218滨海地区水源热泵管井人工灌采地下水技术

滨海地区水源热泵管井人工灌采地下水技术天津市金大地能源工程技术有限公司赵树林王安民

摘要：本文的课题实验对象为1.2万平方米办公大楼“海泰大厦”，根据其1.2万平方米冷暖负荷所需水量，水温的需求，选择了330-400米成压含水层为灌采目的层。针对全国内地源热泵中存在的问题，研究开凿了适合第四系粉细砂含水层的具有笼状双层过滤器的灌采两用井。从井身结构、操作规程及工艺特点等方面出发，全面阐述了灌采井成形结构与施工工艺，论述了灌采井地面装置及回灌工艺流程，并分析了回灌量的重要影响因素—井距，最后概述了市科委委托市水利局组织，经鉴定委员会评审的鉴定意见。

关键词：灌采井工艺地面装置回灌工艺流程

0 引言

水源热泵是一种利用地下水的高效节能空调系统，通过输入少量高品位能源（如电能），实现低品位能源向高品位转移，实现冬季供暖和夏季制冷。

早在90年代初期，天津市城市节水办公室工程技术人员就会同有关单位，就管井井身结构、井口及泵管密封装置，回灌工艺方法、流程等方面进行技术公关，其中，“管井灌采储能试验研究”课题获得成果，并获得市建委科技进步二等奖。如何把原有的研究成果迅速转变成为生产力，也就是被国内外有关组织称之为经济、绿色无污染的地源热泵技术相结合，迅速促进本市及滨海地区的经济腾飞与环境的改善任务，摆在了我们面前。因此，天津市金大地能源工程技术有限公司与天津市新技术产业园区房地产有限公司联合在2001年开展了“管井灌采地下水应用于冷暖空调系统的实验研究”课题的攻关，全面解决了人工回灌核心技术。

1灌采井工艺

天津地区为滨海冲击平原的下游，第四层由巨厚的松散的沉积物构成，含水层岩性以粉细砂为主，一般情况下，粒度自上而下由细变粗，渗透系统细数影响半径亦随深度增加而变大，地下水温度逐渐升高。

课题试验选择在天津市西南部新技术产业园华苑产业区内，解决1.2万平方米办公大楼“海泰大厦”冷暖空调问题开展的研究。根据其“海泰大厦”1.2万平方米冷暖负荷所需水量，水温的需求，选择了330-400米承压含水层为灌采目的层。如图1所示，开凿了两眼灌采井，井通孔孔径∮600毫米；上部泵室端∮325毫米井管，长度约180米，下部井管直径∮219毫米，对井井距46米。

1.1灌采井井身结构

如图2所示，滤水管采用笼状双层填砾过滤器（两层滤网均为约翰逊式）。内层为∮244毫米低碳钢塑料喷涂滤网，缠丝间隙1.5毫米，孔隙率34%外层滤网形式与同层滤网相同，直径∮343毫米，缠丝间隙1.0毫米，孔隙率26.6%：双层滤网之间充填2-3毫米的石英砂。滤水管与井壁之间的环状间隙充填1.5-5.0毫米的石英砂，充填高度高于顶层滤水管以上20-30米。

图1 灌采井结构简图

双层填砾过滤器示意图

图2灌采井井身结构图

为保证回灌量，滤水管长度（即采水高度）不少于35米。首先用∮430毫米鱼尾或三翼刮刀式钻头钻至设计深度，然后用用∮600毫米牙轮拼装扩孔钻头进行扩孔，扩孔中反复划孔不少于二遍，以保证孔径规格。钻井中严格控制钻压，均匀给进确保钻孔垂直度，以确保滤水管周围有厚度均匀的填砾层。成孔后利用电测方法确定采水目的层位置。对采水层采用筒状园牙钻具进行壁刮切，以保证透水层通畅。经泥浆调整后下管，下管后进行不少于24小时的充分换浆，待泥浆比重稀释至1.08g/cm3后再进行填砾。填砾沿井孔四周均匀缓慢填入，当证实填砾厚度满足要求后，先经一阶段洗井，洗井中丈量填砾高度，如有降落还须补填。然后用红粘土进行上部井孔封闭。

洗井采用先活塞后拉负压二种方法进行。二种方法均分层、逐段清洗，时间不少于72小时，至水清砂净为止。

1.2灌采井工艺特点

（1）井孔孔径大于600毫米，配合使用双滤网过滤器使过水断面增大，利于增加井的采、灌量。由于滤网内的砾料相对固定，不因采、灌时的双向流水冲击作用改变原有的排列顺序，故而能保持管井长期的灌采运行。

（2）双层滤网内的预填2-3毫米砾料和管外间隙充填的1.5-5.0毫米砾料形成梯级填砾反滤层，不仅可以阻挡采水和回扬水时细颗粒进入井内，而且保证了25%的孔隙率。

（3）填砾高度高于顶部滤水管20-30m,可以防止因长期抽灌亏砂，粘土下滑阻塞含水层。

（4）洗井采用正压活塞洗井和负压的复合式洗井方法，洗井较为彻底，达到了基本清除泥皮、

水清砂净，增加单位出水量的效果。

（5）在井管一定深度安装水位测管，可以在运行中随时进行水位观测，掌握井的运行状况。

经过稳定8小时以上连续抽水试验，其成井结果如下：

东井：出水量93t/h

静水位：91m

动水位：109m

单位出水量：5.1t/(h•m)

含砂量：﹤1/20000

井口水温:23.8℃(连续抽水24小时后测)

西井：出水量：95t/h

静水位：90.4m

动水位：111.0m

单位出水量：4.61t/(h•m)

经过测试证实，二井为同灌采井，由于采用了适合滨海地区粉细砂含水层灌采需要，采用了全新的成井结构及施工工艺，成井质量较好，为后来灌采试验运行打下了重要基础。

2 灌采井地面装置及回灌工艺流程

2.1灌采井地面装置

地面装置是指采、灌管井的配套设施，安装在机房内，地表上和管井相连接的管路部分。管路系统是压力回灌试验工程的主要设施之一，由输水管线、回灌管段、排水回扬管段，共用关断、井口及泵

如图3所示。

图3灌采井地面装置图

现就上述管路系统的各部分，作如下说明：

（1）输水管段是连接其送水管段至旋液除砂过滤器的管段，其作用是向热泵机组输送地下水。

（2）泵管回灌管段是通过BH连接泵管与机组排水管的管段，其作用是将机组排水通过水泵管回灌至地下。

（3）回扬管段是连接在输水管线上通过XP（西井）、DP(东井)进行排污扬水的管段。其作用是将开泵初始时的污水及扬水拉真空时废水的排放。

（4）回灌管段是JH1(西井)、JH2(东井)连接井管与机组排水管的管段，其作用是将机组尾水通过井管回灌至地下。

（5）密封装置是封闭井口的专用设施。由井口法兰，胶垫、密封盘、出水弯头、潜水泵动电缆密封口、自动排气阀、压力表、温度表等组成。安装于井口其下部连接潜水泵管，上部连接输水管线的口.其作用除输水与泵管回灌的通道外，主要是封闭井口，防止压力回灌时造成回灌水外溢，并且在泵管真空回