一種水源熱泵回灌技術(shù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地?zé)崮茉撮_采利用技術(shù)。
[0002] 背景要求
[0003] 水源熱泵，是一種可循環(huán)使用的清潔能源，回其具有經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，在我國 南方廣大地區(qū)已被廣泛采用，特別是取用地下水作為熱、冷源已廣泛使用。取熱、冷源后的 水需重新回灌地下才能循環(huán)利用，其回灌水技術(shù)通常采用回灌井進(jìn)行自然回灌，使已取熱、 冷源后的水重新回灌到地下含水層中。一般情況下，地下水回灌因地下水水頭壓力影響，其 回灌較為困難，很多地區(qū)都采用一個(gè)取水井、多個(gè)開采井的辦法。
[0004] 由于打的回灌井?dāng)?shù)多、占地面積大、投資成本高，一定程度上限制了該技術(shù)的實(shí) 施，且很多回灌井井距較近、回灌層較淺，影響了回灌水的增溫還原，致使使用一段時(shí)間后 水溫越來越低，成本越來越高；還有的因回灌層位不對或回灌量小于取水量造成地下水資 源逐年減少，甚至枯竭。
[0005] ①專利申請?zhí)?01220438425. 7地源熱泵地下水分層回水系統(tǒng)的專利中只考慮了 分層回灌的回灌效果和少占土地，卻忽視了回灌井與取水井的距離關(guān)系到回水增溫還原效 果和不同深度回灌會影響含水層垂向滲透和橫向?qū)ńY(jié)構(gòu)，使整個(gè)淺層地溫場遭到破壞。 同時(shí)兩眼回灌井也不經(jīng)濟(jì)，且難以保證回灌能力和預(yù)期。
[0006] ②CN201210003853. 1、一種地下水回灌促滲方法，其回灌速度在于排氣形成的負(fù) 壓，但當(dāng)?shù)叵滤袣怏w排凈后，地下水回滲速度會驟減，且該技術(shù)回灌定量的地下水還可 以，但持久的回灌根本做不到。
[0007] ③專利申請?zhí)?01410036976. 4、全密封地下水原水持續(xù)抽灌系統(tǒng)，該專利想要封 閉地下水回灌，防止地下水氧化，但地下水在提取的過程中，由于溫度的變化就已經(jīng)氧化， 根本達(dá)不到封閉的效果；另外地下水的回灌與含水層的水頭壓力及含水層的滲透系數(shù)有 關(guān)，與是否封閉地下水無關(guān)。因此該系統(tǒng)不能確?；毓嗔考俺掷m(xù)回灌的能力；如作為水源熱 泵它還缺少回灌水增溫還原措施。
[0008] ④專利申請?zhí)?01110415851. 9、一種抽取及回灌地下水的管路系統(tǒng)，該系統(tǒng)只是 利用地層的自然滲透條件來進(jìn)行開采與回灌，但多數(shù)條件下很難達(dá)到預(yù)期目的。一是要求 回灌地層壓力小< 2mp ;二是滲透率高k彡30m/d ;才能保證實(shí)現(xiàn)。但按照該專利述求是三 眼井滿足兩抽一灌目的，其必要條件是回灌量多開采量，即單井回灌是開采量的2倍。這是 違反地?zé)衢_采回灌規(guī)律的，永遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn)的。
[0009] 水源熱泵回灌技術(shù)必須要解決的三個(gè)問題：一是解決回灌量的問題，即解決熱儲 層滲透率；二是解決回水增溫，提溫后的水經(jīng)過回灌循環(huán)補(bǔ)溫后，再抽取出來水溫能恢復(fù)到 原始水平；三是降低投入，達(dá)到"一采一灌"，避免"一采多灌"，必然節(jié)約成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目地就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，研宄設(shè)計(jì)一種水源熱泵回灌技 術(shù)方法，達(dá)到確保增大回灌水滲透速度和儲存空間、為回水提溫提供條件、避免和防止地 下水資源衰竭、且使水源熱泵技術(shù)可在貧水地區(qū)及高寒地區(qū)得到應(yīng)用和發(fā)展的目的。
[0011] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0012] -種水源熱泵回灌技術(shù)方法如下：
[0013] (1)水熱源泵開采井群設(shè)計(jì)
[0014] ①根據(jù)地質(zhì)水文地質(zhì)條件和總的熱能需求，確定擬開采井?dāng)?shù)量按照I : 1的采灌 比確定擬回灌井?dāng)?shù)量及井徑、井距；
[0015] ②根據(jù)場地面積大小和地質(zhì)條件，確定一組采灌井的井位、井距；井距控制在 150m~2500m之間；井深控制在50m~180m之間；開采井和回灌井的鉆孔直徑在450mm~ 800mm，井管直徑220mm~500mm ;濾水管采用打眼纏絲過濾器孔隙率大于30% ;
[0016] ③井距確定
[0017] 在松散和半堅(jiān)硬巖層孔隙水和基巖裂隙孔隙水分布區(qū)，井間距以大于2倍最大開 采量的開采井影響半徑，井距Lab彡ZR 0Iiiax,式中Lab為開采井A道回灌井B的距離，R0Iiiax 為估算最大開采量影響半徑；
[0018] 在堅(jiān)硬巖層的基巖裂隙水分布區(qū)，井距的確定應(yīng)以水力壓裂理論影響范圍最小半 徑的2倍或理論水力定向壓裂的最短距離的2倍，即L abS 2RMIN。式中LAB為開采井與回灌 井的距離，心"為水力壓裂理論定向壓裂最小壓裂長度或最小壓裂半徑；在滿足上述條件下 可以實(shí)施兩眼井對向壓裂，擬聯(lián)通的兩眼井分別向彼此方向進(jìn)行定向壓裂，確保在最短壓 裂長度條件下聯(lián)通；
[0019] (2)水源井群施工
[0020] 1)孔隙水分布區(qū)的松散地層
[0021] ①井位確定：在資料收集、地面調(diào)查和物探測深工作基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)條件、場地 條件、含水層厚度、粒度進(jìn)行布設(shè)，同時(shí)根據(jù)收集資料或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇含水層厚度大于5 米、粒徑粗的砂礫石層、南方地區(qū)深埋大于10米、北方地區(qū)深埋大于30米；
[0022] ②鉆井技術(shù)方法：采用QDG-200型反循環(huán)鉆機(jī)或類似型號鉆機(jī)進(jìn)行垂向開采井與 回灌井施工，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范實(shí)施；
[0023] ③聯(lián)通方式：水平定向井聯(lián)通，必須在巖土層溫度睹:10°C的松散或半成巖地層 內(nèi)施工水平定向井，水平定向井管徑Φ = 200mm~400mm，對于滲透系數(shù)K彡30m/d較大地 區(qū)，采用底部聯(lián)通；在開采井與回灌井兩井間距離小于1000米時(shí)可以一端水平定向施工， 大于1000米采用兩井對向施工；
[0024] 對于滲透系數(shù)30m/d較小地層，可采用多層聯(lián)通；開采井與回灌井聯(lián)通垂向間 距離30m~50m，水平井井徑Φ 10Omm~300_ ；
[0025] ④鉆井順序：在井位坐標(biāo)確定后，先施工開采井與回灌井，水平定向孔應(yīng)確保在垂 向開采井的兩側(cè)Im范圍內(nèi)通過，或在開采井的底部通過；先施工水平定向孔，應(yīng)確保水平 孔井管精確到位；垂向開采井施工要避免井斜，確保與水平定向孔端口聯(lián)通；
[0026] 2)基巖裂隙水分布區(qū)堅(jiān)硬地層
[0027] ①井位確定：通過物探手段確定風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙的產(chǎn)狀和埋深，進(jìn)而確定井 位、井深、井徑和聯(lián)通方式；
[0028] ②鉆井方法：采用正循環(huán)鉆機(jī)或正反循環(huán)鉆機(jī)，先在上部松散層下護(hù)壁管至堅(jiān)硬 巖石固井，然后在堅(jiān)硬巖石段采用氣動潛孔錘鉆進(jìn)，鉆壓控制在78N/m 2~199N/m 2,轉(zhuǎn)速在 20~50r/min，空氣壓力0· 8~I. 3Mpa，風(fēng)量25~50立方米/min ;終孔孔徑150_~250_ 裸孔成井，下部如是半堅(jiān)硬巖石可采用正循環(huán)牙輪鉆頭鉆進(jìn)飛管成井；
[0029] ③聯(lián)通方式：水力壓裂聯(lián)通，以確保聯(lián)通有效影響范圍在巖土層溫度t巖多KTC 的地層內(nèi)實(shí)施為設(shè)計(jì)水力壓裂部位；
[0030] 水力壓裂施工利用地面高壓泵組，以大幅度超過地層吸收能力的排量將壓裂液注 入井中，隨即在井底起高壓；當(dāng)壓力超過井壁附近地應(yīng)力及巖石的抗張強(qiáng)度后，在井底附近 地層中產(chǎn)生裂縫，繼續(xù)將帶有支撐劑的攜砂液注入縫中，持續(xù)向前延伸并在地層中形成足 夠長且有一定寬度及高度的填砂裂縫；
[0031] 3)基巖裂隙孔隙水分布區(qū)半堅(jiān)硬地層
[0032] ①井位確定：以物探資料和地面踏勘綜合分析，以開采裂隙孔隙承壓水為主，井孔 布設(shè)在承壓水分布區(qū)域及構(gòu)造裂隙發(fā)育地帶；
[0033] ②鉆井方法：采用正反循環(huán)鉆機(jī)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)；
[0034] ③聯(lián)通方式：水平定向孔聯(lián)通及水平分段壓裂；第一步，先施工水平定向聯(lián)通孔， 在水平孔內(nèi)每30m~IOOm間距內(nèi)進(jìn)行一段壓裂，直至全孔段壓裂完成；
[0035] 第二步，施工垂