地熱井監測系統是對地熱井采水和回灌進行流量、溫度、水位(壓力)等參數的實時監測,并對地熱站現場環境進行實時視頻監控的系統。通常由總控中心信息平臺、地熱自動化監測設備和通信網絡構成。總控中心信息平臺負責接收、存儲、處理和分析監測數據,地熱自動化監測設備則負責在地熱井現場和取水井、回灌井等位置安裝監測裝置,通過無線傳輸設備將數據實時傳輸至總控中心。
一、地熱資源勘探與開發
資源評估與選址:通過監測地熱井的溫度、壓力、流量等參數,結合地質勘探數據,評估地熱資源的儲量、溫度梯度及分布特征,為地熱田開發規劃提供科學依據。例如,在冰島、新西蘭等國家,監測系統幫助確定高溫地熱田的邊界,優化鉆井位置。
開發過程監控:在鉆井階段,監測系統實時跟蹤鉆井液循環、井底壓力等參數,預防井噴、井漏等事故;在完井階段,通過監測井下溫度場、壓力場變化,評估地熱儲層的滲透性及連通性,指導后續開發方案調整。
二、地熱能高效利用
供暖/制冷系統優化:在地熱供暖項目中,監測系統實時監控供熱管網的壓力、流量及溫度分布,結合用戶端需求數據,動態調整供熱參數,避免“近端過熱、遠端不足”問題,提高能源利用效率。例如,中國雄安新區地熱供暖項目通過監測系統實現供熱能耗降低15%。
發電系統運行管理:對于地熱發電站,監測系統跟蹤蒸汽井的產量、溫度及壓力波動,結合汽輪機效率數據,優化發電負荷分配,延長設備使用壽命。例如,美國蓋瑟爾斯地熱田通過監測系統實現發電效率提升8%。
三、環境保護與生態修復
水質監測與污染防控:監測地熱流體中的化學成分(如硫化物、重金屬離子)及微生物指標,評估地熱開發對地下水環境的潛在影響。若監測到異常數據,可及時采取措施防止污染物擴散,保護地下水資源。
尾水回灌管理:通過監測回灌井的壓力、流量及回灌水溫度,確保尾水完q回灌至地熱儲層,避免地表排放引發的熱污染或化學污染。例如,德國下哈興地熱田通過監測系統實現尾水回灌率達95%以上。
四、地質災害預警與安全保障
井筒完整性監測:實時監測井壁應力、井口位移及套管變形情況,預警井筒坍塌、套管破裂等事故。例如,在地震活躍區,監測系統可捕捉地殼微動對井筒的影響,為防災減災提供數據支持。
儲層壓力管理:通過監測地熱儲層的壓力變化,防止因過度開采導致壓力驟降引發的地面沉降或誘發地震。例如,瑞士巴塞爾地熱項目因監測到儲層壓力異常下降而及時調整開采方案,避免了地質災害發生。
五、科研與教學支持
地熱學研究:監測系統提供的高精度、長周期數據為地熱儲層模擬、熱對流機制研究等提供實證基礎,推動地熱學科發展。
實踐教學平臺:高校及培訓機構可利用監測系統開展地熱工程實踐教學,培養學生實際操作能力及數據分析能力。
六、城市規劃與區域能源管理
城市地熱資源規劃:結合城市地質條件及能源需求,監測系統可評估不同區域的地熱開發潛力,為城市供暖、制冷及發電布局提供優化方案。
區域能源互聯網建設:在多能互補能源系統中,監測系統可整合地熱、太陽能、風能等數據,實現能源供需動態平衡,提升區域能源系統韌性。
