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地热钻井技术的若干基本问题

点击次数：1557 更新时间：2022-01-04

1地热井的地层特点

11对流热源型这种地热资源有蒸气型的可直接利用发电,热水型中的温度在180以上的也可直接利用发电。中温的可取暖和双管循环发电。

12异常高压层型

13高温岩层

14岩浆异常高压层型多在石油钻探中遇到,它的动能源是利用钻井孔隙中水的热能、高压水的机械能和溶解在水中的甲烷作用产生。对流热源型地层特点是:

1)由裂隙发育的变质岩和火山岩构成的地层较多;

2)热水型的地层压力接近静水压力;

3)蒸气型的地层压力相当低;

4)钻井液严重漏失;

5)处于高温、低pH、H2S、CO2等腐蚀性环境下;6)深度较浅,钻进效率低,造成机械和管材损耗及疲劳等问题。

2地热井施工中应注意的若干问题

21钻井效率的提高在地下流体资源开发上,常常要求短期内安全成井,降低成本。为此,希望延长钻头使用寿命,提高钻进速度,缩短提下钻时间,减轻工人劳动强度。其相关内容有:钻头的用法,成井工艺的研究。根据地层情况和设备条件是采用一径成井还是几径成井完成。

22生产施工过程中以外部分泥浆的漏失在泥浆漏失中,有部分泥浆流入地层,也有全漏失中断循环,伴随泥浆漏失发生的事故有孔内岩粉停滞而埋钻的危险和钻进效率下降,由于钻孔液面下降,就会发生地层坍塌、泥浆沸腾和井喷。如果只考虑成本不能使用优质泥浆护壁携带岩粉等,都会产生严重问题。所以,应注意的问题有:泥浆漏失的量、位置、原因的判断,泥浆漏失钻进产生的后果,如何进行堵漏。

23泥浆在地热带钻进方面应注意的问题是:钻头使用寿命、防止泥浆胶凝化和固化、防止泥浆比热下降、防止井内的冷却和沸腾。研制一种新的耐热泥浆和冷却循环泥浆的方法。

24水泥灌浆用水泥灌浆把套管固定在孔内,来处理好漏失地层,这种方法值得探讨并怎样判断水泥灌浆的效果,这是一个关键。现迫切研制高温下保持稠化时间、不发生弱化的水泥。

25防止地下水污染含水层的钻进及成井由于裂隙发育,经常会遇到大量漏失,为防止含水层污染,要研制不含膨润土的冲洗液,并要尽可能采用气举反循环钻进工艺。

26定向辐射井钻进为了从同一孔位钻进若干个生产井和倒灌井,今后应发展定向钻进。关键问题是如何解决高温和坚硬岩层对方位、倾斜的测定。

27物理检测对于含水层的位置和判断地层流体的性质,如何研制高温下的物探测井设备。28环境保护地热开发所产生的环境问题有如下几点:

1)特殊臭味、瓦斯及微粒子的扩散。

2)噪音。

3)盐水的扩散。

4)风景的变化。

5)地层下沉。

6)地面水和地下水的污染。

7)生态系统受影响。

3地热钻探设备的开发特点

31拆装简便地热钻探为组装拆卸方便,缩短施工周期,钻机的各部件应整体化,轻重量。

32卷扬机的能力与自动钻进装置地热钻探属大口径钻探,所钻岩层多是坚硬、破碎、高温的岩石。钻头的钻压、回转是钻进的重要因素,所以卷扬机应有足够的能力,并有提高钻进速度和省力的自动钻进装置。

33大排量泥浆泵循环泥浆接触高温地层后,立刻被加热到沸点,有涌喷的危险,且高温对钻头的影响很大,泥浆本身的性能也起变化,会导致井壁发生坍塌等。为能比较安全地控制井内温度,必须配有与泥浆冷却装置相配合的大排量泥浆泵。

34防喷装置地热钻井同石油钻井一样,在钻探过程中,由于井内状态急剧变化会产生热水或热蒸气涌喷,该装置有能迅速防止涌喷的耐热性防护设备。在我国目前还是借用石油钻井用防喷器来达到此种目的。

4目前在地热钻井中所用设备及工艺方法

地热井是一个重要的地下工程,其质量的好坏不仅影响地热资源的开发利用,而且还对地域地下水资源造成严重的威胁。从我国地热钻井队伍来看,主要涉及地矿、煤田、石油等行业,同时还存在着一部分个人钻机等,其技术水平和施工质量参差不齐,主要反映在设备、钻井工艺方法及成井工艺等方面。我队为了搞好这一工作,还特意设立了地热钻井机台,从设备、工艺方法。人员组成都是*。

41地热井施工选用钻机由于地热井在北方一般孔深多为3000~4000m之间,我队为了安全可靠的施工,钻机选用宝鸡石油机械厂生产的ZG-45型,该钻机可钻孔深达4500m左右。钻机整个配套均按石油钻井设施进行,可拆性强,机械化程度较高,钻井过程中检测手段先进,同时钻机的劳动强度也比石家庄煤机厂、张家口探矿机械厂生产的地热井钻机低很多。

42地热井施工选用泥浆泵泥浆泵的选用好与坏,直接关系到钻进效率的提高,我们本着这个原则选用的泥浆泵为青州石油机械厂生产的3NB-1300型,此种泥浆泵由于功率大,排量和压力也高,正循环钻进时尽可能减少岩屑重复破碎。但在深层地热钻探中,我们曾经有过教训,现深深体会到,要想提高钻井效率,必须选择大泵量、高压力的泥浆泵。因为排量大、上返速度高、携带岩屑能力强,井底较干净,减少了埋钻等井内事故。所以,钻井效率提高当然就有了保证。

43钻井工艺及主要技术方法目前,虽然在工程钻探施工领域工艺和手段较多,但大多数在地热井施工还是以正循环泥浆钻进为主,我们队曾在2003年推广应用了气举反循环钻进技术,除在大口径煤矿瓦斯排放井采用外,主要还是配备在深水井地热钻探施工方面,充分发挥此种工艺钻进的优越性,据初步统计,气举反循环比泥浆正循环钻进效率提高1~2倍,钻探成本降低1/3,钻头寿命提高1~2倍,出水量增大1/3,具有不污染、不堵塞含水层、孔底干净、效率高、且不用泥浆。

地温空调用水井组的设计要点鉴于地温空调用水井质量标准和使用方法的特殊性,水井的设计应突出以下几点。

31位置布设和井距的确定国家地下水资源管理中心和各城市节水办公室一致强调要同层回灌,为此应设计回灌井与抽水井同深,且井的结构基本相同,一个工程中的抽水井和回灌井定期交替使用。由于水文地质条件、成井工艺、回灌方法和回灌操作程序不同。在渗透性好的含水层中,回灌井应布设在采井的上游,可以起直接补给的作用;在渗透性较差的含水层中,回灌井可多设且均匀分布,井距密集些,达到补给效果。合理的井间距对地下水源热泵非常重要,间距不能太小,否则会使抽水井与回灌井之间发生热短路。对渗透性较好的松散砂石层,两井间距应在100m左右;对渗透性较差的粘土层,两井间距一般在50m左右,不宜小于50m。

32深度的确定鉴于地温空调用井对水质、水量和水温的要求,水井深度根据各地区情况而定,一般300~400m。水质较好,同时水温比较恒定,一般为12~24,为水源热泵机组提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度,使水源热泵具有较高的制冷、制热性能系数。

33管材的选择虽然回灌井同抽水井一样,也是由井管、滤水管、沉砂管组成。但由于回灌井要承受两个方面的水流作用和两种水质的影响,故对回灌井管材和过滤网的强度、耐腐蚀能力有特殊要求。水井井管一般选用厚度不小于6~8mm的钢管或铸铁管,不应采用水泥管,水泥管虽然造价低,但承压能力较差,不利于长期的使用。滤水管采用桥式滤水管,回灌井过滤网的强度和耐腐蚀能力要求要高。

34井管口径的设计水井口径决定了透水面积的大小,透水面积过小会加大单位面积的水流速,影响水井寿命和回灌能力。所以水井口径一般不能太小,一般要求不小于273~325mm,具体口径应根据项目当地的地质状况所决定。

35钻孔直径的设计钻孔直径应略大于一般供水井的钻孔直径20~40mm,这样可以提高滤水效果,保证水的含砂量要求和回灌效果。

36滤料和封井材料的确定水井滤料不应采用尖棱或片状的碎石,应采用直径2~4mm、分选好、磨圆度高、以石英砂为主的硅质滤料。封井材料宜采用优质粘土球或粘土块。

37洗井要求水井凿完后,抽水试验连续时间不得低于48h,水位沉降不得大于10m,应以稳定水位及出水量确定水井的出水能力,水井出水时含沙量不应大于十万分之一。

4地温空调用水井的使用要点

1)使用前先确定回灌水量。一般应保证连续回灌48h,以不冒出水井为限,测定回灌量。

2)回灌水管进入水井深度应距静水位不能太高,否则正常回灌时,回灌水会在进入水井水平面时会形成看不见的小气泡,在滤料中形成气堵影响回灌。

3)为防止回灌井堵塞,确保地温中央空调系统长期稳定的运行,水井管网设计成双回路,出、回水井可以互相切换使用,定期更换抽水井和回水井,这样可以保证水井中滤水层畅通,不会堵塞,保证回灌量。

4)水井管网中一定要设计排污管,这样有利于管网安装后的洗井。

5)每年夏、冬两季开机前要先洗井,把水井抽清以后再使用,可延长地温中央空调主机、水泵等设备的使用寿命。

全自动野外地温监测系统/冻土地温自动监测系统

地源热泵分布式温度集中测控系统

矿井总线分散式温度测量系统方案

矿井分散式垂直测温系统/地热普查/地温监测哪家好选鸿鸥

矿井测温系统/矿建冻结法施工温度监测系统/深井温度场地温监测系统

地热井高精度传感器分层测温方案、地热井温梯度测井系统、井温梯度测井系统

地温冻土深水井地热井温度监测自动测温系统

岩土冻土地温深井电脑自动测温系统、水源地源热泵空调换热井测温系统

TD-016C型地源热泵能耗监控测温系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温，浅层地温在线监测系统，分布式地温监测系统

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套先进的基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取先进的ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：

为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆"及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设