時間:2012年10月12日 分類:推薦論文 次數:
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
Abstract: in this paper, the present situation of the construction of the use and geothermal well describes, and the research and analysis, this paper discusses the development direction of geothermal well.
Keywords: geothermal well; Construction the present situation; use
地熱作為一種清潔能源和資源,在礦泉飲用、養殖種植、發電、供暖、醫療保健和洗浴等方面廣泛的使用。隨著社會主義市場經濟的不斷發展和我國人民生活水平的提高,地熱資源的利用項目不斷增多,尤其是在我國的西安、天津和北京等地區,都有較快的發展,并形成了產業化的發展,在其它地區,對地熱資源的利用和開發也逐步發展起來,提高了環境效益、經濟效益和社會效益。但是,我國目前的施工技術、施工材料和施工工藝都存在著一定的缺陷,因此,會對地熱井的地質環境和使用壽命造成影響。
1、地熱井的施工技術現狀
我國目前主要有地礦、煤田和石油等系統實施地熱井施工工作,還有一些個體戶和股份有限公司,其中石油體系由于具有設備資源,因此占據了大部分市場。在鉆井深度上來說,我國的地熱井一般深度在1000m到4000m之間,流體的溫度一般維持在40到100攝氏度之間,在鉆探過程中遇到的地層主要是奧陶系、石炭系、三迭系、二迭系、第三系和第四系等。從鉆井的技術水平上來說,都有自身的特色,其中也存在著共同點,例如,使用的鉆頭多為三牙輪,使用回轉鉆進作為主要施工技術。不同點主要有:地礦、煤田和石油的鉆井技術有著獨特的行業特征,在成井材料、固井止水和鉆井結構上,有明確的反應。石油系統常用三開、四開的鉆井結構,使用水泥作為固井止水的材料,使用石油管材作為成井材料,鉆井使用的費用很高。煤田系統常用三開、四開的鉆井結構,使用水泥作為固井止水的材料,使用普通鋼管、石油管材作為成井材料,鉆井使用的費用較高。地礦系統常用三開、二開的鉆井結構,使用碎石粘土球作為固井止水的材料,使用橋式濾水管和普通鋼材作為成井材料,鉆井使用的費用較低。針對目前使用地熱井的情況,煤田系統和石油系統使用的石油套管和水泥固井技術較為合理。無論使用何種施工技術,對我國很多地區進行的地熱井檢測和調查的結果表明,地熱井的水量不斷減少,井管的錯位、破裂和腐蝕現象十分嚴重,出現上述問題的地熱井又會引起水量減少、水質惡化、水溫下降、出混水和涌砂的現象,最終導致地區性的地面沉降和深層水污染問題。
2、地熱井使用問題
地熱井在使用五年之后,都會出現水量不斷減少,井管的錯位、破裂和腐蝕等現象,出現上述問題的地熱井又會引起水量減少、水質惡化、水溫下降、出混水和涌砂的現象。對于煤田系統和石油系統的地熱井來說,很容易出現水量降低的問題,但是在地礦體系的地熱井之中,很容易產生出混水、涌砂、水質惡化和水溫下降的問題。尤其是在河南地區,地熱井在使用了三年之后,就會出現上述問題。
(一)地熱井水量減少
一般水井在使用了2到6年之后,都會出現水量減少的問題,尤其是地熱井的現象更為嚴重,主要是由以下幾個方面的原因組成的。
客觀上,首先,地層中的砂和粘土等顆粒和水中的有機物,會在重力和水流的作用下,在地熱井的井底沉淀,最終造成淤積,使含水層受到填充和掩埋。第二,地下水中還有大量的鈣離子和鎂離子等,這些離子和水之中的硫酸根和碳酸根等陰離子產生了反應,產生的沉淀物在裂縫中沉淀并膠結,最終使含水層堵塞。第三,在地下水的缺氧條件下,鐵離子會以無色的形式存在,一旦進行抽水,或者動水位和靜水位的水與空氣接觸之后,水中出現化學反應,產生了黃色沉淀物,隨著時間的增長,沉淀物不斷增加,這些沉淀物又和其它沉淀物一起在井內淤積,使水井的深度減少,掩埋了大部分的進水通道,最終造成了水量的不斷減少。第四,地熱井中的井管結垢和腐蝕現象十分普遍,尤其是地熱井之中的沉淀膠結會進一步增加金屬腐蝕的速度,腐蝕物通過進一步的反應又會產生新的結垢物,隨著時間的增加不斷增多,尤其是在濾水管縫隙之中充滿了高強度結垢物之后,會對進水通道造成了堵塞。第五,地熱井之中的微生物粘泥還會造成堵塞,厭氧菌、硫酸鹽和鐵細菌都會造成堵塞地熱井井管的現象。上述微生物能夠通過自身的大量繁殖產生結垢的現象,另一方面上述微生物會產生大量的分泌物,分泌物和其它物質發生化學反應,最終在地熱井中產生膠結物。在地熱井的金屬井管中經常會看見由很多鐵細菌繁殖產生的銹蝕,鐵細菌只能在含有鐵的水中進行生長,并在在鐵化合物之中包裹,鐵細菌是一種好氧菌,但是水的含氧量不能太多,最終在水中生長出紅棕色的沉淀物。
(二)地熱井金屬井管錯位、破裂和腐蝕
隨著環境對土壤和地下水造成的重要污染,金屬井管會產生嚴重的腐蝕,產生腐蝕的環境主要有土壤和地下水介質兩種。在金屬井管破裂、腐蝕之后,會造成水質惡化、水溫下降、出混水和水井涌砂的現象。當地熱井金屬井管具有很高雜質含量并且表面粗糙的特征,水介質中的井管會產生腐蝕電池。腐蝕學上將較為活潑的地點稱為陽極,將不活潑的地點稱為陰極,陰極很容易受到腐蝕,在一般的水中,會產生氧化還原反應。在一些舊的地熱井之中,經常會出現黑色水和黃色水的現象,這也是金屬井管被腐蝕的現象,產物在干燥之后會形成粉末狀,具有密度較小的特征,存在于地熱井的縫隙之中。
金屬井管普遍存在著被腐蝕的現象,但是一些地區的井管受到多種類型的腐蝕,以局部孔蝕為主,腐蝕的類型主要有以下幾種。第一,均勻腐蝕,指的是在腐蝕過程中,金屬井管的暴露面上受到均勻的腐蝕,金屬井管變薄,在一些地下水的酸堿度偏低的地區很容易出現上述狀況。第二,電偶腐蝕,指的是在一些導電性很強的水介質之中存在著不同的金屬,因為金屬具有不同的電位電極,很容易造成電子的行動,最終形成腐蝕電池。第三,縫隙腐蝕,指的是在井管的縫隙之中存在著靜止流體,最終形成腐蝕電池,在任何地熱井之中都存在著這種類型的腐蝕,產生的主要沉積物有微生物黏泥、水垢、腐蝕產物和泥沙等。同時,還存在著孔蝕、磨損腐蝕和應力腐蝕等。
金屬井管在土壤之中的腐蝕原理和在水中的腐蝕原理相同,因為土壤具有固定性、不均勻性和多相性的特征,最終導致腐蝕電池的產生。土壤的含鹽量、酸度、電阻率、含水量和孔隙度都會對井管的腐蝕程度產生影響。當溫度在三十攝氏度左右的時候,土壤中存在著大量的硫酸鹽,這些厭氧菌參與了整個電極的反應過程。在一些地區,金屬井管在較短的時間中就出現了嚴重的腐蝕現象,這是由于多種腐蝕造成的。
總之,金屬井管的腐蝕和膠結成垢是一種十分常見的現象,會對地熱井的使用壽命造成影響,同時,腐蝕和結垢相互促進、相互影響和相互伴生,結垢能夠加快腐蝕的速度,腐蝕能夠加快結垢的速度。金屬井管的錯位主要發生在裂縫區、采煤區,主要是因為地層應力不均勻和地質應力不均勻造成的。
3、結語
總之,在我國目前的技術水平和經濟水平之下,無法從根本上避免上述問題,但是可以通過相關的施工手段進行解決,隨著知識經濟的來臨,地熱鉆探技術的新方法、新技術、新研究不斷發展,應該制定規范的工程驗收標準和施工規范,對地熱井市場進行科學化的管理,投入大量的人力、物力、財力對新工藝和新材料進行應用和研究,加快過濾器的推廣和研制工作,同時,定期對舊井進行處理,使地熱井出現的問題能夠及時解決。
參考文獻:
[1]魏俊英,曲煒.華北平原區第三系地熱井泵室管底部密封形式探討[J].上海:同濟大學出版社,2007.
[2]鄒國劍.河南地熱(中深)井金屬井管腐蝕與結垢試驗研究[J].上海:電子科技大學出版社,2009.
[3]院丕文.新鄉市博筑花園地熱井施工技術 [J].科技創業月刊.2010,8.
[4]陸衛明.地熱井常見主要問題分析與研究[J].上海:電子科技大學出版社,2010.
[5]張德琴.沾化地熱井施工技術[J].計算機工程與應用,2009.