Insights into the root causes of difficulties in reinjection in sandstone geothermal reservoir and countermeasures

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.7.18

Abstract

Abstract:

Abundant sandstone geothermal reservoirs with large reservoir thickness are widely distributed in China, and they are the main geothermal resource for heating in the country’s northern and western regions. However, sandstone reserviors are difficult to recharge due to the small rechargeable volume, high recharge decay, and difficulty to develop on a large scale. Previous researches mainly focused on the common causes, such as drilling fluid contamination and physical/chemical clogging. Based on comprehensive review of oilfield water injection technology and results from sandstone core experiments and field reinjection tests, combined with analysis and summary of production reinjection data as well as results from sandstone reservoirs in Tianjin, Shandong and Shaanxi, we considered that the root causes of small recharge volume and recharge decay were small pore diameter, highly tortuous pore channel, and high frictional resistance (pressure dissipation) along the seepage channel of reinjection fluids. The countermeasures identified included accurate characterization of sandstone reservoirs, enlargement of reinjection wells, reduction of reinjection flow rate in the near-well area, and inhibition of speed-sensitive hydrological interactions.

Key words: sandstone geothermal reservoirs, reinjection, clogging, Guantao Formation, seepage channel, pressure gradient

CLC Number:

P314
P641

ZHAO Kan, SHEN Jian, CAI Yun, ZHAO Sumin. Insights into the root causes of difficulties in reinjection in sandstone geothermal reservoir and countermeasures[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(6): 196-203.

Figures/Tables 9

Fig.1 1994—2021 water level changes in the main pumping area of geothermal reservoirs of the Guantao Formation in Tianjin

Fig.2 Particle size distribution of suspended solids in a geothermal recharge well in Tianjin before (a) and after (b) filtration

Fig.3 Schematic of along-stream pressure loss and localized pressure loss due to collisions and vortices

Fig.4 Schematic diagram of pressure loss in the advancement of the recinjection plume. a: Cold shrinkage part of reservoir;b: Fluid temperature rising area; Arrows represent the direction of seepage.

Fig.5 Schematic distribution of streamlines and isopiestic lines in the vicinity of the reinjection wellbore

Table 1 Comparison of physical parameters for sandstone geothermal reservoirs between the Neoproterozoic Guantao and Minghuazhen Formations in Tianiin

Fig.6 Failed backfill gravel (a) and nearly rounded quartz sand backfill gravel (b) at a reinjection well

Fig.7 Perforation technology in well building

Table 2 Common hydrogeological sensitivity-producing conditions and inhibition methods

黏土矿物	所含离子	敏感程度	潜在敏感性	产生条件	抑制方法
蒙皂石	Na⁺,Mg²⁺,Ca²⁺, Al³⁺,Fe³⁺,OH^-,Si⁴⁺	大中中小	水敏性速敏性酸敏性碱敏性	淡水系统,较高流速酸化作业化学驱(高温、高碱度)	高盐度流体、防膨剂酸处理酸敏抑制剂抑制剂
伊利石	K⁺,Al³⁺, OH^-,Si⁴⁺	小中大	速敏性堵塞 K₂SIF₆沉淀	高流速淡水系统氢氟酸酸化	低流速高盐度流体、防膨剂酸敏抑制剂
高岭石	Mg²⁺,Al³⁺,Fe³⁺, OH^-,Si⁴⁺	中中大	速敏性 AI(OH)₃沉淀碱敏性	高流速、PH、瞬变压力酸化压裂化学驱	低流速、低瞬变压力酸敏抑制剂抑制剂
绿泥石	K⁺,Na⁺,Mg²⁺, Ca²⁺,Al³⁺,OH^-,Si⁴⁺	大中小	Fe(OH)₃沉淀 MgF₂沉淀速敏性	富氧系统、高PH 氢氟酸酸化高流速、高PH	除氧剂酸敏抑制剂低流速

References 27

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黏土矿物	所含离子	敏感程度	潜在敏感性	产生条件	抑制方法
蒙皂石	Na⁺,Mg²⁺,Ca²⁺, Al³⁺,Fe³⁺,OH^-,Si⁴⁺	大中中小	水敏性速敏性酸敏性碱敏性	淡水系统,较高流速酸化作业化学驱(高温、高碱度)	高盐度流体、防膨剂酸处理酸敏抑制剂抑制剂
伊利石	K⁺,Al³⁺, OH^-,Si⁴⁺	小中大	速敏性堵塞 K₂SIF₆沉淀	高流速淡水系统氢氟酸酸化	低流速高盐度流体、防膨剂酸敏抑制剂
高岭石	Mg²⁺,Al³⁺,Fe³⁺, OH^-,Si⁴⁺	中中大	速敏性 AI(OH)₃沉淀碱敏性	高流速、PH、瞬变压力酸化压裂化学驱	低流速、低瞬变压力酸敏抑制剂抑制剂
绿泥石	K⁺,Na⁺,Mg²⁺, Ca²⁺,Al³⁺,OH^-,Si⁴⁺	大中小	Fe(OH)₃沉淀 MgF₂沉淀速敏性	富氧系统、高PH 氢氟酸酸化高流速、高PH	除氧剂酸敏抑制剂低流速

黏土矿物	所含离子	敏感程度	潜在敏感性	产生条件	抑制方法
蒙皂石	Na⁺,Mg²⁺,Ca²⁺, Al³⁺,Fe³⁺,OH^-,Si⁴⁺	大中中小	水敏性速敏性酸敏性碱敏性	淡水系统,较高流速酸化作业化学驱(高温、高碱度)	高盐度流体、防膨剂酸处理酸敏抑制剂抑制剂
伊利石	K⁺,Al³⁺, OH^-,Si⁴⁺	小中大	速敏性堵塞 K₂SIF₆沉淀	高流速淡水系统氢氟酸酸化	低流速高盐度流体、防膨剂酸敏抑制剂
高岭石	Mg²⁺,Al³⁺,Fe³⁺, OH^-,Si⁴⁺	中中大	速敏性 AI(OH)₃沉淀碱敏性	高流速、PH、瞬变压力酸化压裂化学驱	低流速、低瞬变压力酸敏抑制剂抑制剂
绿泥石	K⁺,Na⁺,Mg²⁺, Ca²⁺,Al³⁺,OH^-,Si⁴⁺	大中小	Fe(OH)₃沉淀 MgF₂沉淀速敏性	富氧系统、高PH 氢氟酸酸化高流速、高PH	除氧剂酸敏抑制剂低流速