一、等量持续回灌设备

为了解决井水回灌难题，1992年发明了不怕井水氧化物堵塞、不简断自动排气、只排气不排水、只排气不回气的气水分离器，经过三十年不断改进完善，发明了一整套保证井水长久持续回灌的回灌设备，发明了保证井水等量轻松回灌的工程设计施工方法。与传统取水回灌技术相比能在不增加打井费用前提下保证所取井水等量持续回灌。为了帮助地热开发行业解决井水回灌难题，2018年5月申报发明专利，专利名称《一种地源热泵封闭式等量取水还水系统》，2020年6月获得国家知识产权局授权，专利号：ZL201810526254.5。2021年申报发明专利，专利名称：《地热站等量持续回灌系统设计施工方法》，申请号：202110923705.0。

二、取水回灌系统原理构成

1、浅层多点微量微压回灌系统原理构成图

2、中深层对井抽灌取水回灌系统原理构成图

3、等量持续回灌系统原理介绍

（1）地下水里面含有1～5%气体，其中不溶解于水的游离性气体很少，90%以上都是溶解于水的水溶性气体。水溶性气体已经与水分子之间产生化学键链接，必须采用带恒温冷却水箱的真空负压机组针对取水井内动水位以上空间抽吸真空强制井水解压脱气，才能把井水里面的水溶性气体变成可见气泡，再用带正反漏斗过滤器的气水分离除砂器把井水里面微小气泡分离出来，才能达到防止回灌井和地下含水层气堵目的。在气水分离除除砂器顶部安装有专门设计的帽子形气水分离器，利用巨大桶体变成巨大气水分离器，能把井水缓慢旋流过程中解压出来的气泡收集分离出来。

（2）本发明气水分离除砂器是一种能将井水里面微小气泡和细小泥砂分离出来的和高效除气除砂设备。将传统的下进顶出式旋流除砂器改进为上进下出设计，充分利用水流导向力引导细小泥砂向下旋流沉淀，并在出水口上方下方分别采用正反漏斗过滤器过滤泥砂，保证出水里面没有粒径大于50um泥砂。因为漏斗形过滤器具有自冲洗功能，气水分离除砂器是一种阻力很小，除砂效率很高，又能让井水充分解压脱气的重要设备。为了方便经常更换清洗正反漏斗过滤器的滤布，在顶盖下面设有快速拆卸法兰和顶盖提升旋转机。

（3）采用小型气水分离器安装在封闭式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。小型气水分离器是一种只排气不排水，只排气不进气，不怕井水氧化物垢堵的大排量单向自动排气阀。小型气水分离器可以根据需要做成各种安装型式，在二十几年大量使用过程中经过多次改进已经成为成熟产品。

（4）在潜水泵出水管上安装单向阀，防止潜水泵停机以后井水倒流，在封闭式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和生物粘泥水垢，防止管路设备腐蚀。这种设计施工方式要比潜水泵停机以后向取水回灌系统充入氮气的办法简单可靠。

（5）采用一整套强制井水解压脱气排气设备形成全封闭的取水回灌系统，保证取水回灌全过程只能出气不能进气，不让井水接触外部空气，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氧化物微生物垢堵。

（6）、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。

（7）采用一整套等量持续回灌设备形成全封闭的取水回灌系统，一是为了把井水里面水溶性气体解压分离出来，保证回灌水里面不再含有气体，保证回灌井和地下含水量水层不会发生气堵。二是为了把井水里面细小泥砂向下旋流沉淀，并且经过严格过滤，保证回灌水里面没有细小泥砂堵塞回灌井和地下含水层。三是不让井水接触空气，严防井水发生氧化反应，没有氧化物堵塞回灌井和地下含水层。彻底解决气堵、砂堵、垢堵三大堵塞确保井水长久持续回灌。

（8）浅层井等量取水回灌系统采用采用很多小管回灌井多点加压注灌，因小管回灌井造价低，1抽10灌造价不高于传统开口井1抽2灌，能在不增加打井费用前提下保证所取井水等量轻松回灌。因为每个回灌井回灌量很小，同时因为回灌井渗透面积是取水井渗透面积好几倍，回灌阻力很小，所以回灌比较较容易，便回灌井与取水井之间远距离布置，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换热贮能体做得很大，能够保证取水温度长久稳定，保证地源热泵机组长久高效稳定运行。中深层地热井打得深，打井费用高，不可能打很多回灌井参与回灌，但是可以利用中深层回灌井打得深，从上到下跨度的有利条件，努力增加回灌水渗流面积降低回灌阻力增加回灌量，努力降低回灌井里静水位提高回灌压力增加回灌量，也能做到一抽一灌条件下保证所取井水等量轻松回灌。

（9）采用一整套等量持续回灌设备实行封闭式真空负压取水和多点加压回灌，达到不需要回扬洗井也能长久持续回灌目的以后，取水井永远都是取水，回灌井永远都是回灌，才有条件根据取水井回灌井各自功能专门设计施工取水井回灌井，才能保证所取井水等量轻松回灌。

4、开展地热开发等量取水回灌技术服务必要性

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  现有技术难以解决浅层和中深层地热开发井水回灌难题，只取不灌和取多回少导致地下水位不断下降，为了保护地下水资源，2000年开始征收地热资源税，能够回灌的井水每立方只收0.20-1.0元，不能回灌的井水每立方要收10-30元，并且规定回灌率低于标准不发地热开发许可证，逼迫地热开发企业认真研究解决井水回灌难题。国家鼓励采用同轴套管换热器垂直埋管与地下岩土传热方式利用地热能，是没有解决回灌难题情况下的权宜之计，因为受到岩土传热系数限制，一口2000米深的垂直埋管换热井每小时换热量只有300kW，投资产出比只有打井取水回灌1/10，一般工程用不起，能否解决井水回灌难题成为地热开发企业生死存亡关键。

  多数地热开发企业采用开口井自流取水，采用开口井自流回灌，完全依靠回灌井里装满井水与地下静水位之间形成水位压差才能自流回灌。在地下静水位深的地方水位压差较大回灌比较容易，在地下静水位浅的地方水位压差较小回灌十分困难，靠天吃饭没有主动权。少数代表世界先进水平的中欧合资企业已经认识到井水难以等量持续回灌是气体、泥砂和氧化物微生物堵塞回灌井和地下含水层造成的，已经采用气液分离罐在线排气，已经采用旋流除砂器和过滤器在线除砂，已经采用井盖把取水井回灌井封闭起来取水回灌，防止井水氧化反应。在地下静水位不是很深的砂岩热储里面取水回灌，回灌量只有取水井取水量的1/2-1/3，而且回灌量不断衰减，说明技术措施没有到位。

  中欧合资企业已经开始采用大型气液分离罐在线排气，但是因为罐体顶部没有不怕井水氧化物堵塞的大排气量单向自动排气阀可以使用， 只能采用电动阀和液位开关间断排气，等待罐体上部气体聚集到一定成度，压迫罐体里面水位下降到一定位置液位开关才能动作排气，罐体内部气体压力时高时低，气水分离效果时好时差，只能分离游离性气体，不能把井水里面水溶性气体解压分离出来，依靠高扬程水泵把含有气体的井水回灌地下，与开口井自流回灌相比更加容易造成地下含水层气堵。中欧合资企业用的也是下进顶出式老式旋流除砂器，桶体里的井水向上旋流，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，只能旋流沉淀较大颗粒泥砂，不能沉淀细小泥砂，细小泥砂都被水流带走了，除砂效率很低。依靠后道工序初、中、高效三级过滤器过滤泥砂，增加了过滤工作量和工程造价，增加了过滤阻力和水泵功耗。

  地热开发行业至今没有认识到地下水长期高温高压封存在地下含有1-5%气体，其中分子结构简单的游离性气体很少，90%以上都是分子结构比较复杂的水溶性气体。水溶性气体嵌入在水分子里面，已经与水分子产生化学键链接，地下水在取水井里上升过程中随着压强降低，游离性气体可以解压出来变成可见气泡，大量水溶性气体没有解压出来。至今没有认识到气体堵塞地下含水层是主要矛盾，只知道回灌井回灌量不断衰减，需要经常把取水井回灌井对调抽灌回扬洗井才能回灌。不知道每取100立方井水至少要有1立方气体随着水流回灌地下，1立方气体可以分解为100万个1毫米气泡，也可以分解为2亿个5um微小气泡，每小时堵塞几百万个甚至几亿个渗透流道，没有认识到气体堵塞地下含水层的速度是砂堵、垢堵的几万倍。

  目前做得最好的中欧合资企业虽然已经认识到井水难以等量持续回灌是气体、泥砂和氧化物微生堵塞回灌井和地下含水层渗透流道造成的，但是因为没有可靠技术手段解决，同时因为取水井回灌井需要经常对调抽灌回扬洗井，取水井回灌井只能同样设计施工。取水容易回灌难是取水回灌原理所决定，必须要把回灌井渗流面积达到取水井渗流面积3倍以上才能保证所取井水等量轻松回灌。必须采用本公司发明的一整套高效除气除砂设备实行封闭式真空负压取水和封闭式加压回灌，确保回灌水里面没有气体、泥砂和氧化物微生物堵塞回灌井和地下含水层，达到不需要回扬洗井也能长久持续回灌目的以后，取水井永远都是取水，回灌井永远都是回灌，才有可能专门设计施工回灌井，才有可能努力降低取水井含砂量，才有可能努力增加回灌井渗水面积降低回灌阻力增加回灌量，才有可能努力降低回灌井里静水位增加回灌压力增加回灌量，才有可能一抽一灌条件下保证所取井水等量轻松回灌。

  本公司研究实践井水回灌技术三十几年，积累了丰富理论和实践经验，发明了一整套保证井水等量持续回灌的高效除气除砂设备，发明了保证井水等量轻松回的真空负压取水和多点加压回灌设计施工方法，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。为了帮助大家尽快解决浅层和中深层地热开发井水回灌难题，成立南通长江春风技术服务有限公司，以技术服务方式提供等量持续回灌设备和工程设计施工技术支持，是地热能开发企业迫切需要的。

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）