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实现地下水回灌是发展水源热泵的先决条件
来源:《热泵资讯》 日期:2012-03-13 点击:次

刘金生 齐恭

(河北省地矿局第三水文工程地质大队浅层地温研究室 河北 衡水)

摘  要:浅层地温能是一种新型的地热能资源,其中以地源热泵和水源热泵为主,尤以水源热泵运行经济。本文针对近几年来困扰我国地下水源热泵发展的瓶颈——回灌中的主要问题进行了探讨,并对回灌井的施工和使用做了论述。

关键词:地下水;回灌;水源热泵;浅层地温能

浅层地温能是指在地球表层一定深度内参与热量循环,在一定技术经济条件下可以被利用的低温热能资源。它的来源以太阳辐射为主,还有一小部分来自地心热量,一般温度达到恒定,是一种可再生能源。浅层地温能作为一种新型能源,在我国近几年发展迅猛,其中以地源热泵和水源热泵为主,尤以水源热泵运行经济。水源热泵一般是以浅层的、温度稳定的地下水为介质,通过抽水井和回灌井的水路循环实现热交换的一种节能环保的技术。但目前,我国在地下水源热泵系统的实际推广应用中,依然面临着地下水资源的保护、热短路、岩土层变形、冷热岛效应等一系列地下工程问题。

1 回灌问题是困扰我国地下水源热泵发展的瓶颈

目前困扰我国地下水源热泵发展的瓶颈是回灌问题,一些水源热泵承包方不了解回灌井的钻井施工技术工艺,单纯地以供水井的水量衡量回灌量是不正确的,回灌井的施工是一个比较复杂的施工工艺。在我国靠近山区的冲击扇上及盆地地区,卵、砾石及粗砂地层中孔隙度较大,成井后很容易回灌,且回灌使用效果永久。许多地源热泵承包单位对水文地质条件和钻井施工工艺不了解,认为只要地下有水就能回灌,这是对回灌井认识不足。

由于钻井前期投入较大,如果在短时间内不能实现完全回灌,或在一年内只形成微量回灌,不但造成水资源的大量浪费,而且长期下去会引发局部地面沉降和地质灾害。笔者调查了大量的资料,在欧美一些发达国家对水源热泵所使用的地下水采用的处理方法是加压回灌和净化处理,这种方法在实现回灌的同时也加大了水源热泵的利用成本。

2 回灌井的施工简述及取得的成效

回灌井的施工首先要搞清楚当地水文地质条件,然后根据第一眼井的物探结果或地下水埋深及地层含水结构进行成井,成井后根据水量、水温、静水位和动水位等确定其他井的合理布局。回灌井成井工艺非常复杂,不能运用单纯的传统供水井施工工艺进行施工。

笔者所在的单位是自2000年起对水源热泵回灌井的施工是在细粉砂、细中砂地层中进行的。最深的为250m(承压水),最浅的为15m(潜水),单井涌水量为60m3/h或100m3/h,在全国多个地区进行施工,均能实现100%回灌(一抽两灌),最早的项目已经运行近10年,实现了回灌效果持久。

笔者在十多年的回灌井施工中, 通过不断对回灌井的施工工艺进行总结和创新,已形成一套完整而有效的施工工艺(已获得国家专利)。根据区域水文地质条件,针对第四系细粉砂、中细砂地层采用不同的泥浆、钻进系数、钻井口径、成井口径、冲孔换浆、砾料规格、滤水管的缠丝结构、外滤水网的选用、投料高度以及洗井等,均有严格的要求。同时,回灌井在其使用的过程中同样有严格的操作方法及使用要求。为保证回灌效果持久稳定,必须对回灌井进行严格的一保、二保、三保养。随着时间的推移逐步拉长保养周期。根据用户的反映和我们长时间的跟踪调查发现,回灌井如果保持正确的使用方法,随时间的推移回灌量会越来越大,而并非减少。

3 结语

在多年的回灌井施工经验中, 我们总结出一套理论体系,通过实践证明,在许多不同地质条件下,甚至是认为不易回灌的地区实现100%回灌也是能够实现的。

 
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