一种井工厂地源热泵布井线方法与流程

本发明涉及地热能利用领域，特别涉及一种井工厂地源热泵布井线方法，尤其适应于地源热泵地埋管布井位置受限情况下。

背景技术：

地源热泵作为一种新型、清洁、环保、高效的能源技术，已成为发展可再生能源的重要策略。其利用地下相对稳定的土壤、地下水温度，通过媒介质来获取土壤、地下水内冷（热）能量的新型装置，地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地下去。地源热泵在电能转化时，输入1份电，可从地下提取出3～5份热，相比于空调、电暖片更节能，比电锅炉加热更节省2/3以上的电能，比燃气锅炉节省1/2以上的能量，运行费用为普通中央空调的40%～60%。因此，地源热泵技术成为暖通行业中的主导形势。

地源热泵均采用地埋管形式，地温常年稳定于18℃左右，可为空调主机提供较好的冷凝温度和蒸发温度，循环液在封闭的地埋管系统中流动与大地间进行传热交换，组成地埋管换热器系统，然而现有技术中地埋管换热器系统使用的埋管方式以水平埋管和竖直单双U型埋管两种形式为主，其它埋管形式均在上述两种形式的基础上发展演变而来，均有其不足之处。水平埋管施工简单，而占地面积大，且埋管埋设深度较浅，地热能热交换效率不高；垂直单双U型埋管，一般情况下，井间距为4m～5.5m，打井直径为120mm～160mm，根据工程需要钻孔数量为150～300个不等，因此，若工程项目较大，则需要钻取大量孔以埋设U型换热管。地源热泵系统中，地下钻井及地埋管投资部分往往要占到整个项目初期投资的50%～60%，提高单井换热量，减少钻井数目可产生较高的经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种井工厂地源热泵布井线方法，采用井工厂钻井形式，构成地源热泵地埋管换热系统，解决现有地源热泵埋管方式存在的问题。

为解决上述问题，本发明通过下述技术措施（步骤）实现：

（1）根据工程项目需供暖或供冷面积，准确计算夏季最大释热量和冬季最大吸热量，选取合适的富裕系数，准确计算地埋管换热器实际换热量；

（2）根据地埋管实际换热量大小，综合考虑土壤性质（土壤导热性）、回填方式、埋管形式、管材类型以及地下水渗流情况等影响因素，结合地源热泵实际运行经验准确计算地埋管换热器长度；

（3）由地源热泵施工场地限制条件及地源热泵施工技术要求，确定地埋管换热器的井孔数目，根据上述地埋管换热器长度计算每个井孔的钻孔深度；

（4）由井工厂井身结构特点及施工特点，依据地源热泵施工场地限制条件确定地埋管换热器井孔位置，依据地埋管换热器的周围建筑物等限制条件确定井工厂布井线、井身轨迹与钻井靶点位置；

（5）根据井工厂测井钻井要求，确定井工厂钻井顺序，避免钻井轨迹空间交叉，利用造斜点相互错开的方式解决井间防碰，采用定向井钻井技术钻设井工厂井孔，采用定向造斜和稳斜施工作业，其井工厂井眼剖面形式为“直井段—增斜段—稳斜段”三段制，钻至靶点位置时停钻；

（6）按照井工程钻井顺序，将钻机移动至下个井孔位置进行钻井，重复上述步骤（5），直至完成整个钻井作业；

（7）依次在每个井孔中下放安装双U型地埋管换热器，根据地源热泵种类及使用要求，选择合理的连接方式，直至完成地埋管换热器系统的安装。

所述井工厂井组布井方式由井孔数量与施工场地决定，井身轨迹由周围建筑物、地质条件等因素决定，靶点位置由实际地埋管换热器长度决定。

所述井工厂井组由水平井组成，可分为二井式、四井式、六井式等，根据施工场地区域限制条件，布井方式可为方形阵列、圆形阵列或者随机排布。

所述井身轨迹均为二维轨道，不设计三维轨道。

所述井工厂井身结构，其中直井段根据地埋管长度合理设计，造斜率选取12.5^o/100m或15^o/100m的中曲率半径，稳斜段施工采取特定的钻具组合，使井斜稳住或微增或微降，同时控制井眼方位角，使得井斜和方位满足中靶要求。

所述井工厂钻井过程中，需根据不同地区地质特点和条件，选择合适的钻井液以提高钻井效率。

本发明有益效果如下：

本发明所采用的一种井工厂地源热泵布井线方法，将煤层气井工厂钻井开发模式应用于地源热泵地埋管换热器系统中，采用水平井埋管方式取代现有技术中水平埋管和竖直单双U型埋管两种埋管方式，循环液在封闭的水平井埋管中流动，充分利用地热资源实现系统与大地间的高效热量交换，提高单井换热量，同时，有效解决水平埋管技术与竖直单双U型埋管技术占地面积大，埋管埋设深度较浅的问题，特别针对于大中型地源热泵施工项目，井工厂地源热泵布井线方法可显著减少钻井数目和土地占用面积，提高单井换热效率，产生较高的经济效益。

附图说明

图1为本发明的井工厂地源热泵布井线整体结构示意图；

图2为本发明的井工厂布井位置示意图；

图3为本发明的单井结构示意图；

图中标记为：1：井孔；2：靶点；3：地埋管换热器；4：水平井井筒；5：直井段；6：造斜段；7：稳斜段。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的一个实施例作进一步描述。

所述的一种井工厂地源热泵布井线方法，如图1、图2和图3所示，具体实施步骤如下：

步骤1：根据工程项目需供暖或供热面积，准确计算夏季最大释热量和冬季最大吸热量，选取合适的安全系数，准确计算地埋管换热器3实际换热量；

步骤2：根据地埋管实际换热量大小，综合考虑土壤性质（土壤导热性）、回填方式、埋管形式、管材类型以及地下水渗流情况等影响因素，结合地源热泵实际运行经验准确计算地埋管换热器3长度；

步骤3：由地源热泵施工场地限制条件及地源热泵施工技术要求，确定地埋管换热器3的井孔1数目，可分为二井式、四井式、六井式等，根据上述地埋管换热器3长度计算每个井孔1的钻孔深度；

步骤4：由井工厂井身结构特点及施工特点，依据施工场地限制条件确定地埋管换热器3井孔1位置，设计布井方式为方形阵列或圆形阵列，井孔1之间间距为3m～5m，具体间距应根据施工场地大小进行合理设计。由施工场地周围建筑物与地质条件等因素确定井身结构，井组由水平井组成，均为二维轨道。由实际地埋管换热器长度和井身轨迹确定钻井靶点2位置；

步骤5：根据井工厂测井钻井要求，确定井工厂钻井顺序，避免钻井轨迹空间交叉，利用造斜点相互错开的方式解决井间防碰问题。根据不同地区地质特点和条件，选择合适的钻井液以提高钻井效率，同时采取定向井钻井技术钻设井孔，采用定向造斜技术和稳斜技术分别钻设造斜段6和稳斜段7，其井工厂井眼剖面形式为“直井段5—增斜段6—稳斜段7”三段制，其中直井段根据地埋管长度合理设计，造斜率选取12.5^o/100m或15^o/100m的中曲率半径，稳斜段7施工采取特定的钻具组合，使井斜稳住或微增或微降，同时控制井眼方位角，使得井斜和方位满足中靶的要求，钻至靶点2位置时停钻，完成水平井井筒4钻设施工；

步骤6：按照井工程钻井顺序，将钻机移动至下个井孔1位置进行钻井，重复上述步骤5，直至完成整个钻井作业；

步骤7：依次在每个井孔1中下放安装双U型地埋管换热器3，根据地源热泵种类及使用要求，选择合理的连接方式，直至完成地埋管换热器3系统的安装。