摘要：本文以河南省部分地區地熱儲藏特點為例，在進行地熱資源開采的時候選用適當的導熱介質直接將熱能帶到地表，通過地表熱交換系統將熱能轉儲到水中，由加熱后的熱水向用戶供暖，滿足小區、醫院、公共辦公場所、酒店公寓等冬期供暖需要。整個熱轉換系統和地表熱交換系統嚴格密封，不存在介質滲漏現象，而且換熱效率高，既達到供暖要求，又不污染環境，是一種實用性極強的地熱應用系統。

　　關鍵詞：地熱;環保;熱交換

　　0前言

　　河南省地處中原地帶、黃河中下游地區，以沖積平原為主。地層上部以第四系、第三系、新近系居多，厚度大、分布范圍廣，這為河南省深部地熱儲藏創造了良好的條件。但近年來因開采層位集中而且以開采地熱溫水為主，開采幅度大，在鄭州、漯河、開封、周口、商丘、新鄉、安陽等地區已形成地下漏斗，給淺部地熱開發敲響了警鐘。

　　目前在開封市、蘭考縣、延津縣、封丘縣、杞縣等市縣已經逐步開展深部地熱開發應用，因為開采層位多數為新近系明化鎮組、古近系館陶組砂巖系列含水層，孔隙率相對穩定致密，抽水量穩定，回灌時因受孔隙水壓力影響較為困難，所以，在地熱利用系統中采取一抽二回或一抽三回的地熱抽回系統進行供暖。但即使這樣，仍存在回灌困難的問題。為了使回灌效果有較大提高，部分回灌井結構采熱段采用定向井技術，在下部拉近與抽水井的距離，收到了一定的效果，但不太明顯。

　　有些投資公司甚至采用地下定向對接井的形式開采地熱，形成循環抽水取熱，但成對的井組直接成本很高，投資回報周期較長，影響其進一步的發展。從已掌握的現有資料可知，上述河南區域的中深層地熱以低溫地熱為主，即溫水(35℃～50℃)，儲藏深度900～1300m;溫熱水(46℃～62℃)，儲藏深度1300～1800m;和熱水(57℃～73℃)，儲藏深度1800～2200m左右。目前很多地區開發地熱深度以1500m以淺為主。

　　目前，蘭考、延津、封丘、開封等市縣供暖則以1800～2200m為主要開采層位，并根據國家大政方針要求，地熱開采必須進行回灌，否則地方水務管理部門不能審批地熱開采項目。河南地熱以中低溫熱儲為主，根據地熱開采的一般規律，地熱井測井溫度在60℃以上時，成井結束后經抽水試驗出水溫度則至少可達65℃以上，具備了深部取熱的基本條件。

　　以鄭州東部、開封、商丘、新鄉、安陽等平原地市的沉積巖區域，當鉆探深度在1800～2200m時，地層溫度可以達上述要求。但從保護地熱水資源的角度出發，對地熱采熱系統、地下地上熱交換系統進行設計，換熱井施工完成后，將熱水連到供暖區域，滿足供暖需要。上述這種只采熱不取水的供暖方式具有環保、高效，節約地熱水資源、采熱/制冷兩不誤等特點。積極推廣這種新型的地熱供暖、供生活熱水系統，是倡導國家保護地熱資源、合理開發利用地熱資源的實際行動，并具有良好的經濟和社會效益。

　　1地熱資源采熱的可行性

　　河南省的鄭州東部、開封、商丘、新鄉、安陽等多數地區基巖埋深均在1300m以上，下部基巖依次為三疊系、二疊系、石炭系，然后是奧陶系、寒武系灰巖，基巖以下的三疊系一般厚度較大，不同的地區因地質結構不同，同等深度的地熱增溫有一定的差異。

　　1.1熱儲可行

　　根據地熱采暖的一般要求，如果地下熱儲溫度達到55℃以上即具備開采利用價值。因此，河南省上述地區均具備地熱開發利用價值。

　　1.2技術可行

　　因地熱水資源是不可再生資源，當地熱開發到中后期，地熱水資源越來越少，甚至瀕臨枯竭，所以，采取直接取水供暖模式已明顯不可行。但隨著地熱供暖技術的不斷進步，探索通過熱交換系統將地下熱儲采集并輸送到地表，在地表進行二次熱交換，然后將熱量轉換到水介質供熱系統中，即可實現對服務區域供暖。

　　2地熱能換熱技術應用的優點

　　這種供暖系統因為不以開采地熱水為前提，具有如下特點：(1)減少環境污染，該系統以地下熱儲為能源，不采用燒煤、燒燃氣等加熱方式供暖，可減少CO2、SO2等污染物的排放，不污染環境;(2)地下換熱技術不開采地下熱水，有利于保護地下熱水資源;(3)該技術采用導熱介質作為傳熱載體，在井底段由井底熱交換器加熱后，經導管輸出到地表，在地表由另一部熱交換器將熱能轉換到地面水循環體系中，經過加熱的水由中央空調系統輸送到用戶家中，實現供暖，熱損少，熱交換效率較高。

　　(4)安全、經濟，該技術在運行過程中不消耗電力或只消耗很少的電能，就可不間斷地為用戶提供熱源，運行費用遠低于傳統供暖成本，安全經濟;(5)可行性強，目前的地熱鉆井技術已經呈現多樣化，經過鉆井施工企業的不斷努力，鉆井成本呈逐年下降趨勢，對地熱換熱供暖系統由理論推向實踐應用起到直接的推動作用，可行性較強。

　　3地熱鉆井施工技術方案

　　3.1地熱井身結構設計

　　一、二開均水泥固井，固井質量達到合格標準。

　　3.2鉆井設備選擇

　　根據該類地熱鉆井的設計深度、鉆進地層特點、鉆井周期及其他要求，可選用的鉆機有：ZJ20、ZJ30、ZJ40、TSJ-2600等型鉆機，泥漿泵可選用3NB-500、800、1000、1300系列，配備振動篩、除砂器、除泥器等泥漿凈化設備進行施工。

　　3.3鉆具組合

　　一開鉆具組合：Φ500mm牙輪鉆頭+Φ203mm鉆鋌2根+Φ177.8mm鉆鋌數根+133mm方鉆桿。二開鉆具組合：Φ311.1mm牙輪鉆頭+Φ172mm螺桿1根+Φ177.8mm鉆鋌1根+Φ308mm扶正器+Φ177.8mm鉆鋌8根+Φ127mm加重鉆桿10根+Φ127mm鉆桿(Φ89mm鉆桿)+133mm方鉆桿。

　　3.4鉆探設備安裝及鉆進技術要求

　　(1)設備安裝做到水平、周正、穩固，鉆機安裝要保持三點一線和轉盤水平。(2)施工現場布置應緊湊、整齊、合理，管材、工具和附屬設施應擺放整齊，所有物資材料不得隨意堆放。(3)合理布置泥漿循環系統，設置泥漿罐的泥漿凈化系統應按除渣、除砂、除泥的順序依次對泥漿進行凈化處理并對泥漿性能進行調整，之后進入下一循環過程。

　　(4)井場供電首選就近的變配電設施供電，當變配電設施不能滿足施工需要時，選用自備發電機組進行電力供應。(5)鉆進時，合理選擇鉆進參數，鉆壓不超過鉆鋌總重的80%，時刻注意轉速變化及鉆頭轉動情況，泵壓、泵量情況，發現異常及時處理。每打完一單根均應劃眼一至二次，確保鉆孔垂直、圓整。

　　(6)下鉆過程中，嚴格檢查入孔鉆具，并做好記錄，對問題鉆具堅決拒絕入孔。(7)在鉆進過快孔段要做好降低鉆速的措施，防止鉆進過快形成螺旋孔，或鉆屑上返不及時造成孔內復雜。

　　3.5鉆井液參數

　　一開：泥漿密度1.05～1.17g/cm3，漏斗黏度18～24s，濾失量<15mL/30min，pH8～9，泥餅厚度<1.0mm，含砂量<1%。二開：泥漿密度1.08～1.20g/cm3，漏斗黏度19～26s，濾失量<15mL/30min，pH8～10，泥餅厚度<1.0mm，含砂量<1%。

　　3.6直孔防斜技術措施(1)鉆機安裝應保證鉆塔天車、轉盤中心、鉆孔中心三點一線，鉆塔腳地基穩固可靠，嚴格控制鉆機安裝精度;(2)一開鉆進采用滿眼鉆具進行鉆井施工，建立鉆具多點支撐體系，提高下部鉆具的整體剛度;(3)鉆進時，時刻保持鉆壓在規定的范圍之內，使鉆具一直處于受拉狀態;(4)優化鉆進參數，合理控制鉆壓，送鉆均勻，地層變化時調整鉆進參數;(5)加強對孔斜的監測，發現孔斜及時采取措施控制孔斜，必要時采取糾偏手段糾斜。

　　3.7其他措施為使整個項目順利完成并達到預期目的，應采取相應的質量、工期、安全保證措施。目前鉆探行業正在推行環保鉆探，鉆井現場的環境保護尤為重要。因此，在確保鉆井安全的前提下，應采取各種環保措施，比如改善施工工藝，優選氣舉反循環、氣動潛孔錘、空氣(泡沫)鉆井等欠平衡鉆井技術，盡量避免泥漿對鉆孔周圍地層、外界環境的污染。如果采用泥漿循環，應選用對環境污染少的處理劑和添加劑，施工結束后的泥漿應采取除水、固化等措施，避免污染環境。

　　4井內熱交換系統

　　井內采用材料為PE-RT的輸水管線將導熱介質從外管與內管的環隙由加壓泵送到井底，在井底長距離的運行期間由地層高溫直接對導熱介質在熱交換器部位進行加熱，加熱后的導熱介質通過內管上返至地面的熱交換器內，完成井底加熱、傳送熱量到地面的任務。

　　5地面熱交換系統

　　經過加熱的導熱介質，通過地表熱交換裝置完成相關熱能轉換工作。傳輸出來的導熱介質在地面熱交換器管道內充分循環，將熱量高效傳遞到輸水管道的水介質中，被加熱后的熱水通過轉輸泵加壓送到客戶需要的區域，實現對小區、酒店、公共辦公大樓等客戶的供暖。

　　6中深層地熱熱交換系統特點、現存問題及下步研究方向

　　(1)地熱換熱井不開采地下水，只取熱，保護珍貴的地熱水資源;供暖過程中只消耗很少電力即可維持系統運轉，經濟安全;內管采用特種PE管或雙壁管，一次投入長期使用，據推測其壽命可達50年。(2)地熱井取水供暖時，地熱水回灌困難是困擾中深地熱供暖的難題，需要進一步研究地熱井抽回系統的設計、施工及運行試驗，方可獲得實踐依據(現在在供暖建成區已經顯現)。

　　(3)地熱井建成換熱井時，只取熱不取水，理念先進，但尚需對后續運營期的監測維護做好充分的準備工作。例如，冬期持續供暖狀況下，循環水經深部加熱后出水口水溫的衰減問題，衰減后繼續供暖達到穩定態后，需要向用戶供暖系統加熱的耗能狀況。(4)換熱系統中針對導熱介質的選擇，需要相關企業相應展開研究。選擇不同的導熱介質時，其應用效果會有差異，應合理甄選最適合的循環導熱介質。(5)供暖期間，取暖的過程是深部地層降溫、中上部、淺層地層加溫的過程，存在地表水體被動加熱現象，其對區域淺層水系、中部水系的熱影響程度如何(如對淺層水體熱污染、因淺層水體受熱后水質變化的情況)，還需在后期運行中開展監測、研究。

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　　礦井方向論文范文閱讀：地熱井施工技術現狀及使用問題探究

　　摘要：本文對地熱井的施工現狀和使用問題進行闡述，并進行了研究和分析，探討了地熱井的發展方向。

　　關鍵詞：地熱井;施工現狀;使用問題