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地源热泵钻井技术现状及应用
地源热泵管井是热泵系统的重要组成部分,特别是土壤源地源热泵系统,以其钻井工作量大、施工期较长(相对)、费用占系统造价比重较高(一般简单软土层15-20%、岩石地层30-35%、特殊复杂地层45-50%甚至更高),是地源热泵系统初装成本偏高的主要原因之一。特别是在一些复杂的地质条件下,高比重的管井费用直接增高了地源热泵系统的整体成本,这在一定程度上制约了地源热泵系统的推广应用。
如何考虑钻井成本,我们认为不是孤立的问题,虽然热泵钻井作为工程钻井的新领域,但其与行业钻井技术水平及发展是分不开的。施工区域的地质条件、钻井设备、工艺技术条件等诸多因素都直接影响钻井效率、成本,也可以说是钻井行业的技术水平一定程度上决定了地源热泵钻井的现状,并且由于地源热泵是新兴技术,而热泵钻井方面的特点又与其他钻井业有所不同,甚至可以说在某些方面热泵钻井要落后于其他钻井行业。
如何做好地源热泵钻井环节,为市场发展、节能技术推广服务,要综合考虑。谈以下几个方面体会:
一、认真研究地源热泵钻井的特点
根据地源热泵系统的要求,一般说,其钻井具有以下特点:
1、结构简单
(1)深度浅,一般100米左右(大致);
(2)孔径相对较小,(介于大***之间,所以我们或称孔、或称井);
(3)井身结构简单,要求不高;(通常以保证垂直度、满足下管、回填为准)。
2、工作量较大、施工区域集中;
3、施工工期要求紧;
4、钻井单价受系统整体投资制约;
5、单项工程施工地质条件具有确定性。
(1)重视试验孔地层地质勘探
(2)重视管井结构设计、方法选择、施工设备、工艺选择
(3)预测钻井施工成本。
6、囿于地层条件,工程施工具有多次重复性。
二、加强对施工区域地质条件认识
地质条件是确立管井结构、选择施工方法、施工设备、工艺的依据;影响钻井成本的重要因素之一。
由于钻井深度一般为100米左右,处于岩土层的上部,岩土工程地质条件复杂。例如我们常遇到的:回填地层、卵砾石层、岩溶地层,以及遇水膨胀地层、构造破碎带等,都会对钻井过程产生影响。
怎样去研究不同地质条件下成孔技术,跟一般地质勘探或其他工程钻探目的绝然不同,那么工程施工考虑角度亦有所不同,采用的方法也相对较多,可以从以下几个方面去分析:
1、地层特点与工程施工难度关系的初步探讨
(1)新近地史时期形成的沉积地层,相对简单;
第四系(Q)新第三系(N)是通常说的覆盖层-松散堆积、无胶结或半固结的松散地层,钻井成孔容易、钻井效率高、耗能低,钻井成本相对较低。
老第三系(E)以前岩层:
岩石的密度、强度,随地层的延深、地质年代的前移均有所增加。
破碎岩石(或钻进成孔)难度相对增加,钻井效率降低、耗能高,钻井成本自然增加; 地层倾角较大的地质条件下施工钻孔,往往容易产生孔斜,必须采取防斜措施。
(2)变质岩与岩浆岩地区施工
受各个时期地质运动、造山运动影响,岩层发生(乃至多期次发生)褶皱、断裂、扭曲、交代等作用的影响,形成结构复杂、致密坚硬的岩体。
并且此类地区的基岩,地史上一般都经历了长期风化、剥蚀、冲刷、变质等自然因素影响,古风化壳、构造破碎带等地质现象较为发育,岩层结构不均一,这都会增加钻井施工的难度。