孙友宏—浅层地热能钻采测新技术研究及应用

1浅层地热能钻采测新技术研究及应用报告人：孙友宏，王庆华，李强吉林大学建设工程学院地热资源开发教育部工程研究中心2009年10月17日2汇报内容1.钻－复杂地层钻探技术2.采－地源热泵技术3.测－原位测试技术4.欧洲地源热泵施工技术浅层地热能钻采测新技术研究及应用5.地热资源开发教育部工程研究中心3在地球表面浅层，如土壤，地下水或岩石中，存在着大量低温热能（小于15℃）,这部分热能主要来自太阳的照射，地表浅层如同一个巨大的太阳能蓄热器，收集储藏了47％的太阳照射能。这一巨大的能源，需要通过热泵技术来开发利用。4常见的钻探难题卵砾石、流砂地层：易塌孔，成孔困难坚硬岩石：岩石硬，钻速慢，成本高；深孔（200－300米）：无专用钻机，成本高。1.钻－复杂地层钻探技术5声频钻进（声能，SonicDrill）技术：已出现20年左右，但是，过去的5年中在欧洲得到飞快发展，该技术已在美国、澳大利亚、英国等国家推广。动力头：回转器＋振动器，振动器产生高频振动力施加到钻杆柱上，振动频率：根据工作状态，可在50－120赫兹间变化。钻头：受振动力＋给进力＋回转力。1.1声频钻进技术6土层：振动作用使得周围的土壤颗粒液化;岩石：钻头在岩石表面产生裂纹;冲洗液：正常钻进土层和岩石，都不需要。也可根据使用要求，用压缩空气、泥浆或清水。卵砾石、流砂地层：双管振冲声频钻进。BoartLongyear公司生产的Rotasonic钻机在非常复杂或基岩地层中，最大孔深：183m。样品直径：8.9和11.5cm。内管内径：7.6到22.8cm；外管尺寸：10.15到30.5cm。7荷兰SonicSample公司钻机（吉林大学已购买）81.2潜孔锤钻进技术图反循环钻探器具组合A-常规潜孔锤钻具组合；B-贯通潜孔锤钻具组合；C-牙轮钻具组合；D-合金取心钻具组合；E-复合片取心钻具组合；F-刮刀钻具组合1-双壁钻杆；2-转换接头；3-常规潜孔锤；4-贯通潜孔锤；5-牙轮钻具配气接头；6-牙轮钻头；7-岩心卡断器；8-合金钻头；9-复合片钻头；10-刮刀钻头；9贯通式潜孔锤钻进技术10自主研发的JD-200型地热孔施工钻机200米垂直方向测试孔1.3深井和辐射井施工技术11100米辐射热交换井钻孔布置示意图单位（米）钻孔布置立面示意图钻孔红泥岩粘土淤泥回填土100米35米4.5米3米地面1213地源热泵技术的应用地源热泵技术是一种开发利用中低温地热资源的有效方法，具有低耗高效，绿色环保，和可再生利用地热资源的特点。这一技术的推广应用对缓解能源紧张和环境污染问题具有重要的现实意义。2.采－地源热泵技术夏季放热冬季取热地源热泵系统室外热交换示意图14吉林大学绿色能源实验室埋管换热器水平布置图地下埋管换热器系统热泵机组太阳能集热器系统室内末端系统联合供暖系统简图2.1北方地区土壤地源热泵示范工程15新型同心式热交换器最佳配方选择(1)纯水泥混合物(2)膨润土＋水泥＋水(3)膨润土＋水泥＋粉煤灰(4)膨润土＋水泥＋硅砂经过试验研究分析可知：在膨润土中加入砂子或水泥都能提高回填泥浆材料的导热系数，随含砂量的增加，其导热系数也增加，但考虑含砂量过大后，增加泵的注浆难度，故其含砂量控制在10-30％之间，以此作为回填材料的最佳配方。新型回填材料研究162.2水源热泵系统在北京的推广应用住宅小区照片机房内管线系统照片自动化控制系统照片热泵机组照片热泵机组照片该技术已在北京大面积推广，用于冬天供暖、夏天制冷。2003年仅在北京盛景嘉园小区推广应用的建筑面积达46000m2。173.测－地层热物性原位测试技术现场钻孔取出的岩样在实验室直接测定，或查有关手册确定导热系数；地层热物性现场原位测试（钻孔热反应现场测试）。水平方向地层热物性测试原理示意图垂直方向地层热物性测试原理示意图测试原理18欧美等国测试仪19吉林大学和中航勘察设计研究院研发的BTR-400型测试议图4-5管道保温图4-6测试实验进行中现场测试线源模型：λ=3.373W/（m·K）；R=0.119m·K/W；圆柱源模型：λ=2.960W/（m·K）；R=0.117m·K/W20该仪器为国土资源公益性专项科研基金资助研制，主要用于浅层地热能资源调查与评价和地下储能检测。吉林大学研发的第二代测试议21测试仪的数据采集和控制系统2223辐射热交换井技术4、欧洲地源热泵施工技术与工具24专用下管工具25注浆设备26回填物配置设备27泥浆处理设备28热交换井口装置295.地热资源开发教育部工程研究中心工程中心的研究开发方向地热资源钻井技术与装备地源热泵施工技术及装备地下水流动性能对地热资源利用的影响地热探测技术及仪器2009年经教育部被准立项建设拟解决的关键工程技术问题深井高温地热钻井技术与装备地层热物性原位测试技术深层异常地热资源勘探技术项目建设计划总投资:5000万元。30项目建设目标在地热资源开发技术与装备研究领域，实现科技成果产业化具有对科技成果进行技术经济分析和工程评估的能力建成一支一流的地热资源技术创新开发与系统集成队伍形成不断创新的可持续发展能力，推动我国地热行业技术进步成为国内一流、国际上有重要影响的地热资源科技开发的成果转化中心、高层次人才培养基地和科学研究中心。31谢谢！