一种水源热泵回灌技术方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地热能源开采利用技术。
[0002] 背景要求
[0003] 水源热泵，是一种可循环使用的清洁能源，回其具有经济节能环保等优势，在我国 南方广大地区已被广泛采用，特别是取用地下水作为热、冷源已广泛使用。取热、冷源后的 水需重新回灌地下才能循环利用，其回灌水技术通常采用回灌井进行自然回灌，使已取热、 冷源后的水重新回灌到地下含水层中。一般情况下，地下水回灌因地下水水头压力影响，其 回灌较为困难，很多地区都采用一个取水井、多个开采井的办法。
[0004] 由于打的回灌井数多、占地面积大、投资成本高，一定程度上限制了该技术的实 施，且很多回灌井井距较近、回灌层较浅，影响了回灌水的增温还原，致使使用一段时间后 水温越来越低，成本越来越高；还有的因回灌层位不对或回灌量小于取水量造成地下水资 源逐年减少，甚至枯竭。
[0005] ①专利申请号201220438425. 7地源热泵地下水分层回水系统的专利中只考虑了 分层回灌的回灌效果和少占土地，却忽视了回灌井与取水井的距离关系到回水增温还原效 果和不同深度回灌会影响含水层垂向渗透和横向导通结构，使整个浅层地温场遭到破坏。 同时两眼回灌井也不经济，且难以保证回灌能力和预期。
[0006] ②CN201210003853. 1、一种地下水回灌促渗方法，其回灌速度在于排气形成的负 压，但当地下水中气体排净后，地下水回渗速度会骤减，且该技术回灌定量的地下水还可 以，但持久的回灌根本做不到。
[0007] ③专利申请号201410036976. 4、全密封地下水原水持续抽灌系统，该专利想要封 闭地下水回灌，防止地下水氧化，但地下水在提取的过程中，由于温度的变化就已经氧化， 根本达不到封闭的效果；另外地下水的回灌与含水层的水头压力及含水层的渗透系数有 关，与是否封闭地下水无关。因此该系统不能确保回灌量及持续回灌的能力；如作为水源热 泵它还缺少回灌水增温还原措施。
[0008] ④专利申请号201110415851. 9、一种抽取及回灌地下水的管路系统，该系统只是 利用地层的自然渗透条件来进行开采与回灌，但多数条件下很难达到预期目的。一是要求 回灌地层压力小< 2mp ;二是渗透率高k彡30m/d ;才能保证实现。但按照该专利述求是三 眼井满足两抽一灌目的，其必要条件是回灌量多开采量，即单井回灌是开采量的2倍。这是 违反地热开采回灌规律的，永远不可能实现的。
[0009] 水源热泵回灌技术必须要解决的三个问题：一是解决回灌量的问题，即解决热储 层渗透率；二是解决回水增温，提温后的水经过回灌循环补温后，再抽取出来水温能恢复到 原始水平；三是降低投入，达到"一采一灌"，避免"一采多灌"，必然节约成本。
【发明内容】
[0010] 本发明的目地就是针对上述现有技术存在的问题，研宄设计一种水源热泵回灌技 术方法，达到确保增大回灌水渗透速度和储存空间、为回水提温提供条件、避免和防止地 下水资源衰竭、且使水源热泵技术可在贫水地区及高寒地区得到应用和发展的目的。
[0011] 本发明的目的是这样实现的：
[0012] -种水源热泵回灌技术方法如下：
[0013] (1)水热源泵开采井群设计
[0014] ①根据地质水文地质条件和总的热能需求，确定拟开采井数量按照I : 1的采灌 比确定拟回灌井数量及井径、井距；
[0015] ②根据场地面积大小和地质条件，确定一组采灌井的井位、井距；井距控制在 150m~2500m之间；井深控制在50m~180m之间；开采井和回灌井的钻孔直径在450mm~ 800mm，井管直径220mm~500mm ;滤水管采用打眼缠丝过滤器孔隙率大于30% ;
[0016] ③井距确定
[0017] 在松散和半坚硬岩层孔隙水和基岩裂隙孔隙水分布区，井间距以大于2倍最大开 采量的开采井影响半径，井距Lab彡ZR 0Iiiax,式中Lab为开采井A道回灌井B的距离，R0Iiiax 为估算最大开采量影响半径；
[0018] 在坚硬岩层的基岩裂隙水分布区，井距的确定应以水力压裂理论影响范围最小半 径的2倍或理论水力定向压裂的最短距离的2倍，即L abS 2RMIN。式中LAB为开采井与回灌 井的距离，心"为水力压裂理论定向压裂最小压裂长度或最小压裂半径；在满足上述条件下 可以实施两眼井对向压裂，拟联通的两眼井分别向彼此方向进行定向压裂，确保在最短压 裂长度条件下联通；
[0019] (2)水源井群施工
[0020] 1)孔隙水分布区的松散地层
[0021] ①井位确定：在资料收集、地面调查和物探测深工作基础上，根据地质条件、场地 条件、含水层厚度、粒度进行布设，同时根据收集资料或经验数据，选择含水层厚度大于5 米、粒径粗的砂砾石层、南方地区深埋大于10米、北方地区深埋大于30米；
[0022] ②钻井技术方法：采用QDG-200型反循环钻机或类似型号钻机进行垂向开采井与 回灌井施工，严格按照设计要求和施工规范实施；
[0023] ③联通方式：水平定向井联通，必须在岩土层温度睹:10°C的松散或半成岩地层 内施工水平定向井，水平定向井管径Φ = 200mm~400mm，对于渗透系数K彡30m/d较大地 区，采用底部联通；在开采井与回灌井两井间距离小于1000米时可以一端水平定向施工， 大于1000米采用两井对向施工；
[0024] 对于渗透系数30m/d较小地层，可采用多层联通；开采井与回灌井联通垂向间 距离30m~50m，水平井井径Φ 10Omm~300_ ；
[0025] ④钻井顺序：在井位坐标确定后，先施工开采井与回灌井，水平定向孔应确保在垂 向开采井的两侧Im范围内通过，或在开采井的底部通过；先施工水平定向孔，应确保水平 孔井管精确到位；垂向开采井施工要避免井斜，确保与水平定向孔端口联通；
[0026] 2)基岩裂隙水分布区坚硬地层
[0027] ①井位确定：通过物探手段确定风化裂隙和构造裂隙的产状和埋深，进而确定井 位、井深、井径和联通方式；
[0028] ②钻井方法：采用正循环钻机或正反循环钻机，先在上部松散层下护壁管至坚硬 岩石固井，然后在坚硬岩石段采用气动潜孔锤钻进，钻压控制在78N/m 2~199N/m 2,转速在 20~50r/min，空气压力0· 8~I. 3Mpa，风量25~50立方米/min ;终孔孔径150_~250_ 裸孔成井，下部如是半坚硬岩石可采用正循环牙轮钻头钻进飞管成井；
[0029] ③联通方式：水力压裂联通，以确保联通有效影响范围在岩土层温度t岩多KTC 的地层内实施为设计水力压裂部位；
[0030] 水力压裂施工利用地面高压泵组，以大幅度超过地层吸收能力的排量将压裂液注 入井中，随即在井底起高压；当压力超过井壁附近地应力及岩石的抗张强度后，在井底附近 地层中产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入缝中，持续向前延伸并在地层中形成足 够长且有一定宽度及高度的填砂裂缝；
[0031] 3)基岩裂隙孔隙水分布区半坚硬地层
[0032] ①井位确定：以物探资料和地面踏勘综合分析，以开采裂隙孔隙承压水为主，井孔 布设在承压水分布区域及构造裂隙发育地带；
[0033] ②钻井方法：采用正反循环钻机潜孔锤钻进技术；
[0034] ③联通方式：水平定向孔联通及水平分段压裂；第一步，先施工水平定向联通孔， 在水平孔内每30m~IOOm间距内进行一段压裂，直至全孔段压裂完成；
[0035] 第二步，施工垂