

1、地下含水层气堵原因：

 地下水长期高温高压封闭在地下，导致地下水里面含有各种气体,因为地质条件不同，打井深度不同，取水温度不同，井水里面气体含量有多有少，有的地方气体含量高达40～50%，有的地方气体含量只有1～5%。水的体积不变，气体可以压缩，气体在100米深处至少承受10个大气压，气体体积被压缩到1/10以内。在2000米深处至少承受200个大气压，气体体积被压缩到1/200以内，随着地下水进入取水井内，在上升过程中随着水的压强降低，不溶解于水的气体首先解压出来变成气泡上浮，一部分溶解于水的气体经过潜水泵剧烈搅动和管路中快速流动，也能解压出来变成气泡上浮，大量易溶解于水的气体经过潜水泵剧烈搅动和管路中快速流动，只能形成微小气泡随着水流回灌地下，在地下含水层里面流速慢了以后，就会聚集在含水层渗透流道里面造成气堵。

2、回灌技术现状：

 传统技术采用开口井取水回灌只能自然排气，不能强制井水解压脱气，代表世界先进水平的中外合资企业采用气液分离罐在线自然排气，只能分离不溶解于水的气体和一部分溶解于水的气体形成的较大气泡，大量易溶解于水的气体经过潜水泵剧烈搅动和管路中快速流动只能形成微小气泡，不能通过气液分离罐分离出来，微小气泡随着井水回灌地下，在地下含水层里面流速慢了以后就会堵塞在含水层渗透流道里面，导致回灌量不断衰减，必须经常回扬洗井消除气堵。只要回灌水里面气体含量达到1%，回灌100立方井水就有1立方气体随着井水回灌地下，就能产生100万个1mm较大气泡，或者产生2000亿个5um微小气泡，每小时都要堵塞几百万个甚至几千亿个渗透流道，所以气体堵塞地下含水层速度很快，在水溶性气体多的地方回灌1～2天就要回扬洗井消除气堵，由此可见井水不能持续回灌主要是气体堵塞造成的。气堵速度是砂堵垢堵速度成千上万倍。泥砂堵塞和氧化物微生物堵塞速度较慢，却是致命的，因为回扬洗井难以消除泥砂堵塞，更加难以消除粘稠氧化物微生物垢堵。

3、真空负压机组作用

 采用带恒温冷却水箱的真空负压机组针对取水井里动水位以上连续不断抽真空，极限真空度可以抽到-0.09MPa，因为井水里面不断有气体解压出来，实际真空度抽到-0.05MPa左右比较经济。针对取水井里动水位以上抽真空帮助取水井里井水里面水溶性气体解脱出来。不溶解于水的气体随着井水上升水的压强降低首先解压出来变成气泡，一部分溶解于水的气体经过潜水泵剧烈搅动和管路中快速流动也能解压出来变成气泡，大量易溶解于水的气体必须采用真空负压机组针对取水井里抽真空才能解压出来变成气泡，真空负压机组是强制井水解压脱气的关键设备。

4、气水分离除砂器作用

 传统旋流除砂器没有气水分离能力，为了防止罐体上部积气造成气堵，只能让解压出来的气泡随着水流从顶部带走，只能下进顶出设计。罐体内部井水向上旋流，只有较大颗粒泥砂能够依靠自身重力突破向上旋流的水流升力向下沉淀，细小泥砂都被水流带走了，除砂效率很低。为了把井水里面细小泥砂分离出来，同时把井水里面气泡分离出来，我们在旋流除砂器顶部安装了帽子形气水分离器，能将解压出来的气泡及时收集分离出来，所以能够上进下出设计。利用旋流除砂器巨大桶体变成巨大的气水分离器，井水向下旋流引导细小泥砂向下旋流沉淀，除砂效率高。为了保证出水里面绝对没有泥砂，又在旋流除砂器里面增加了具有自冲洗功能不会积饼的正反漏斗过滤器，过滤精度50um，是等量取水回灌系统高效除气除砂关键设备。为了方便快速更换正反漏斗过滤器，又在顶盖下面设有快速拆卸法兰和平稳轻松提升顶盖的旋转机。

5、小型气水分离器作用

 小型气水分离器是一种只排气不排水，只排气不进气，不怕井水氧化物微生物堵塞排气口的大排量单向自动排气阀，解决了一般自动排气阀排气孔太小，排气量很小，容易被井水氧化物微生物堵塞不能用于取水回灌井水管路系统自动排气的难题。在回灌井顶部和管路设备最高点安装小型气水分离器自动排气，能够有效防止回灌井井口和管路设备里面发生气堵，是实行封闭式加压回灌不让地下含水层发生气堵的关键设备。防止把初始供水管路设备里面大量空气和正常运行过程中残余气体回灌地下发挥重要作用。采用小型气水分离器安装在封闭式加压回灌井井口和回水管最高点自动排气，不让封闭式加压回灌井井口发生气阻。在所有桶体设备顶部安装小型气水分离器自动排气，让所有桶体设备都具有解压脱气和自动排气功能。保证管路设备里面不会发生气阻，大幅度降低取水回灌系统阻力，大幅度降低水泵扬程功耗。小型气水分离器在二十几年大量使用过程中经过不断改进已经成为成熟产品。

6、防止机房管路系统氧化物积垢

 在潜水泵出水管路上安装单向阀，防止潜水泵停机以后井水倒流，在封闭式加压回灌井井口回水管上安装梆定潜水泵同步运行的电动阀，防止潜水泵停机以后地热站水系统里面井水流空吸入空气，保证管路设备里面始终满水，不让管路设备里面井水发生氧化反应，不让管路设备里面产生氧化粘泥生物粘泥水垢，也能有效防止管路设备腐蚀。这种设计施工方式要比欧州人在潜水泵停机以后向取水回灌系统充入氮气的办法简单有效。

7、防止回灌井氧化物微生物垢堵

 采用一整套强制井水解压脱气高效除气除砂过滤设备形成全封闭取水回灌系统，保证取水回灌全过程只能出气不能进气，不让井水接触外面空气，不让井水发生氧化反应，严格防止回灌井和地下含水层发生气堵、砂堵和氧化物微生物垢堵，也能有效防止回灌井发生钙镁离子结晶堵塞。

8、智能操作管理取水回灌系统

 采用系统控制器智能操作管理取水回灌系统所有风机、冷却水循环泵、真空泵、潜水泵、加压泵、回水管电动阀开机停机顺序，确保整个系统安全稳定运行无人值守。

9、在浅层细砂含水层里面等量持续回灌

 在浅层细砂含水层里面回灌阻力大，必须要将回灌井渗水面积增加到取水井渗水面积4-5倍才能等量回灌。我们采用很多小管回灌井多点加压注灌，一个小管回灌井打井费用只有一个取水井1/5，1抽10灌打井费用不高于传统开口井1抽2灌，能在不增加打井费用前提下保证井水等量轻松回灌。因为每个小管回灌井回灌量很小，多点加压回灌比较容易，便于取水井与回灌井远距离布置，回灌水从很多小管回灌井向取水井远距离立体对流，能把地下含水层对流热交换的储能体积做得很大，所以能够保证取水温度长久稳定，能够保证地源热泵机组长久高效稳定运行。

10、在中深层砂岩热储里面等量持续回灌

 中深层地热井打得深，打井费用高，成本决定不可能在地面上打很多回灌井参与回灌，可以利用中深层回灌井打得深，从上到下跨度大有利条件，允分利用目标回灌层上方含水层参与回灌，努力增加回灌水渗流面积降低回灌阻力增加回灌量。在上方含水层不允许回灌的地方，可在目标回灌层里面打分支井参与回灌，在砂岩固化条件好的地方，打100米长的水平分支井就能抵到一个完整竖井回灌量，因为水平分支井打在目标回灌层里面都是有效渗水面积。如果砂岩固化条件不好，就在目标回灌层里面多打几个短一点的斜井，努力增加回灌井渗水面积降低回灌阻力增加回灌量。先在上面打分支井，渗水面积不够再在下面再打分支井，只要能让回灌井渗水面积达到取水井渗水面积应有倍数就能等量轻松回灌，公用一个竖井一抽一灌可以节省大量打井费用。

四、等量持续回灌才能低成本高效率开发地热能

 现有技术不能解决浅层和中深层地热开发井水等量持续回灌难题，只取不灌和取多回少就会导致地下水位不断下降，为了保护地下水资源，国家2021年开始征收地热资源税，能够回灌的井水每立方只收0.10-1.0元，不能回灌的井水每立方要收10-30元，各地政府根据当地实际情况制定了回灌率最低标准，回灌率低于最低标准不发地热能开发许可证，不许运行，已经关闭了很多地热井。政府利用水费价格逼迫地热能开发企业提高回灌率，能不能保证井水等量持续回灌成为地热能开发企业生死存亡关键。

  地热能开发主要有取水回灌和垂直埋管两种方式，取水回灌打井费用低，直接取热效率高，但是存在井水难以等量持续回灌难题。后者利用地下岩土导热系数提取地下岩土中的热量，具有不抽地下水和到处可以施工优点，但是因为受到岩土导热系数限制，每天24小时只能提取有限热量。一口2000米深的垂直埋管换热井每小时只能提取300kW热量，同样取热量前提下打井费用是取水回灌几倍到十几倍，井打得越深差距越大。本公司发明的等量持续回灌技术，是低成本高效率大规模可持续开发利用地热能的核心关键技术，为了帮助大家解决浅层和中深层地热开发井水回灌难题，专门成立南通长江春风技术服务有限公司，提供等量持续回灌设备和工程设计施工技术支持。

 地热能开发工程设计施工专业性很强，一般都是委托地质勘探设计院做地下工程设计，委托暖通空调设计院做地上工程设计，建议地热能开发公司把这张网页内容发给设计院，采用等量持续回灌新术才能低成本高效率大规模可持续开发利用地热能。

作者：南通长江春风技术服务有限公司总经理高级工程师 丁祥 13706274213（微信）