鉆井基本知識(shí)

1、鉆井基本知識(shí)地源熱泵相關(guān)與鉆井相關(guān)水源熱泵 井水源熱泵 土壤源熱泵地下水地源熱泵的主要不足地下水地源熱泵的主要不足 使用水資源：充足的水為應(yīng)用的前提； 回灌率要求高：80以上的回灌率，常受地下水文條件的限制不易實(shí)現(xiàn)； 深井抽水，水泵功耗增加，將降低系統(tǒng)的能效比； 開式循環(huán)水系統(tǒng)，有污染地下水資源的隱患。 水井維護(hù)麻煩，費(fèi)用高。地下水源弊端地埋管與地下水地源熱泵經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較地埋管與地下水地源熱泵經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較 項(xiàng)目項(xiàng)目地埋管地埋管地下水地下水說明與備注說明與備注技術(shù)比較資源使用地下空間地下水地下水宜慎用地下環(huán)路水循環(huán)閉式循環(huán)耗能小開式抽水耗能大水井越深，能耗越大熱泵機(jī)組能效比較高高地下水地源熱泵能

2、效比高空調(diào)系統(tǒng)能效比較高稍低地埋管地源熱泵系統(tǒng)能效比高地埋管地源熱泵系統(tǒng)能效比高環(huán)境影響評(píng)價(jià)符合環(huán)保要求影響地下水質(zhì)影響當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)地下水地源熱泵會(huì)導(dǎo)致不同層水的摻混，污染地下水資源、能源可再生性可再生性好取用水資源地下水隨抽水時(shí)間變長(zhǎng)水量有變化經(jīng)濟(jì)比較初投資高較高地埋管鉆孔量大全年運(yùn)行費(fèi)用1520(元/m2)2530(元/m2)包括水資源費(fèi)用10年的費(fèi)用合計(jì)10年二者基本持平運(yùn)行年限50年受水文條件、維護(hù)條件及政府政策條件制約地埋管地源熱泵系統(tǒng)可保證長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行良好需要了解鉆井的主要內(nèi)容 鉆井地質(zhì)基本知識(shí) 鉆井主要方法 鉆井一般工序 鉆井主要設(shè)備與工具 鉆井主要成本 影響鉆井進(jìn)度的主要因素 鉆

3、井質(zhì)量與影響因素 鉆井施工管理鉆井地質(zhì)基本知識(shí)1、地層層序2、三大類巖石3、與鉆井有關(guān)的巖石性質(zhì)地層 1、地源熱泵鉆井地層與工程施工難度關(guān)系的初步探討（1）新近地史時(shí)期形成的沉積地層，相對(duì)簡(jiǎn)單：第四系（Q）新第三系（N）是通常說的覆蓋層-松散堆積、無膠結(jié)或半固結(jié)的松散地層，鉆井成孔容易、鉆井效率高、耗能低，鉆井成本相對(duì)較低。老第三系（E）往前（地層）巖層：巖石的密度、強(qiáng)度，隨地層的延深、地質(zhì)年代的前移均有所增加。 （2）山前和谷地地層此類地區(qū)的坡積、洪積物較為發(fā)育，由于沉積物搬運(yùn)距離較短，分選磨圓較差，一般以礫石層及粗顆粒沉積為主。其特點(diǎn)是：A、堆積物粒度、厚度、甚至成份不一；B、結(jié)構(gòu)松散、無

4、膠結(jié)或膠結(jié)程度差、無充填；C、空隙比大，位于區(qū)域地下水位以下或有補(bǔ)給源時(shí)，往往為富水層。在該類地層（層厚較大情況下）鉆探成井難度較大，鉆井過程中經(jīng)常會(huì)遇到下列問題：A、鉆井循環(huán)介質(zhì)（液體或氣體）失返、無法形成有效循環(huán)；B、有效破碎卵礫石困難，鉆探效率極低；C、研磨工具消耗大，多為非正常磨損破壞；D、出現(xiàn)塌孔、掉塊現(xiàn)象頻率高，易造成鉆井事故；E、即使成孔，在裸孔情況下，孔壁不規(guī)則光滑，下管也困難（孔壁不穩(wěn)定）； 目前在該類地層施工，最有效的手段是空氣潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)，但目前國(guó)內(nèi)該技術(shù)尚有局限性，主要是： A、深度有限，單級(jí)深度一般不超過30米； B、地下水（特別是富水層）對(duì)空氣鉆井影響大； C

5、、由于使用高壓力空壓機(jī)，動(dòng)力消耗大； D、成套設(shè)備及配套工具昂貴。 3）各類回填地層 由于回填物雜亂、多樣也對(duì)鉆井會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，但影響較大的還主要是一些大規(guī)模、深厚度、塊狀物的回填。其特點(diǎn)類似上述。 2、施工深度范圍內(nèi)地層構(gòu)成及合理施工方案的確定 研究施工深度范圍內(nèi)地層構(gòu)成，有利于系統(tǒng)地制定鉆井方案、確定鉆井工藝或復(fù)合鉆井工藝，達(dá)到優(yōu)化鉆井，來提高鉆井效率、合理鉆井成本。根據(jù)地源熱泵管井的特點(diǎn)，可以把鉆井揭露的巖土層分為： （1）簡(jiǎn)單地層，鉆孔揭露地層類型單一、施工方法簡(jiǎn)單。 一般巖石地層，地層穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)單、巖石硬度較低、可鉆性好，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)可以施工，當(dāng)然有條件情況下使用空氣潛孔鉆進(jìn)更

6、有利于提高效率；（2）復(fù)合地層，鉆孔穿越兩類以上地層、需一種以上工藝或鉆井方法或鉆井工具結(jié)合來完成鉆孔。如： 基巖之上覆蓋松散粘土、黃土層：在厚度不大情況下、軟層井壁相對(duì)穩(wěn)定。 上覆蓋松散層為砂土、沙層、及砂礫層時(shí)，必須采取隔離措施；地層含水豐富時(shí)必須先采用泥漿鉆井，隔離后再轉(zhuǎn)化為空氣鉆井。 當(dāng)上覆松散層厚度較大、跟管隔離無法實(shí)現(xiàn)，而傳統(tǒng)套管隔離繁瑣時(shí)，應(yīng)在泥漿鉆井和套管隔離后空氣鉆井之間慎重選擇。 （3）復(fù)雜地層，通俗說：普通技術(shù)條件下鉆進(jìn)成井困難或鉆井過程中容易出現(xiàn)復(fù)雜情況的地層。如： A、較大直徑、厚度的卵石層； B、裂隙發(fā)育地層； C、地層斷裂破碎帶； D、巖溶發(fā)育地層等。 都是鉆井施

7、工的難點(diǎn)，傳統(tǒng)鉆井方法往往無法實(shí)現(xiàn)。 問題的關(guān)鍵還在于與勘探開發(fā)鉆井不同，地源熱泵鉆井需要反復(fù)、重復(fù)面對(duì)此類地層。三大巖石分類火成巖（巖漿巖）顧名思義，就是直接由巖漿形成的巖石，指由地球深處的巖漿侵入地殼內(nèi)或噴出地表后冷凝而形成的巖石。又可分為侵入巖和噴出巖（火山巖）。 沉積巖顧名思義，就是由沉積作用形成的巖石，指暴露在地殼表層的巖石在地球發(fā)展過程中遭受各種外力的破壞，破壞產(chǎn)物在原地或者經(jīng)過搬運(yùn)沉積下來，再經(jīng)過復(fù)雜的成巖作用而形成的巖石。沉積巖的分類比較復(fù)雜，一般可按沉積物質(zhì)分為母巖風(fēng)化沉積、火山碎屑沉積和生物遺體沉積。 變質(zhì)巖顧名思義，就是經(jīng)歷過變質(zhì)作用形成的巖石，指地殼中原有的巖石受構(gòu)造運(yùn)

8、動(dòng)、巖漿活動(dòng)或地殼內(nèi)熱流變化等內(nèi)營(yíng)力影響，使其礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生不同程度的變化而形成的巖石。又可分為正變質(zhì)巖和副變質(zhì)巖。 巖石代表1、巖漿巖：花崗巖、安山巖、閃長(zhǎng)巖、流紋巖、玄武巖等2、沉積巖：泥巖、石英砂巖、石灰礫巖、泥鐵鹽、白云巖、石膏等3、變質(zhì)巖：大理巖、云母巖、片麻巖、綠泥石片巖等與鉆井有關(guān)的巖石性質(zhì)1、巖石的機(jī)械性質(zhì)巖石的強(qiáng)度：巖石的強(qiáng)度是指抵抗外力破壞的能力。硬度：巖石的硬度是指巖石抗壓入的極限強(qiáng)巖石的塑性：在外力作用下，巖石破碎前呈現(xiàn)永久變形的性質(zhì)叫巖石的塑性。巖石的研磨性：鉆頭破碎巖石的同時(shí)，其本身也受到巖石磨損，這種巖石磨損鉆頭的能力稱為巖石的研磨性。巖石的可鉆性：是指在

9、一定條件下，鉆進(jìn)巖石的難易程度。也可理解為鉆進(jìn)過程中巖石抗破碎強(qiáng)度的大小。與鉆井有關(guān)的巖石性質(zhì)2、巖石性質(zhì)對(duì)鉆井的影響其影響主要表現(xiàn)在：影響鉆進(jìn)速度與鉆頭進(jìn)尺：使鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)井漏、井噴、卡鉆等復(fù)雜情況：鉆井液受到污染，性能變壞，井徑不規(guī)則，進(jìn)而影響到測(cè)井、固井等。與鉆井有關(guān)的巖石性質(zhì)粘土巖層。相比泥巖和頁巖一般較軟，鉆速快，但容易產(chǎn)生鉆頭泥包。這種地層極易吸收鉆井液中的自由水而膨脹，導(dǎo)致井徑縮小。隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，井壁會(huì)產(chǎn)生垮塌現(xiàn)象，井徑擴(kuò)大。砂巖層。砂巖一般來說是較好的滲透層，在井壁上易形成較厚的濾餅，易引起泥餅粘附卡鉆。另外濾餅對(duì)測(cè)井也有影響，所以必須使用優(yōu)質(zhì)鉆井液。礫巖層。在礫巖層中

10、鉆進(jìn)易發(fā)生跳鉆、蹩鉆和井壁垮塌。在當(dāng)?shù)貙榆浻步诲e(cuò)時(shí)，易發(fā)生井斜，地層傾角較大者也易發(fā)生井斜。 當(dāng)巖層中含有可溶性鹽類，即鉆到石膏層、鹽巖層時(shí)，要注意對(duì)鉆井液性能的影響常用的鉆井方法1、按破碎巖石的方式分：（1）回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)（2）沖擊鉆進(jìn)（3）沖擊回轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)沖擊鉆進(jìn)常用的鉆井方法2、按循環(huán)介質(zhì)分（1）泥漿（2）空氣（3）泡沫（4）充氣泥漿等常用的鉆井方法3、按介質(zhì)的循環(huán)方式分（1）不循環(huán)（2）正循環(huán)（3）反循環(huán)常用的鉆井方法4、按傳統(tǒng)鉆進(jìn)方法分（1）合金（2）鋼粒（3）金剛石另現(xiàn)代鉆井：牙輪、復(fù)合片、水力噴射震動(dòng)等合金 鋼粒鉆進(jìn)鉆井主要設(shè)備與工具、材料一、設(shè)備1、鉆機(jī)2、鉆塔3、泥漿泵（或空壓機(jī)）4

11、、動(dòng)力設(shè)備（柴油機(jī)、電機(jī)、發(fā)電機(jī)組）二、工具鉆頭、鉆桿、鉆鋌、及其它工具鉆井主要設(shè)備與工具、材料三、泥漿材料1、造漿粘土2、泥漿處理劑3、水（淡水、鹽水、海水）主要鉆井設(shè)備1、巖心鉆機(jī)： XY、XU系列最常見2、工程勘查鉆機(jī)：DPP、G系列3、淺層水井鉆機(jī)：SPCSPJ系列以上類鉆機(jī)的基本特點(diǎn)是：1）主要用于城建、鐵路及水電部門進(jìn)行工程地質(zhì)勘察施工、地震爆破孔、石油、天然氣及固體礦產(chǎn)的普查勘探淺孔、淺層水文地質(zhì)勘察及水井鉆進(jìn)。 2）為機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)鉆機(jī)，動(dòng)力配置比較小，鉆進(jìn)能力小、搬遷移位方便。 3）價(jià)格相對(duì)低廉。車載鉆機(jī)一般20-30萬元；固定式鉆機(jī)一般5-6萬元，該鉆機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生

12、產(chǎn)廠家繁多、配置低、價(jià)格低廉、使用操作維修方便深受個(gè)體私營(yíng)施工者歡迎。 4）主要缺點(diǎn)是：自動(dòng)化程度低、適應(yīng)工藝單一、基本是傳統(tǒng)的泥漿鉆進(jìn)工藝，鉆進(jìn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度較大，設(shè)備故障維修率高。 4、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)： TH-10類似-水井、礦山爆破、錨桿施工、礦產(chǎn)勘查鉆機(jī)等等。 其優(yōu)點(diǎn)是：1）均采用車載，搬遷、運(yùn)輸靈活；2）均為全液壓頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，功能較齊備，實(shí)現(xiàn)功能迅捷；3）操作系統(tǒng)集中、自動(dòng)化程度高，操作安全；4）可實(shí)現(xiàn)多種鉆進(jìn)工藝，或鉆進(jìn)工藝轉(zhuǎn)換。 鉆井的主要設(shè)備-鉆機(jī)其缺點(diǎn)是：1）鉆機(jī)價(jià)格較高，實(shí)施空氣鉆進(jìn)需要的配置費(fèi)用大；2）配合大功率空壓機(jī)實(shí)施空氣鉆進(jìn)，動(dòng)力大，燃油消耗大，鉆井直接成本

13、較高；3）采用空氣鉆進(jìn)雖效率高、但粉塵造成環(huán)境污染嚴(yán)重，城市施工嚴(yán)重受限；4）以孔底沖擊鉆進(jìn)方式在巖石中鉆井效率高；而在松軟、復(fù)雜地層中成孔效率低，優(yōu)勢(shì)不能充分體現(xiàn)。常用鉆井方法1、簡(jiǎn)單地層條件：（1）松散層合金鉆頭、泥漿護(hù)壁、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝；（2）完全巖石地層牙輪、復(fù)合片泥漿鉆井工藝或空氣潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆井工藝；2、復(fù)合或復(fù)雜地層：（1）泥漿鉆井工藝；（2）泥漿鉆井+套管護(hù)壁+空氣鉆井；（3）跟管鉆井（護(hù)壁）+空氣鉆井；（4）多級(jí)套管+泥漿或空氣鉆井。地源熱泵鉆井工序1、施工場(chǎng)地準(zhǔn)備地面三通一平；地下各類管線；空中高壓線路。2、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)3、設(shè)備布局、安裝、調(diào)試4、鉆井下PE管回填或注漿5、設(shè)備移位地源熱泵鉆井要素1、深度：80-120M2、井徑（指的是終孔直徑） ：松散層不小于150MM；巖