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深層井的施工方法及成井工藝

更新時間：2020-09-01　點擊量：2318

　　1 工程概況

　　山西魯能河曲電煤公司上榆泉煤礦2# 水源井位于上榆泉煤礦工業場區內，目的是為了解決選礦廠正式投產后礦井生產和生活用水。設計井深為750m，終孔井徑不小于219mm，工程建成后可日提供水量1800～2200m3 /d。該井水質要求達到生活飲用水水質標準，水質類型HCO3—Ca、水，礦化度＜0.5g/L。施工要求開采奧陶系深層巖溶裂隙水，對上部石炭、二疊系煤系地層進行止水。

　　2 工程地質、水文地質條件

　　水源井工程地處天橋泉域北端，龍口泉域南端，西臨黃河，東臨黃土高原，黃河為本地區地表水與地下水的侵蝕區，水井位于兩大泉域的接壤處，為地下水的分水嶺處，補給與排泄分布不清。水井所處位置頂部為第四系全新統洪積土夾碎石，厚3.7m，其下為二疊系下統石盒子組，層厚37m左右，再下為石炭系地層，為二疊系下統本溪組和上統太原組，總厚292m，以下為中奧陶系中、上馬家溝灰巖地層，埋深302m～750m，。施工區有縣級大路南北相連，交通便利。

　　區內地下水類型主要兩種：即二疊、石炭系碎屑巖裂隙水和奧陶系碳酸鹽巖巖溶水。二疊、石炭系碎屑巖裂隙含水巖系水質極差，不宜開采。故鑿井過程中采用泥漿固壁封閉，鉆穿后進行止水。下奧陶系白云巖、白云質灰巖和中奧陶系上下馬家溝組灰巖、白云質灰巖和白云質泥灰巖為主要含水巖層，裂隙與溶蝕發育，局部溶洞發育，透水性強，大部分屬中等富水或富水。含水層總厚在200m左右。區域穩定水位高程約850～900m左右。

　　3 施工方法及成井工藝

　　3.1鉆進方法

　　水源井孔孔口采用人工開挖，然后埋設護口管，護口管直徑為Φ500㎜，為捲管,護口管下入埋好后,管子周圍用人工夯實,確保孔口牢固、穩定。

　　護口管埋設好后,開始鉆進,鉆具采用Φ350㎜牙輪鉆頭無芯鉆進, 鉆至12m,改用Φ500㎜牙輪鉆頭鉆進,奧陶系地層以上，石炭、二疊系砂頁巖和含煤地層，采用泥漿固壁循環鉆進，為了判別地層巖性，每鉆都要留取巖粉，對照本區已有的勘探孔SD1# ，確定穿過的地層巖性，基本滿足地質判層要求。

　　鉆至292.5 m變層見灰巖。為了止水,又鉆進灰巖12 m停鉆,進行止水,止水深度為303.8 m。

　　奧陶系石灰巖鉆進，也是采用牙輪鉆頭無芯鉆進，但沖洗液改為清水鉆進，并每鉆留取巖粉，便于判別地層，特殊情況用圓管鉆進，提取代表巖芯，幫助地質判別地層。總的看，地層巖性判別基本與勘探孔SD1# 和1# 水源井一致，滿足要求。

　　3.2 孔斜測量及孔深校正

　　本井孔鉆進基本保持100m測斜一次，方法采用Kxp—1型井孔測斜儀，每次測量均在規范和設計要求范圍內。終孔偏差為0.1m。

　　3.3 下井管

　　本井孔下入的止水井管均采用國家優質鋼材Q235系列，壁厚8mm，由太原勘測實業有限公司提供，均有資質證書，套管質量符合要求。下管時又請有資質證書的專業焊工進行井管焊接，焊接牢固、嚴密、不漏水，符合質量要求。

　　3.4 止水

　　本井孔穿過石炭、二疊系含煤砂頁巖地層，進入奧陶系地層，取奧陶系灰巖水，但對上部含煤地層水要進行嚴密封水，以保證水質不污染，確保水質。

　　止水工作有兩個主要環節必須有保證，一是確保見到奧陶系灰巖地層無誤，保證止水真正在奧陶系灰巖頂部；二是確保止水套管已穿過稠水泥漿，直插到孔底。只有做到這兩點，才能保證止水效果，本工程止水即按此要求進行的。

　　鉆孔進入奧陶系灰巖地層后，經過反復取芯證明已進入灰巖后，才開始進行水工作。止水前*行清孔換漿，即從孔底送入清水，逐步將孔內泥漿頂出孔外，肉眼觀測已變清（不渾濁）為止。然后再向孔內填入拌和好的稠水泥漿至孔底。此次止水水泥采用32.5# 普硅水泥共6t，拌和成稠水泥漿，填入孔底。隨后立即下入套管，在未下套管前，在止水套管底部向上，每隔0.5m纏一道膨脹膠帶，共25道，然后下入套管，使止水套管穿過稠水泥漿，直插孔底，再待凝72h。

　　待凝時間結束后，進行止水效果檢查，測定止水套管內外水位，前后對比水位變化情況，無變化，說明止水效果良好，方可結束止水工作，可進行下道鉆進工作。

　　止水工作結束后,開始對下部奧陶系灰巖進行鉆進，孔徑變為φ295mm，后又變為φ244mm，直至751.87m，一徑到底。 3.5 井孔結構本井孔孔口直徑采用φ500mm，終孔孔徑為φ244mm，共變徑五次，由φ500mm 、φ377mm 、φ350mm 、φ295mm 、φ244mm。除孔口管外，采用4m長中φ500mm實管，其余304.2m井管采用φ325mm螺旋鋼管，為止水套管。 3.6 洗井該水源井含水層很好，水量充足，洗井方式為機械洗井，共進行5個臺班。

　　3.7 抽水試驗

　　該孔洗井結束后即進行抽水試驗，抽水試驗前先測孔內穩定水位，穩定時間為4h，測得水位埋深5.06m，水位標高為851.766m，與區域水位基本吻合。

　　抽水延續時間為7h，穩定時間6h，均大于規范要求4h。抽水試驗共進行四次降深，四次降深和涌水量分別為：

　　S1=22.2m

　　Q1=14.11L/s S2=2.24m

　　Q2=18.99L/s S3=46.87m

　　Q3=25.36L/s S4=59.95m

　　Q4=31.06L/s

　　根據四次抽水試驗成果，繪制出涌水量與降深Q=F(s)關系曲線和單位涌水量與降深q=F(s)曲線，曲線反映基本呈直線，但略帶拋物型，基本反映了奧陶系裂隙巖溶水流態性質，略帶潛水承壓水性。用該曲線推求降深6.6m時，涌水量可達到34.2L/s，日出水可達到2954.9t/d，見下圖1、圖2：

　　3.8 水質評價

　　在抽水試驗過程中，取全分析水樣一組，送太原地質礦產部山西省中心試驗室檢測。采樣均按試驗室要求采取，水樣無色、無味、透明，該放入的試劑試驗室裝配好，取樣器皿都是試驗室專門配備的，連采代送到試驗室不超過12小時，保證按時送樣。

　　對水質進行評價，按生活飲用水水質標準（GB5749—85）進行評價。本次共分析色、渾濁度、嗅和味、肉眼可見物、pH、總硬度（碳酸鹽計）、鐵、錳、銅、鋅、揮發酚類（以苯酚計）、氫化物、砷、汞、硒、鉻（六價）、鉛、鎘、銀、偏硅酸、細菌總數、總大腸菌群等22項指標，對比各指標中只有兩項指標超標，其余均達到國標。因此綜合評定地下水水質為良好，符合飲用水標準，適用于生活飲用水水源。

　　超標指標中有總硬度（以碳酸鹽計），總硬度超標極易形成極度積垢，生活和工業用水需要經常處理鍋爐積垢；其次是鐵含量超標，極易變味、變色、沉積及鐵菌的發育、濁度等。

　　4 結論

　　⑴ 該水源井終孔深度751.87m，主要采取中奧陶系上下馬家溝組深層巖溶裂隙水。地下水位埋深5.06m，水位標高為851.766m。

　　⑵ 井孔斜度，止水效果均符合規范設計要求。

　　⑶ 根據抽水試驗Q=F（s）關系曲線推求，若水位S=66.0m時，涌水量可達34.2L/s，日出水量可達2954.9t/d。⑷ 水質分析檢測項目共22項，符合飲用水標準的占19項，占87%，只有三項有超標，占13%，故水質基本滿足生活飲用水和工業用水要求。綜合以上所述：深層井施工流程為：井位選定、鉆井、取芯、止水、下井管、洗井、抽水試驗、水質分析等。同時施工中應加強安全生產、文明施工、環境保護等措施。

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

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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；

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深層井的施工方法及成井工藝

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