氣鉆溫泉打井隊

地熱鉆井是一種高科技特殊技術，用鉆機打入地下將熱量傳導出來。是地熱勘查，開采，及利用所必須的手段。地熱鉆井工作部署及其復雜、精密，對于高溫地熱田，深度可達2000米，少數(shù)低于2000米的都在600-900之間，需要在地球物理、地球化學資料的技術上對該地地質進行勘探，選擇地熱源勘查開發(fā)代表性地段進行部署工程。

目前，我國地下能源采集系統(tǒng)主要是通過鉆井工程，利用抽取地下水方式進行能量提取或交換，確保地下水及時回灌，即鉆井技術，管材選擇及工程質量等將直接影響地下能量的采集與地下水回灌，鉆井工藝主要有正循環(huán)泥漿回轉鉆進和沖擊鉆進兩種，以前者為主，成井管材有普通鋼管 鍍鋅橋式過濾管，鑄鐵管 鉆孔纏絲過濾管和水泥管 包棕三種類型，在同樣地層中，不同的鉆進方法，管材和施工隊伍，其地下水出水量，回灌效果，運行質量和使用壽命等均不同。關于高溫巖體地熱能，zui早出自于20世紀70年代石油危機后美國科學家提出的利用地下深層結晶質巖層中地熱能發(fā)電的建議，當時取名“熱干巖體”（Hot DryRock）。高溫巖體地熱能的開發(fā)利用，簡單地說，就是鉆一些深井（3000～5000m 深）達到地下結晶質巖層，那里的溫度一般可達150～350℃；采用相應的井下作業(yè)措施（如射孔、爆炸、水力壓裂、酸化等），在高溫巖體中造成具有高滲透性的裂縫體系，也就是建造所謂的“換熱構造”或稱“人工熱儲”；從一口（或幾口）井注入冷水，經(jīng)裂縫換熱構造加熱后，從另外一些井采出熱水；在地面上將這些熱水采用二元發(fā)電裝置，即用低沸點二次工質的有機朗肯循環(huán)，或用氨/ 水混合物作為二次工質的卡里納循環(huán)（Kalina Cycle）發(fā)電（圖3）。在有熱負荷的地區(qū)，進行熱電聯(lián)產(chǎn)，也可以只用于供熱地熱勘查的查明內容包括，地儲量的分布、類型、埋藏地點及滲透性等，這些都是作為地熱井生產(chǎn)能力大小的重點。

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高溫巖體地熱是地熱能——蘊藏在地球內部的巨大天然熱能的一種，但是又不同于一般的地熱能。一般的地熱指的是深度在3000m以內的巖層熱（源），而“高溫巖體地熱”指的則是深度在3000～5000m、溫度達150～350℃的結晶質巖石熱（源）。

地球是由地殼、地幔和地核組成的實心球體，半徑達6370km。地殼是地球的外層，非常薄，約占地球內部構造的1/200左右，大陸地殼平均厚度約35km，而海洋地殼僅10km，zui薄處只有7km；地幔是地球的中間層，厚達2900km，分為上地幔和下地幔。由地幔向地核延伸，地震波突然中斷，表明地核處于液態(tài)，地核總厚度達3473km。

對井系統(tǒng)和多井系統(tǒng),是目前國內外地下水源熱泵采能工程中,應用較為廣泛的地下水抽、灌模式。該模式的主要優(yōu)點是:(l)可以針對供暖和制冷兩種不同的模式采用抽、灌井季節(jié)性交替的工作模式,提高熱泵機組的功效;(2)采用季節(jié)性交替的運行方式,達到回灌井定期反揚的目的,能有效地提高回灌井的回灌率;(3)可以根據(jù)實際的地質條件,合理布設抽、灌井的井位,降低采、灌井之間強烈的溫度干擾。相比而言,對井或多井系統(tǒng)的前期成井費用投人較單井系統(tǒng)要高。

對井系統(tǒng)和多井系統(tǒng)的地下水動力場形狀較為相似。在對井系統(tǒng)運行過程中,如果集中抽、灌區(qū)的含水層為水平巖層,抽、灌井的結構相同,則抽、灌區(qū)之間的地下水流近似呈水平流動,抽水井和回灌井附近為三維流;若抽水井和回灌井的濾管結構不同,或者主含水層中存在透鏡體夾層、連續(xù)的弱透水層,且地下水的抽取和回灌分別位于弱透水層的下部和上部,則抽、灌區(qū)之間的地下水流為明顯的三維流。圖1所示為對井抽、灌系統(tǒng)運行模式下,地下水的流動特征。地熱能的熱量主要來自地球內部巖石和礦物中的放射性元素衰變所產(chǎn)生的巨大熱量，這些放射性元素豐度高、產(chǎn)熱效率高、半衰期與地球年齡相當，多集中在地表層數(shù)百千米范圍內。有人曾估計，在地球的熱歷史中，地球內部由放射性元素衰變而產(chǎn)生的熱量平均每年為5 萬億億卡（5×1024cal/a），可見地球實在是一個地道的熱球。還有人估計，若以燃燒世界所有的煤炭獲得的熱量為基準，石油僅為煤炭的8%，核燃料為15%，而高溫巖體地熱資源則為煤炭的1.7億倍。正因為如此，高溫巖體地熱能受到世界各國普遍的重視?？辈榈纳疃?、儲量、埋藏點、當前開發(fā)的經(jīng)濟實力及市場需求量都有所關聯(lián)。

地熱勘查應實行"探采結合"的原則，地熱地質勘查鉆孔能成井開采利用的，應按成井技術要求實施;地熱開采井的鉆井地質編錄、測井、完井試驗與地質資料手機整理除按成井技術要求實施外，還應按地質勘查要求，取全取準各項地熱地質資料。地下水源熱泵采能工程的開采目標為淺層地熱能,但需要以地下水作為傳熱載體。為確保采能系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定運行,必需具備充足的地下水源條件。出于地下水資源保護的目的,同時為了維持取水設施的穩(wěn)定供水,通常都需要將換熱后的地下水全部近距離回灌。目前,國內外普遍選用地下水井作為取水和回灌的設施,共分3種地下水抽灌模式:

于鉆井技術與隊伍水平參差不齊，淺層地熱能開發(fā)利用存在如下問題，水井質量，主要表現(xiàn)為水量小且逐年減小，含砂量及有害物質超標，使用壽命低等，回灌難，由于不了解當?shù)厮牡刭|條件和成井技術差，導致回灌率逐年降低，甚至為零，地下水浪費，在回灌難情況下，普遍存在將回水管與城市地下水排污管道連通，導致地下水浪費與區(qū)域性水位急劇下降，地面沉降開裂等地質環(huán)境問題。單井系統(tǒng)(同井抽灌)、對井系統(tǒng)(一抽一灌)和多井系統(tǒng)(一眼抽水井對應兩眼或多眼回灌井)。具體抽灌模式的選取,視含水層的回灌率和單井設計抽灌量的大小而定。一般而言,單井系統(tǒng)適用于含水層厚度較大且回灌率較高的地區(qū),如粗砂、卵礫石含水層;對井系統(tǒng)常用于含水層回灌率適中的地區(qū);對于含水層回灌率較弱的地區(qū),常選用多井系統(tǒng)。

單井系統(tǒng)的回灌段一般位于生產(chǎn)井的上半部分,抽水段則位于下半段。在系統(tǒng)運行過程中,回灌段附近為水頭升高區(qū)(反降落漏斗),抽水段附近為水頭下降區(qū)(正降落漏斗);受抽、灌區(qū)水頭差的作用,如果抽、灌段之間的滲透性較好,則回灌水將通過回灌段和抽水段之間的巖土層向抽水區(qū)滲流,并在以開采段和回灌段為中心的一定的空間范圍內形成地下水局部環(huán)流現(xiàn)象;若在開采段和回灌段之間存在弱透水層或隔水夾層,則回灌區(qū)的地下水將以水平向外發(fā)散運動為主,而開采區(qū)的地下水則以徑向水平匯集為主。我國具有賦存地熱資源的良好地理環(huán)境和地質條件。近年來隨著經(jīng)濟發(fā)展的良好態(tài)勢,地熱資源的開發(fā)應用雖已取得了很好的效益,但潛力依然很大,亟待做好以下工作:

(1)若干高溫地熱區(qū)帶(如西藏、云南騰沖等地)勘探尚待深化。

(2)有希望的干熱巖(如東南沿海大面積的花崗巖體)有待擇地勘查。

(3)地溫差率特別明顯的熱異常地區(qū)(如三北地區(qū)若干沉積盆地)有待施鉆。

(4)地熱地質等基礎理論和相關科學研究亦有待進一步深化。

(5)在地熱綜合利用、梯級利用和充分發(fā)揮熱效能方面亦應經(jīng)驗積累和研究。

(6)為避免地下熱水過量開采而導致水位與地面下降乃至誘發(fā)地震,要因地制宜地控采或回灌。

(7)重視資源勘查經(jīng)驗積累,要吸取國外在此方面的*勘探方法和技術(如遙感、地球物理與地球化學勘探、大地熱流調查以及對已有井孔進行觀測與資料再應用等)。

(8)注重對高礦化度地熱水的管網(wǎng)防腐、設備除垢和環(huán)境污染等問題的研究。