一種水源熱泵回灌技術方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于地熱能源開采利用技術。
[0002] 背景要求
[0003] 水源熱泵，是一種可循環使用的清潔能源，回其具有經濟節能環保等優勢，在我國 南方廣大地區已被廣泛采用，特別是取用地下水作為熱、冷源已廣泛使用。取熱、冷源后的 水需重新回灌地下才能循環利用，其回灌水技術通常采用回灌井進行自然回灌，使已取熱、 冷源后的水重新回灌到地下含水層中。一般情況下，地下水回灌因地下水水頭壓力影響，其 回灌較為困難，很多地區都采用一個取水井、多個開采井的辦法。
[0004] 由于打的回灌井數多、占地面積大、投資成本高，一定程度上限制了該技術的實 施，且很多回灌井井距較近、回灌層較淺，影響了回灌水的增溫還原，致使使用一段時間后 水溫越來越低，成本越來越高；還有的因回灌層位不對或回灌量小于取水量造成地下水資 源逐年減少，甚至枯竭。
[0005] ①專利申請號201220438425. 7地源熱泵地下水分層回水系統的專利中只考慮了 分層回灌的回灌效果和少占土地，卻忽視了回灌井與取水井的距離關系到回水增溫還原效 果和不同深度回灌會影響含水層垂向滲透和橫向導通結構，使整個淺層地溫場遭到破壞。 同時兩眼回灌井也不經濟，且難以保證回灌能力和預期。
[0006] ②CN201210003853. 1、一種地下水回灌促滲方法，其回灌速度在于排氣形成的負 壓，但當地下水中氣體排凈后，地下水回滲速度會驟減，且該技術回灌定量的地下水還可 以，但持久的回灌根本做不到。
[0007] ③專利申請號201410036976. 4、全密封地下水原水持續抽灌系統，該專利想要封 閉地下水回灌，防止地下水氧化，但地下水在提取的過程中，由于溫度的變化就已經氧化， 根本達不到封閉的效果；另外地下水的回灌與含水層的水頭壓力及含水層的滲透系數有 關，與是否封閉地下水無關。因此該系統不能確保回灌量及持續回灌的能力；如作為水源熱 泵它還缺少回灌水增溫還原措施。
[0008] ④專利申請號201110415851. 9、一種抽取及回灌地下水的管路系統，該系統只是 利用地層的自然滲透條件來進行開采與回灌，但多數條件下很難達到預期目的。一是要求 回灌地層壓力小< 2mp ;二是滲透率高k彡30m/d ;才能保證實現。但按照該專利述求是三 眼井滿足兩抽一灌目的，其必要條件是回灌量多開采量，即單井回灌是開采量的2倍。這是 違反地熱開采回灌規律的，永遠不可能實現的。
[0009] 水源熱泵回灌技術必須要解決的三個問題：一是解決回灌量的問題，即解決熱儲 層滲透率；二是解決回水增溫，提溫后的水經過回灌循環補溫后，再抽取出來水溫能恢復到 原始水平；三是降低投入，達到"一采一灌"，避免"一采多灌"，必然節約成本。
【發明內容】
[0010] 本發明的目地就是針對上述現有技術存在的問題，研宄設計一種水源熱泵回灌技 術方法，達到確保增大回灌水滲透速度和儲存空間、為回水提溫提供條件、避免和防止地 下水資源衰竭、且使水源熱泵技術可在貧水地區及高寒地區得到應用和發展的目的。
[0011] 本發明的目的是這樣實現的：
[0012] -種水源熱泵回灌技術方法如下：
[0013] (1)水熱源泵開采井群設計
[0014] ①根據地質水文地質條件和總的熱能需求，確定擬開采井數量按照I : 1的采灌 比確定擬回灌井數量及井徑、井距；
[0015] ②根據場地面積大小和地質條件，確定一組采灌井的井位、井距；井距控制在 150m~2500m之間；井深控制在50m~180m之間；開采井和回灌井的鉆孔直徑在450mm~ 800mm，井管直徑220mm~500mm ;濾水管采用打眼纏絲過濾器孔隙率大于30% ;
[0016] ③井距確定
[0017] 在松散和半堅硬巖層孔隙水和基巖裂隙孔隙水分布區，井間距以大于2倍最大開 采量的開采井影響半徑，井距Lab彡ZR 0Iiiax,式中Lab為開采井A道回灌井B的距離，R0Iiiax 為估算最大開采量影響半徑；
[0018] 在堅硬巖層的基巖裂隙水分布區，井距的確定應以水力壓裂理論影響范圍最小半 徑的2倍或理論水力定向壓裂的最短距離的2倍，即L abS 2RMIN。式中LAB為開采井與回灌 井的距離，心"為水力壓裂理論定向壓裂最小壓裂長度或最小壓裂半徑；在滿足上述條件下 可以實施兩眼井對向壓裂，擬聯通的兩眼井分別向彼此方向進行定向壓裂，確保在最短壓 裂長度條件下聯通；
[0019] (2)水源井群施工
[0020] 1)孔隙水分布區的松散地層
[0021] ①井位確定：在資料收集、地面調查和物探測深工作基礎上，根據地質條件、場地 條件、含水層厚度、粒度進行布設，同時根據收集資料或經驗數據，選擇含水層厚度大于5 米、粒徑粗的砂礫石層、南方地區深埋大于10米、北方地區深埋大于30米；
[0022] ②鉆井技術方法：采用QDG-200型反循環鉆機或類似型號鉆機進行垂向開采井與 回灌井施工，嚴格按照設計要求和施工規范實施；
[0023] ③聯通方式：水平定向井聯通，必須在巖土層溫度睹:10°C的松散或半成巖地層 內施工水平定向井，水平定向井管徑Φ = 200mm~400mm，對于滲透系數K彡30m/d較大地 區，采用底部聯通；在開采井與回灌井兩井間距離小于1000米時可以一端水平定向施工， 大于1000米采用兩井對向施工；
[0024] 對于滲透系數30m/d較小地層，可采用多層聯通；開采井與回灌井聯通垂向間 距離30m~50m，水平井井徑Φ 10Omm~300_ ；
[0025] ④鉆井順序：在井位坐標確定后，先施工開采井與回灌井，水平定向孔應確保在垂 向開采井的兩側Im范圍內通過，或在開采井的底部通過；先施工水平定向孔，應確保水平 孔井管精確到位；垂向開采井施工要避免井斜，確保與水平定向孔端口聯通；
[0026] 2)基巖裂隙水分布區堅硬地層
[0027] ①井位確定：通過物探手段確定風化裂隙和構造裂隙的產狀和埋深，進而確定井 位、井深、井徑和聯通方式；
[0028] ②鉆井方法：采用正循環鉆機或正反循環鉆機，先在上部松散層下護壁管至堅硬 巖石固井，然后在堅硬巖石段采用氣動潛孔錘鉆進，鉆壓控制在78N/m 2~199N/m 2,轉速在 20~50r/min，空氣壓力0· 8~I. 3Mpa，風量25~50立方米/min ;終孔孔徑150_~250_ 裸孔成井，下部如是半堅硬巖石可采用正循環牙輪鉆頭鉆進飛管成井；
[0029] ③聯通方式：水力壓裂聯通，以確保聯通有效影響范圍在巖土層溫度t巖多KTC 的地層內實施為設計水力壓裂部位；
[0030] 水力壓裂施工利用地面高壓泵組，以大幅度超過地層吸收能力的排量將壓裂液注 入井中，隨即在井底起高壓；當壓力超過井壁附近地應力及巖石的抗張強度后，在井底附近 地層中產生裂縫，繼續將帶有支撐劑的攜砂液注入縫中，持續向前延伸并在地層中形成足 夠長且有一定寬度及高度的填砂裂縫；
[0031] 3)基巖裂隙孔隙水分布區半堅硬地層
[0032] ①井位確定：以物探資料和地面踏勘綜合分析，以開采裂隙孔隙承壓水為主，井孔 布設在承壓水分布區域及構造裂隙發育地帶；
[0033] ②鉆井方法：采用正反循環鉆機潛孔錘鉆進技術；
[0034] ③聯通方式：水平定向孔聯通及水平分段壓裂；第一步，先施工水平定向聯通孔， 在水平孔內每30m~IOOm間距內進行一段壓裂，直至全孔段壓裂完成；
[0035] 第二步，施工垂