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淺談地熱鉆井工藝及成井技術

更新時間：2020-05-03　點擊量：2405

地熱鉆井及其工藝變化
　　地熱鉆井
　　地熱鉆井是一項非常重要的特殊技術，它用于地熱蒸氣和地熱水的鉆井，是勘探和開采地熱流體必須采用的手段之一。地熱鉆井的深度一般在1000米到3000米之間，大多數是在2000米左右，有少量的超過了3000米。隨著時間的推移和科學技術的不斷發展變化，地熱鉆井技術也在不斷發展著。其中井身結構及套管結構、鉆井工藝、完井工藝以及洗井工藝不斷發展隨著時間的變化逐漸表現出來。
　　（1）、井身結構及套管結構
　　從20世紀70年代至今，井身結構經歷了153/8”+81/2”、171/2”+121/4”+82/2”、171/2”+121/4”+95/8”、171/2”+95/8”、171/2”+121/4”+95/8”+81/2”等幾種不同型號的變化，與其配套的套管結構則經歷了相應的103/4”+51/2”、133/8”+103/4”+51/2”、133/8”+103/4”+7”、133/8”+7”、133/8”+103/4”+7”+81/2”等幾種型號。不得不說由簡入精，井身結構及其配套的套管結構已經越來越成熟完善。
　?。?）、鉆井工藝
　　地熱市場的占領在于將石油鉆井中*成熟的工藝和相關的水文、地熱等條件有機結合起來，并且充分引進各種現代的設備，選用優質的鉆頭和各種機械參數，提高鉆井的工作效率，縮短建井周期。再加上引進現代科學的泥漿工藝，在地熱鉆井過程中，針對不同的地層，采取不同的科學泥漿配方，以達到平衡鉆井的目的。從70年代至今，鉆井工藝也歷經了非常大的變化，其變化更好地適應了現代地熱鉆井的施工和完成。
　　（3）、完井工藝
　　70年代的地熱井的完井工藝主要采用水井式的完井方式，對于水層采用籠式過濾管，入井后采用投填礫料的方式，止水則采用投泥球封隔止水的古老方法。而90年代之后，由于地熱井完井工藝的不斷發展和完善，采用水井完井方式的同時還結合了石油完井工藝，針對不同的水層采取不同的方法。如：包網纏絲濾水管、不包網纏絲濾水管完井、裸眼完井等方式都產生了非常好的效果。止水方式上改進了傳統的止水方法及裝置，改進為混合式裝置，又根據地熱井多為大段混合開采的特點，在水層頂部設置了傘狀防塌裝置，確保了水層的穩定和壽命。
　　（4）、洗井工藝
　　傳統的水井洗井方法就是反復地抽取和吸取。在地熱井中則逐步引進了二氧化碳氣舉、酸化，高能氣體壓裂，壓風機氣舉洗井以及活塞抽吸、高壓噴射沖洗等方法，這些方法對于不同的地熱井的施工都產生了良好的影響。
　　成井技術的分析
　　成井過程是地熱井施工中重要的工序之一，由于不同的地熱井所處的大地構造背景和熱儲層巖性不同，因此需要采用不同的成井方法來實現工程的順利完成。就目前國內相對比較成熟完善的成井方法而言，先期完成法、后期完成法、裸眼完成法、篩管完成法和射孔完成法這幾種成井方法是比較具有代表性的。
　　先期完成法
　　先期完成法適用于井比較深、上部地層比較復雜的地熱井，它是在鉆井中采用分別排除的方法的一種鉆井工藝，完井工藝較為安全。
　　先期完成法是在鉆達到目的層的頂部時，先下入技術套管來固定井壁，再用小尺寸的鉆頭鉆至井深。下技術套管是為了能夠封固住非采水段的井壁，隔絕深淺地層水以及滿足下部施工的需要。
　　先期完成法的缺點在上文中也顯而易見了，它實施起來較為麻煩，因此造成工期較長，投入相對較大。
　　后期完成法
　　后期完成法能夠根據鉆孔的資料自由地選擇取水井段，而且其鉆井的工期較短，投入相對較小。
　　后期完成法和先期完成法的區別在于，它在鉆達到目的層的頂部時，先不下技術套管，而是用原有尺寸的小鉆頭鉆至完鉆井深，再根據各項資料的顯示進一步下入技套或者其他工具來固定井壁。
　　后期完成法同樣具有一些缺點，由其鉆井過程可看出，它對鉆井的技術要求非常高，而且完井下管和固定井壁的工藝也是相當的復雜。
　　裸眼完成法
　　裸眼完成法一般適用于井壁比較穩定的地區，比如火成巖類的裂隙型熱儲層等。它采用的是不下井管的方法，相較于其他需要下井管的方法而言，裸眼完成法的優點在于其出水口的截面積較大、出水量較大、阻力較小并且不易發生堵塞事故以及投資較少等。但是這種方法卻不適用與砂泥漿剖面的地熱井，因此不得不說此為一大遺憾。
　　篩管完成法
　　篩管完成法一般適用于砂泥巖剖面等沉積型的地層。它采用的是在取水段下入篩管的完井方法，此種方法若輔以填沙工藝即可起到防塌和防砂的作用，其優點不言而喻，即較為簡單且安全。
　　射孔完成法
　　射孔完成法是一種較為特殊的完井方法，它主要是針對水量不足而未取水層段進行取孔以彌補缺點，或者不下濾水管直接在取水段射孔取水。射孔完成法無疑是在施工過程中出現上述兩種或者以上的問題時及時采取的一種完井方法。由此我們可以看出完井方法的多樣性以及其技術的成熟和完備。
　　【結語】成井方法的多樣也在暗示著地形構造的多樣性，只有掌握住每一種成井方法的優缺點，才能夠熟練而不失穩重地把不同地形構造的地熱井安全有效地完成，以保障地熱井開發過程中必要的人身和設施安全。
　　每個地區的地形和地層構造都存在著多多少少的不同，針對不同的地層構造采取不同的完井方法是地熱鉆井的重要原則。熱能不斷地被發掘并且快速地發展，引發地熱井開采的同時，需要不斷改進和完善完井技術，從而推進地熱井的安全有效開發和使用，造福于其他人，同樣也造福于自己。

TD-016C型 RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫

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?？蓪岜孟到y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；

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