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地熱鉆井技術的若干基本問題

更新時間：2022-01-04　點擊量：1374

1地熱井的地層特點

??11對流熱源型這種地熱資源有蒸氣型的可直接利用發電,熱水型中的溫度在180以上的也可直接利用發電。中溫的可取暖和雙管循環發電。

??12異常高壓層型

??13高溫巖層

??14巖漿異常高壓層型多在石油鉆探中遇到,它的動能源是利用鉆井孔隙中水的熱能、高壓水的機械能和溶解在水中的甲烷作用產生。對流熱源型地層特點是:

??1)由裂隙發育的變質巖和火山巖構成的地層較多;

??2)熱水型的地層壓力接近靜水壓力;

??3)蒸氣型的地層壓力相當低;

??4)鉆井液嚴重漏失;

??5)處于高溫、低pH、H2S、CO2等腐蝕性環境下;6)深度較淺,鉆進效率低,造成機械和管材損耗及疲勞等問題。

??2地熱井施工中應注意的若干問題

??21鉆井效率的提高在地下流體資源開發上,常常要求短期內安全成井,降低成本。為此,希望延長鉆頭使用壽命,提高鉆進速度,縮短提下鉆時間,減輕工人勞動強度。其相關內容有:鉆頭的用法,成井工藝的研究。根據地層情況和設備條件是采用一徑成井還是幾徑成井完成。

??22生產施工過程中以外部分泥漿的漏失在泥漿漏失中,有部分泥漿流入地層,也有全漏失中斷循環,伴隨泥漿漏失發生的事故有孔內巖粉停滯而埋鉆的危險和鉆進效率下降,由于鉆孔液面下降,就會發生地層坍塌、泥漿沸騰和井噴。如果只考慮成本不能使用優質泥漿護壁攜帶巖粉等,都會產生嚴重問題。所以,應注意的問題有:泥漿漏失的量、位置、原因的判斷,泥漿漏失鉆進產生的后果,如何進行堵漏。

??23泥漿在地熱帶鉆進方面應注意的問題是:鉆頭使用壽命、防止泥漿膠凝化和固化、防止泥漿比熱下降、防止井內的冷卻和沸騰。研制一種新的耐熱泥漿和冷卻循環泥漿的方法。

??24水泥灌漿用水泥灌漿把套管固定在孔內,來處理好漏失地層,這種方法值得探討并怎樣判斷水泥灌漿的效果,這是一個關鍵。現迫切研制高溫下保持稠化時間、不發生弱化的水泥。

??25防止地下水污染含水層的鉆進及成井由于裂隙發育,經常會遇到大量漏失,為防止含水層污染,要研制不含膨潤土的沖洗液,并要盡可能采用氣舉反循環鉆進工藝。

??26定向輻射井鉆進為了從同一孔位鉆進若干個生產井和倒灌井,今后應發展定向鉆進。關鍵問題是如何解決高溫和堅硬巖層對方位、傾斜的測定。

??27物理檢測對于含水層的位置和判斷地層流體的性質,如何研制高溫下的物探測井設備。28環境保護地熱開發所產生的環境問題有如下幾點:

??1)特殊臭味、瓦斯及微粒子的擴散。

??2)噪音。

??3)鹽水的擴散。

??4)風景的變化。

??5)地層下沉。

??6)地面水和地下水的污染。

??7)生態系統受影響。

??3地熱鉆探設備的開發特點

??31拆裝簡便地熱鉆探為組裝拆卸方便,縮短施工周期,鉆機的各部件應整體化,輕重量。

??32卷揚機的能力與自動鉆進裝置地熱鉆探屬大口徑鉆探,所鉆巖層多是堅硬、破碎、高溫的巖石。鉆頭的鉆壓、回轉是鉆進的重要因素,所以卷揚機應有足夠的能力,并有提高鉆進速度和省力的自動鉆進裝置。

??33大排量泥漿泵循環泥漿接觸高溫地層后,立刻被加熱到沸點,有涌噴的危險,且高溫對鉆頭的影響很大,泥漿本身的性能也起變化,會導致井壁發生坍塌等。為能比較安全地控制井內溫度,必須配有與泥漿冷卻裝置相配合的大排量泥漿泵。

??34防噴裝置地熱鉆井同石油鉆井一樣,在鉆探過程中,由于井內狀態急劇變化會產生熱水或熱蒸氣涌噴,該裝置有能迅速防止涌噴的耐熱性防護設備。在我國目前還是借用石油鉆井用防噴器來達到此種目的。

??4目前在地熱鉆井中所用設備及工藝方法

??地熱井是一個重要的地下工程,其質量的好壞不僅影響地熱資源的開發利用,而且還對地域地下水資源造成嚴重的威脅。從我國地熱鉆井隊伍來看,主要涉及地礦、煤田、石油等行業,同時還存在著一部分個人鉆機等,其技術水平和施工質量參差不齊,主要反映在設備、鉆井工藝方法及成井工藝等方面。我隊為了搞好這一工作,還特意設立了地熱鉆井機臺,從設備、工藝方法。人員組成都是*。

??41地熱井施工選用鉆機由于地熱井在北方一般孔深多為3000~4000m之間,我隊為了安全可靠的施工,鉆機選用寶雞石油機械廠生產的ZG-45型,該鉆機可鉆孔深達4500m左右。鉆機整個配套均按石油鉆井設施進行,可拆性強,機械化程度較高,鉆井過程中檢測手段*,同時鉆機的勞動強度也比石家莊煤機廠、張家口探礦機械廠生產的地熱井鉆機低很多。

??42地熱井施工選用泥漿泵泥漿泵的選用好與壞,直接關系到鉆進效率的提高,我們本著這個原則選用的泥漿泵為青州石油機械廠生產的3NB-1300型,此種泥漿泵由于功率大,排量和壓力也高,正循環鉆進時盡可能減少巖屑重復破碎。但在深層地熱鉆探中,我們曾經有過教訓,現深深體會到,要想提高鉆井效率,必須選擇大泵量、高壓力的泥漿泵。因為排量大、上返速度高、攜帶巖屑能力強,井底較干凈,減少了埋鉆等井內事故。所以,鉆井效率提高當然就有了保證。

??43鉆井工藝及主要技術方法目前,雖然在工程鉆探施工領域工藝和手段較多,但大多數在地熱井施工還是以正循環泥漿鉆進為主,我們隊曾在2003年推廣應用了氣舉反循環鉆進技術,除在大口徑煤礦瓦斯排放井采用外,主要還是配備在深水井地熱鉆探施工方面,充分發揮此種工藝鉆進的*性,據初步統計,氣舉反循環比泥漿正循環鉆進效率提高1~2倍,鉆探成本降低1/3,鉆頭壽命提高1~2倍,出水量增大1/3,具有不污染、不堵塞含水層、孔底干凈、效率高、且不用泥漿。

??地溫空調用水井組的設計要點鑒于地溫空調用水井質量標準和使用方法的特殊性,水井的設計應突出以下幾點。

??31位置布設和井距的確定國家地下水資源管理中心和各城市節水辦公室一致強調要同層回灌,為此應設計回灌井與抽水井同深,且井的結構基本相同,一個工程中的抽水井和回灌井定期交替使用。由于水文地質條件、成井工藝、回灌方法和回灌操作程序不同。在滲透性好的含水層中,回灌井應布設在采井的上游,可以起直接補給的作用;在滲透性較差的含水層中,回灌井可多設且均勻分布,井距密集些,達到補給效果。合理的井間距對地下水源熱泵非常重要,間距不能太小,否則會使抽水井與回灌井之間發生熱短路。對滲透性較好的松散砂石層,兩井間距應在100m左右;對滲透性較差的粘土層,兩井間距一般在50m左右,不宜小于50m。

??32深度的確定鑒于地溫空調用井對水質、水量和水溫的要求,水井深度根據各地區情況而定,一般300~400m。水質較好,同時水溫比較恒定,一般為12~24,為水源熱泵機組提供較低的冷凝溫度和較高的蒸發溫度,使水源熱泵具有較高的制冷、制熱性能系數。

??33管材的選擇雖然回灌井同抽水井一樣,也是由井管、濾水管、沉砂管組成。但由于回灌井要承受兩個方面的水流作用和兩種水質的影響,故對回灌井管材和過濾網的強度、耐腐蝕能力有特殊要求。水井井管一般選用厚度不小于6~8mm的鋼管或鑄鐵管,不應采用水泥管,水泥管雖然造價低,但承壓能力較差,不利于長期的使用。濾水管采用橋式濾水管,回灌井過濾網的強度和耐腐蝕能力要求要高。

??34井管口徑的設計水井口徑決定了透水面積的大小,透水面積過小會加大單位面積的水流速,影響水井壽命和回灌能力。所以水井口徑一般不能太小,一般要求不小于273~325mm,具體口徑應根據項目當地的地質狀況所決定。

??35鉆孔直徑的設計鉆孔直徑應略大于一般供水井的鉆孔直徑20~40mm,這樣可以提高濾水效果,保證水的含砂量要求和回灌效果。

??36濾料和封井材料的確定水井濾料不應采用尖棱或片狀的碎石,應采用直徑2~4mm、分選好、磨圓度高、以石英砂為主的硅質濾料。封井材料宜采用優質粘土球或粘土塊。

??37洗井要求水井鑿完后,抽水試驗連續時間不得低于48h,水位沉降不得大于10m,應以穩定水位及出水量確定水井的出水能力,水井出水時含沙量不應大于十萬分之一。

??4地溫空調用水井的使用要點

??1)使用前先確定回灌水量。一般應保證連續回灌48h,以不冒出水井為限,測定回灌量。

??2)回灌水管進入水井深度應距靜水位不能太高,否則正常回灌時,回灌水會在進入水井水平面時會形成看不見的小氣泡,在濾料中形成氣堵影響回灌。

??3)為防止回灌井堵塞,確保地溫中央空調系統長期穩定的運行,水井管網設計成雙回路,出、回水井可以互相切換使用,定期更換抽水井和回水井,這樣可以保證水井中濾水層暢通,不會堵塞,保證回灌量。

??4)水井管網中一定要設計排污管,這樣有利于管網安裝后的洗井。

??5)每年夏、冬兩季開機前要先洗井,把水井抽清以后再使用,可延長地溫中央空調主機、水泵等設備的使用壽命。

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

地源熱泵分布式溫度集中測控系統

礦井總線分散式溫度測量系統方案

礦井分散式垂直測溫系統/地熱普查/地溫監測哪家好選鴻鷗

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地熱井高精度傳感器分層測溫方案、地熱井溫梯度測井系統、井溫梯度測井系統

地溫凍土深水井地熱井溫度監測自動測溫系統

巖土凍土地溫深井電腦自動測溫系統、水源地源熱泵空調換熱井測溫系統

TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：

為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜"及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

地熱鉆井技術的若干基本問題

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