氣鉆溫泉打井隊

地?zé)徙@井是一種高科技特殊技術(shù)，用鉆機(jī)打入地下將熱量傳導(dǎo)出來。是地?zé)峥辈?，開采，及利用所必須的手段。地?zé)徙@井工作部署及其復(fù)雜、精密，對于高溫地?zé)崽?，深度可達(dá)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(xué)資料的技術(shù)上對該地地質(zhì)進(jìn)行勘探，選擇地?zé)嵩纯辈殚_發(fā)代表性地段進(jìn)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(jìn)行能量提取或交換，確保地下水及時回灌，即鉆井技術(shù)，管材選擇及工程質(zhì)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(zhuǎn)鉆進(jìn)和沖擊鉆進(jìn)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(jìn)方法，管材和施工隊伍，其地下水出水量，回灌效果，運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命等均不同。關(guān)于高溫巖體地?zé)崮?，zui早出自于20世紀(jì)70年代石油危機(jī)后美國科學(xué)家提出的利用地下深層結(jié)晶質(zhì)巖層中地?zé)崮馨l(fā)電的建議，當(dāng)時取名“熱干巖體”（Hot DryRock）。高溫巖體地?zé)崮艿拈_發(fā)利用，簡單地說，就是鉆一些深井（3000～5000m 深）達(dá)到地下結(jié)晶質(zhì)巖層，那里的溫度一般可達(dá)150～350℃；采用相應(yīng)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(gòu)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(gòu)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(diǎn)二次工質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)，或用氨/ 水混合物作為二次工質(zhì)的卡里納循環(huán)（Kalina Cycle）發(fā)電（圖3）。在有熱負(fù)荷的地區(qū)，進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，也可以只用于供熱地?zé)峥辈榈牟槊鲀?nèi)容包括，地儲量的分布、類型、埋藏地點(diǎn)及滲透性等，這些都是作為地?zé)峋a(chǎn)能力大小的重點(diǎn)。

氣鉆溫泉打井隊

高溫巖體地?zé)崾堑責(zé)崮?mdash;—蘊(yùn)藏在地球內(nèi)部的巨大天然熱能的一種，但是又不同于一般的地?zé)崮堋Ｒ话愕牡責(zé)嶂傅氖巧疃仍?000m以內(nèi)的巖層熱（源），而“高溫巖體地?zé)?rdquo;指的則是深度在3000～5000m、溫度達(dá)150～350℃的結(jié)晶質(zhì)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(dá)6370km。地殼是地球的外層，非常薄，約占地球內(nèi)部構(gòu)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(dá)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(dá)3473km。

對井系統(tǒng)和多井系統(tǒng),是目前國內(nèi)外地下水源熱泵采能工程中,應(yīng)用較為廣泛的地下水抽、灌模式。該模式的主要優(yōu)點(diǎn)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(jī)組的功效;(2)采用季節(jié)性交替的運(yùn)行方式,達(dá)到回灌井定期反揚(yáng)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(zhì)條件,合理布設(shè)抽、灌井的井位,降低采、灌井之間強(qiáng)烈的溫度干擾。相比而言,對井或多井系統(tǒng)的前期成井費(fèi)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(yùn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yùn)行模式下,地下水的流動特征。地?zé)崮艿臒崃恐饕獊碜缘厍騼?nèi)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(dāng)，多集中在地表層數(shù)百千米范圍內(nèi)。有人曾估計，在地球的熱歷史中，地球內(nèi)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?qū)嵲谑且粋€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(zhǔn)，石油僅為煤炭的8%，核燃料為15%，而高溫巖體地?zé)豳Y源則為煤炭的1.7億倍。正因為如此，高溫巖體地?zé)崮苁艿绞澜绺鲊毡榈闹匾??？辈榈纳疃取α?、埋藏點(diǎn)、當(dāng)前開發(fā)的經(jīng)濟(jì)實力及市場需求量都有所關(guān)聯(lián)。

地?zé)峥辈閼?yīng)實行"探采結(jié)合"的原則，地?zé)岬刭|(zhì)勘查鉆孔能成井開采利用的，應(yīng)按成井技術(shù)要求實施;地?zé)衢_采井的鉆井地質(zhì)編錄、測井、完井試驗與地質(zhì)資料手機(jī)整理除按成井技術(shù)要求實施外，還應(yīng)按地質(zhì)勘查要求，取全取準(zhǔn)各項地?zé)岬刭|(zhì)資料。地下水源熱泵采能工程的開采目標(biāo)為淺層地?zé)崮?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(yùn)行,必需具備充足的地下水源條件。出于地下水資源保護(hù)的目的,同時為了維持取水設(shè)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(nèi)外普遍選用地下水井作為取水和回灌的設(shè)施,共分3種地下水抽灌模式:

于鉆井技術(shù)與隊伍水平參差不齊，淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用存在如下問題，水井質(zhì)量，主要表現(xiàn)為水量小且逐年減小，含砂量及有害物質(zhì)超標(biāo)，使用壽命低等，回灌難，由于不了解當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件和成井技術(shù)差，導(dǎo)致回灌率逐年降低，甚至為零，地下水浪費(fèi)，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(dǎo)致地下水浪費(fèi)與區(qū)域性水位急劇下降，地面沉降開裂等地質(zhì)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(yīng)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(shè)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(yùn)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(nèi)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(yùn)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?zé)豳Y源的良好地理環(huán)境和地質(zhì)條件。近年來隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的良好態(tài)勢,地?zé)豳Y源的開發(fā)應(yīng)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?zé)釁^(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?zé)岬刭|(zhì)等基礎(chǔ)理論和相關(guān)科學(xué)研究亦有待進(jìn)一步深化。

(5)在地?zé)峋C合利用、梯級利用和充分發(fā)揮熱效能方面亦應(yīng)經(jīng)驗積累和研究。

(6)為避免地下熱水過量開采而導(dǎo)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(shù)(如遙感、地球物理與地球化學(xué)勘探、大地?zé)崃髡{(diào)查以及對已有井孔進(jìn)行觀測與資料再應(yīng)用等)。

(8)注重對高礦化度地?zé)崴墓芫W(wǎng)防腐、設(shè)備除垢和環(huán)境污染等問題的研究。