PDF《重庆主城区钻井地热水结垢及腐蚀趋势研究》

第3 9卷第1 0期西南大学学报(自然科学版)

2 0

1 7年1 0月Vol.

39No.10JournalofS o u t h w e s tU n i v e r s i t y( N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n ) O c t .

2 0

1 7 D O I :

1 0 .

1 3

7 1

8 / j . c n k i . x d z k .

2 0

1 7 .

1 0 .

0 1

4 重庆主城区钻井地热水结垢及腐蚀趋势研究 ① 余琴1,

2 , 杨平恒1,

2 , 程群3 , 张媚1,

2 , 谢正兰1,

2 1 . 西南大学 地理科学学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆

4 0

0 7

1 5;

2 . 国土资源部 岩溶生态环境 重庆南川野外基地,重庆

4 0

8 4

3 5;

3 . 重庆市地质矿产勘查开发局 南江水文地质工程地质队,重庆

4 0

1 1

2 1 摘要:地热水对金属管道的结垢与腐蚀是其开发利用中常见的技术和环境问题. 该文对重庆主城区3 6口钻井地热 水物理水化学特征进行分析,采用指数法判定地热水结垢腐蚀趋势和主要的结垢物,提出阻垢防腐建议. 结果表 明:理论上大部分钻井地热水有轻微或严重的碳酸钙垢和硫酸钙垢,无硅酸钙垢形成,引起结垢的矿物主要为方解 石等碳酸盐岩矿物;

大部分钻井地热水对金属设备无腐蚀性. 而实际上,重庆大部分钻井地热水有轻微的碳酸钙结 垢现象,金属管道有轻微腐蚀,与指数判断结果并不完全相符. 建议采用流体预处理、阻垢涂层的应用与开发等除 垢方法,选择耐腐蚀的材质、修饰涂层、改变工艺流程等防腐方法. 关键词:结垢;

腐蚀;

钻井地热水;

重庆 中图分类号:P

6 4

1 文献标志码:A 文章编号:1

6 7

3 9

8 6

8 (

2 0

1 7 )

1 0

0 0

9 5

0 7 结垢与腐蚀是地热水开发利用中普遍存在的技术和环境问题[ 1-3] ,研究和分析温泉水的结垢腐蚀趋 势,对温泉水的开发利用具有理论意义和应用价值. 前人对地热水的结垢和腐蚀问题进行了大量的研究, 提出了相应的理论和评价方法. 如雷兹诺( R y z n e r ) 指数[ 4-5 ] 、拉申( L a r s o n ) 指数[ 6-7 ] 、朗格利尔( L a n g l i e r ) 指数[ 4, 8] 、凯迪克( K i d d i c k ) 指数[ 9] 等主要预测指数,但每一种指数适用范围不同. A r n ó r s s o n 等[

1 0] 编制了 WAT CH 水化学的处理程序,对地热水的结垢及沉淀趋势作了预测[

1 0] ,为选择适合与地热流体接触的设 备和地热能的高效经济利用提供了重要方法. 据初步调查,重庆已开发的地热钻井中部分热水管道有结垢物,堵塞管道,必须定期对地热设备系 统进行除垢才能正常运行;

管段内壁也会有腐蚀物产生[

1 1] . 防垢与防腐已成为重庆地热水利用过程中必 须解决的问题. 目前,对重庆市地热水结垢和腐蚀性趋势的研究较少,这将难以保证设备连续高效低成 本地运行. 本文以重庆钻井地热水为研究对象,通过分析其基本物理水化学特征,运用朗格利尔指数、雷兹诺指 数、石膏和无定形S i O

2 饱和指数等分析其结垢腐蚀趋势,并通过矿物饱和指数判断其主要的结垢矿物,以 期为防腐或防垢提供理论依据.

1 研究区概况 重庆主城区包括渝中区、江北区、九龙坡区、南岸区等9个区,面积约为54

7 3k m

2 [

1 2 ] . 研究区位于背斜向 ① 收稿日期:2

0 1

6 0

8 3

1 基金项目:国家自 然科学基金(41103068) ;

重庆市院士专项(CSTC2013JCYJYS20001) ;

2 0

1 4 年度重庆市国土房管科技计划项目(CQGTKJ2014056) ;

中央高校基本科研业务费专项( X D J K

2 0

1 4 A

0 1 6, X D J K

2 0

1 5 D

0 2 2) . 作者简介:余琴(

1 9

9 0 ) ,女,四川遂宁人,硕士研究生,主要从事岩溶水文地质研究. 通信作者:杨平恒,副教授,硕士研究生导师. 斜相间分布的平行岭谷区,背斜成山,向斜成谷. 总体上呈 一山二槽三岭 或 一山一槽二岭 的地貌景观[

1 2 ] . 主城区由西向东有温塘峡、观音 峡、铜锣峡、南温泉、桃子荡等5个背斜. 温塘峡背斜为长条线形斜歪背斜,构造轴线呈 S 形. 观音峡背斜轴 线呈NN E - N S向展布,背斜岩层倾角东缓西陡,钻井地热水主要分布于两翼. 铜锣峡背斜南倾末端与南温泉背斜呈斜鞍相接,为典型的 箱状构造 ,岩层东陡西缓. 南温泉背斜轴线呈 NN E - S SW 向和向西弯突 的弧形展布,东翼缓西翼陡,地热水资源较丰富. 桃子荡背斜轴线呈向西微凸的弧形构造,该背斜 钻井地热水分布集中,基本位于背斜近轴部,主 要位于东温泉镇. 研究区热储构造主要由热储层、热储盖层、热储下部隔水层2个部分组成[

1 2 ] . 热储层主要为下三叠统 嘉陵江组2段( T1 j

2 ) ,其次为下三叠统嘉陵江组3段( T1 j

3 ) 、 4段( T1 j

4 ) 、三叠系中统雷口坡组( T2 l) 、下 三叠统嘉陵江组一段( T1 j

1 ) . 嘉陵江组( T1 j) 灰岩、白云岩、膏盐角砾岩,雷口坡组( T2 l) 白云质灰岩和底 部翠绿色水云母粘土岩,该两组可溶性碳酸盐岩岩溶管道、溶蚀裂隙发育是本区良好的热储层. 热储盖层 由上三叠统须家河组( T3x j) 碎屑岩层及侏罗系( J) 红色砂、泥岩地层组成[

1 1] . 热储下部隔水层主要由下三 叠统飞仙关组( T1 f) 碎屑岩夹碳酸盐岩地层组成,其岩性为泥岩、泥质灰岩.

2 研究方法

2 .

1 结垢和腐蚀趋势评价方法 运用郎格利尔饱和指数( L S I ) [

8 ] 、雷兹诺( R y z n e r ) 指数( R I ) [ 4-5] 、石膏( C a S O 4・2 H2O) 相对饱和指数 ( R・S石膏) [ 4-5,

1 3] 、无定形 S i O

2 相对饱和度( R・S S i O

2 ) [

1 3 ] . 本文中用 X, Y, Z, M 分别代表利用 L S I , R I , R ・S石膏 , R・S S i O

2 等指数计算出来的值.

2 .

2 矿物饱和指数法( S I ) S I可以用来计 算深部热储某矿物与水的反应程度[

1 4-1 6] . 本文利用水化学软件Aquachem5.1中的phreeqc模块计算S I .

3 分析与讨论 图1 重庆主城区钻井地热水 P i p e r图3.1钻井地热水物理化学特征 图1为研究 区钻井地热水的水化学三线图. 从图1中可以看出,除了龙井温泉和海兰云天的水 化 学分别 为HC O 3―C a ・ M g和Ca―HC O

3 ・S O

4 外, 其他所 有钻井地热水水化学类型为SO4―C a・ M g 或SO4―C a型. 钻井地热水物 理化学指标为评价腐蚀结垢趋势 的重要参数. 大部分地热水的温度属中低温弱碱性地热 水[

1 1] . 由于热储层中硬石膏和石膏 的溶滤作用[

1 5] ,钻井地热水中 C a 2+ , M g 2+ , S O 2-

4 较高;

受同 离子抑制效应[

1 5-1 6] 的影响,HC O-

3 较低. 大部分钻 井地热水Cl-也较低. 其中,C a 2+ , M g 2+ , HC O-

3 为主 要的结垢性化学组分;

C l - , S O 2-

4 为主要的腐蚀性化学组分[

1 3] ,因此研究区地热水存在结 垢或腐蚀的可能.

3 .

2 结垢趋势分析 本文根据有关规范和地热利用经验[ 1] ,对研究区地热流体的碳酸钙、硫酸钙和硅酸盐垢进行评价. 表1为研究区钻井地热水结垢及腐蚀性趋势评价结果.

2 西南大学学报( 自然科学版) h t t p : / / x b b j b . s w u . e d u . c n 第3 9卷表1 重庆钻井地热水结垢和腐蚀趋势 取样点 C l - / % 温度 碳酸钙垢和腐蚀 K c Y1 结垢趋势 K e Y2 结垢趋势 pH s X 结垢趋势 硫酸钙结垢 l g K石膏 Z 结垢趋势 硅酸盐垢 T M 结垢趋势 步云山庄

0 .

4 9

0 .

5 2

5 .

5 结垢中等

2 .6

6 .

7 结垢轻微

6 .8

0 .

7 轻微结垢

5 .

6 1 .1 可能结垢

3 0

5 .7

0 .

1 无硅酸垢 颐尚温泉

0 .

3 1

0 4 .

0 1 .9

4 .

8 结垢严重

2 .6

6 .

3 结垢轻微

6 .6

1 .

1 严重结垢

5 .

7 2 .6 可能结垢

3 1

3 .2

0 .

1 无硅酸垢 梨树湾温泉

0 .

8 1

3 4 .

6 1 .6

4 .

5 结垢严重

2 .5

6 .

4 结垢轻微

6 .2

1 严重结垢

5 .

7 2 .5 可能结垢

3 3

0 .2

0 .

1 无硅酸垢 天赐温泉

0 .

4 1

2 5 .

6 1 .6

4 .

6 结垢严重

2 .6

6 .

4 结垢轻微

6 .4

1 .

1 严重结垢

5 .

7 2 .4 可能结垢

3 2

5 .2

0 .

1 无硅酸垢 陶家温泉

0 .

3 1

1 8 .

4 1 .7

4 .

4 结垢严重

2 .6

6 .

2 结垢轻微

6 .4

1 .

2 严重结垢

5 .

7 2 .5 可能结垢

3 2

1 .2

0 .

2 无硅酸垢 贝迪温泉

0 .

5 1

2 3 .

8 1 .7

4 .

4 结垢严重

2 .6

6 .

3 结垢轻微

6 .4

1 .

2 严重结垢

5 .

7 2 .6 可能结垢

3 2

4 .2

0 .

2 无硅酸垢 华岩温泉

0 .

6 1

2 2 .

0 1 .7

4 .

5 结垢严重

2 .6

6 .

3 结垢轻微

6 .5

1 .

2 严重结垢

5 .

7 2 .5 可能结垢

3 2

3 .2

0 .

1 无硅酸垢 小南海温泉

0 .

6 1

3 1

1 .6

4 .

5 结垢严重

2 .5

6 .

4 结垢轻微

6 .4

1 .

1 严重结垢

5 .

7 2 .1 可能结垢

3 2

8 .2

0 .

2 无硅酸垢 中安翡翠湖

0 .

2 1

2 5 .

6 1 .6

4 .

5 结垢严重

2 .6

6 .

4 结垢轻微

6 .4

1 .

1 严重结垢

5 .

7 2 .3 可能结垢

3 2

5 .2

0 .

2 无硅酸垢 龙门桥2#

2 .

2 1

2 5 .

6 1 .6

4 .

7 结垢严重

2 .6

6 .

6 结垢轻微

6 .4

1 .

1 严重结垢

5 .

6 1 .1 可能结垢

3 2

5 .2

0 .

1 无硅酸垢 龙景温泉

1 .

2 7

6 .

1 2 .2

6 .

2 结垢轻微

2 .6

7 .

0 轻微腐蚀

7 .2

0 .

9 轻微结垢 - - 可能结垢

2 9

7 .7

0 .

3 无硅酸垢 统景1号1.9118.41.7

4 .

4 结垢严重

2 .6

6 .

2 结垢轻微

6 .5

1 .

3 严重结垢

5 .

6 2 .0 可能结垢

3 2

1 .2

0 .

2 无硅酸垢 统景2号2.0127.41.6

3 .

9 结垢严重

2 .6

5 .

8 结垢中等

6 .4

1 .

8 严重结垢

5 .

6 2 .1 可能结垢

3 2

6 .2

0 .

2 无硅酸垢 统景3号1.7118.41.7

4 .

6 结垢严重

2 .6

6 .

4 结垢轻微

6 .4

1 .

2 严重结垢

5 .

6 1 .4 可能结垢

3 2

1 .2

0 .

1 无硅酸垢 迁移井

2 .

3 1

2 0 .

2 1 .7

4 .

3 结垢严重

2 .6

6 .

2 结垢轻微

6 .4

1 .

4 严重结垢

5 .

6 1 .7 可能结垢

3 2

2 .2

0 .

2 无硅酸垢 铜锣峡温泉

2 .

8 1

0 5 .

8 1 .8

5 .

0 结垢严重

2 .6

6 .

5 结垢轻微

6 .6

0 .

8 轻微结垢

5 .

7 2 .5 可能结垢

3 1

4 .2

0 .

2 无硅酸垢 望江温泉

3 .

1 1

0 5 .

8 1 .8

5 .

1 结垢中等

2 .6

6 .

6 结垢轻微

6 .5

0 .

7 轻微结垢

5 .

7 2 .0 可能结垢

3 1

4 .2

0 .

2 无硅酸垢 南山温泉

2 .

9 1

0 0 .

4 1 .9

4 .

2 结垢严重

2 .6

5 .

6 结垢中等

6 .7

1 .

7 严重结垢

5 .

7 2 .5 可能结垢

3 1

1 .2

0 .

2 无硅酸垢 澄江温泉

1 .

1 9

5 .

0 2 .0

5 .

0 结垢严重

2 .6

6 .

3 结垢轻微

6 .7

1 严重结垢

5 .

6 1 .6 可能结垢

3 0

8 .2

0 .

1 无硅酸垢 青木关温泉

0 .

3 9

8 .

6 1 .9

5 .

2 结垢中等

2 .6

6 .

6 结垢轻微

6 .6

0 .

9 轻微结垢

5 .

5 1 .1 可能结........