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摘要:本文以河南省部分地區(qū)地?zé)醿Σ靥攸c為例,在進行地?zé)豳Y源開采的時候選用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱介質(zhì)直接將熱能帶到地表,通過地表熱交換系統(tǒng)將熱能轉(zhuǎn)儲到水中,由加熱后的熱水向用戶供暖,滿足小區(qū)、醫(yī)院、公共辦公場所、酒店公寓等冬期供暖需要。整個熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和地表熱交換系統(tǒng)嚴(yán)格密封,不存在介質(zhì)滲漏現(xiàn)象,而且換熱效率高,既達到供暖要求,又不污染環(huán)境,是一種實用性極強的地?zé)釕?yīng)用系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:地?zé)?環(huán)保;熱交換
0前言
河南省地處中原地帶、黃河中下游地區(qū),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?zé)醿Σ貏?chuàng)造了良好的條件。但近年來因開采層位集中而且以開采地?zé)釡厮疄橹鳎_采幅度大,在鄭州、漯河、開封、周口、商丘、新鄉(xiāng)、安陽等地區(qū)已形成地下漏斗,給淺部地?zé)衢_發(fā)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(jīng)逐步開展深部地?zé)衢_發(fā)應(yīng)用,因為開采層位多數(shù)為新近系明化鎮(zhèn)組、古近系館陶組砂巖系列含水層,孔隙率相對穩(wěn)定致密,抽水量穩(wěn)定,回灌時因受孔隙水壓力影響較為困難,所以,在地?zé)崂孟到y(tǒng)中采取一抽二回或一抽三回的地?zé)岢榛叵到y(tǒng)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(jié)構(gòu)采熱段采用定向井技術(shù),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?qū)泳男问介_采地?zé)幔纬裳h(huán)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(fā)展。從已掌握的現(xiàn)有資料可知,上述河南區(qū)域的中深層地?zé)嵋缘蜏氐責(zé)釣橹鳎礈厮?35℃~50℃),儲藏深度900~1300m;溫?zé)崴?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(qū)開發(fā)地?zé)嵘疃纫?500m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(jù)國家大政方針要求,地?zé)衢_采必須進行回灌,否則地方水務(wù)管理部門不能審批地?zé)衢_采項目。河南地?zé)嵋灾械蜏責(zé)醿橹鳎鶕?jù)地?zé)衢_采的一般規(guī)律,地?zé)峋疁y井溫度在60℃以上時,成井結(jié)束后經(jīng)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(xiāng)、安陽等平原地市的沉積巖區(qū)域,當(dāng)鉆探深度在1800~2200m時,地層溫度可以達上述要求。但從保護地?zé)崴Y源的角度出發(fā),對地?zé)岵蔁嵯到y(tǒng)、地下地上熱交換系統(tǒng)進行設(shè)計,換熱井施工完成后,將熱水連到供暖區(qū)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(huán)保、高效,節(jié)約地?zé)崴Y源、采熱/制冷兩不誤等特點。積極推廣這種新型的地?zé)峁┡⒐┥顭崴到y(tǒng),是倡導(dǎo)國家保護地?zé)豳Y源、合理開發(fā)利用地?zé)豳Y源的實際行動,并具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
1地?zé)豳Y源采熱的可行性
河南省的鄭州東部、開封、商丘、新鄉(xiāng)、安陽等多數(shù)地區(qū)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?guī)r,基巖以下的三疊系一般厚度較大,不同的地區(qū)因地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同,同等深度的地?zé)嵩鰷赜幸欢ǖ牟町悺?/p>
1.1熱儲可行
根據(jù)地?zé)岵膳囊话阋螅绻叵聼醿囟冗_到55℃以上即具備開采利用價值。因此,河南省上述地區(qū)均具備地?zé)衢_發(fā)利用價值。
1.2技術(shù)可行
因地?zé)崴Y源是不可再生資源,當(dāng)?shù)責(zé)衢_發(fā)到中后期,地?zé)崴Y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?zé)峁┡夹g(shù)的不斷進步,探索通過熱交換系統(tǒng)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(zhuǎn)換到水介質(zhì)供熱系統(tǒng)中,即可實現(xiàn)對服務(wù)區(qū)域供暖。
2地?zé)崮軗Q熱技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點
這種供暖系統(tǒng)因為不以開采地?zé)崴疄榍疤幔哂腥缦绿攸c:(1)減少環(huán)境污染,該系統(tǒng)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(huán)境;(2)地下?lián)Q熱技術(shù)不開采地下熱水,有利于保護地下熱水資源;(3)該技術(shù)采用導(dǎo)熱介質(zhì)作為傳熱載體,在井底段由井底熱交換器加熱后,經(jīng)導(dǎo)管輸出到地表,在地表由另一部熱交換器將熱能轉(zhuǎn)換到地面水循環(huán)體系中,經(jīng)過加熱的水由中央空調(diào)系統(tǒng)輸送到用戶家中,實現(xiàn)供暖,熱損少,熱交換效率較高。
(4)安全、經(jīng)濟,該技術(shù)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(tǒng)供暖成本,安全經(jīng)濟;(5)可行性強,目前的地?zé)徙@井技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)多樣化,經(jīng)過鉆井施工企業(yè)的不斷努力,鉆井成本呈逐年下降趨勢,對地?zé)釗Q熱供暖系統(tǒng)由理論推向?qū)嵺`應(yīng)用起到直接的推動作用,可行性較強。
3地?zé)徙@井施工技術(shù)方案
3.1地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)設(shè)計
一、二開均水泥固井,固井質(zhì)量達到合格標(biāo)準(zhǔn)。
3.2鉆井設(shè)備選擇
根據(jù)該類地?zé)徙@井的設(shè)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(shè)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(shù)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(shè)備安裝及鉆進技術(shù)要求
(1)設(shè)備安裝做到水平、周正、穩(wěn)固,鉆機安裝要保持三點一線和轉(zhuǎn)盤水平。(2)施工現(xiàn)場布置應(yīng)緊湊、整齊、合理,管材、工具和附屬設(shè)施應(yīng)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(huán)系統(tǒng),設(shè)置泥漿罐的泥漿凈化系統(tǒng)應(yīng)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(diào)整,之后進入下一循環(huán)過程。
(4)井場供電首選就近的變配電設(shè)施供電,當(dāng)變配電設(shè)施不能滿足施工需要時,選用自備發(fā)電機組進行電力供應(yīng)。(5)鉆進時,合理選擇鉆進參數(shù),鉆壓不超過鉆鋌總重的80%,時刻注意轉(zhuǎn)速變化及鉆頭轉(zhuǎn)動情況,泵壓、泵量情況,發(fā)現(xiàn)異常及時處理。每打完一單根均應(yīng)劃眼一至二次,確保鉆孔垂直、圓整。
(6)下鉆過程中,嚴(yán)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(nèi)復(fù)雜。
3.5鉆井液參數(shù)
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(shù)措施(1)鉆機安裝應(yīng)保證鉆塔天車、轉(zhuǎn)盤中心、鉆孔中心三點一線,鉆塔腳地基穩(wěn)固可靠,嚴(yán)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(guī)定的范圍之內(nèi),使鉆具一直處于受拉狀態(tài);(4)優(yōu)化鉆進參數(shù),合理控制鉆壓,送鉆均勻,地層變化時調(diào)整鉆進參數(shù);(5)加強對孔斜的監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)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(yù)期目的,應(yīng)采取相應(yīng)的質(zhì)量、工期、安全保證措施。目前鉆探行業(yè)正在推行環(huán)保鉆探,鉆井現(xiàn)場的環(huán)境保護尤為重要。因此,在確保鉆井安全的前提下,應(yīng)采取各種環(huán)保措施,比如改善施工工藝,優(yōu)選氣舉反循環(huán)、氣動潛孔錘、空氣(泡沫)鉆井等欠平衡鉆井技術(shù),盡量避免泥漿對鉆孔周圍地層、外界環(huán)境的污染。如果采用泥漿循環(huán),應(yīng)選用對環(huán)境污染少的處理劑和添加劑,施工結(jié)束后的泥漿應(yīng)采取除水、固化等措施,避免污染環(huán)境。
4井內(nèi)熱交換系統(tǒng)
井內(nèi)采用材料為PE-RT的輸水管線將導(dǎo)熱介質(zhì)從外管與內(nèi)管的環(huán)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(dǎo)熱介質(zhì)在熱交換器部位進行加熱,加熱后的導(dǎo)熱介質(zhì)通過內(nèi)管上返至地面的熱交換器內(nèi),完成井底加熱、傳送熱量到地面的任務(wù)。
5地面熱交換系統(tǒng)
經(jīng)過加熱的導(dǎo)熱介質(zhì),通過地表熱交換裝置完成相關(guān)熱能轉(zhuǎn)換工作。傳輸出來的導(dǎo)熱介質(zhì)在地面熱交換器管道內(nèi)充分循環(huán),將熱量高效傳遞到輸水管道的水介質(zhì)中,被加熱后的熱水通過轉(zhuǎn)輸泵加壓送到客戶需要的區(qū)域,實現(xiàn)對小區(qū)、酒店、公共辦公大樓等客戶的供暖。
6中深層地?zé)釤峤粨Q系統(tǒng)特點、現(xiàn)存問題及下步研究方向
(1)地?zé)釗Q熱井不開采地下水,只取熱,保護珍貴的地?zé)崴Y源;供暖過程中只消耗很少電力即可維持系統(tǒng)運轉(zhuǎn),經(jīng)濟安全;內(nèi)管采用特種PE管或雙壁管,一次投入長期使用,據(jù)推測其壽命可達50年。(2)地?zé)峋∷┡瘯r,地?zé)崴毓嗬щy是困擾中深地?zé)峁┡碾y題,需要進一步研究地?zé)峋榛叵到y(tǒng)的設(shè)計、施工及運行試驗,方可獲得實踐依據(jù)(現(xiàn)在在供暖建成區(qū)已經(jīng)顯現(xiàn))。
(3)地?zé)峋ǔ蓳Q熱井時,只取熱不取水,理念先進,但尚需對后續(xù)運營期的監(jiān)測維護做好充分的準(zhǔn)備工作。例如,冬期持續(xù)供暖狀況下,循環(huán)水經(jīng)深部加熱后出水口水溫的衰減問題,衰減后繼續(xù)供暖達到穩(wěn)定態(tài)后,需要向用戶供暖系統(tǒng)加熱的耗能狀況。(4)換熱系統(tǒng)中針對導(dǎo)熱介質(zhì)的選擇,需要相關(guān)企業(yè)相應(yīng)展開研究。選擇不同的導(dǎo)熱介質(zhì)時,其應(yīng)用效果會有差異,應(yīng)合理甄選最適合的循環(huán)導(dǎo)熱介質(zhì)。(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(xiàn)象,其對區(qū)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(zhì)變化的情況),還需在后期運行中開展監(jiān)測、研究。
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礦井方向論文范文閱讀:地?zé)峋┕ぜ夹g(shù)現(xiàn)狀及使用問題探究
摘要:本文對地?zé)峋氖┕がF(xiàn)狀和使用問題進行闡述,并進行了研究和分析,探討了地?zé)峋陌l(fā)展方向。
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