[发明专利]一种土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备

权利要求书

1.一种土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，应用于各类地质条件的土壤源热泵地源井施工中实现安全高效、快速便捷的施工作业，并特别适用于存在花岗岩等硬岩或松散破碎岩层等的高难度施工地质条件，其特征在于施工工艺方法和步骤要点如下：

(1)采用套管跟管钻进钻孔井下施工工艺打出测试井；

(2)采用岩土物性测试仪测试当地岩土基本热物性；

(3)采用套管跟管钻进钻孔工艺掘出按所测岩土物性计算数量的井群；

(4)采用快速下管工艺将U型管下入井群；

(5)采用同程式系统将若干口井并联为一组，并将所有井群连接为地源水环路系统，将供回水干管通往主机机房；

(6)先后对单根U型管支管、单个地源井、单个地源井组和由所有地源井群组成的地源水环路系统进行若干次打压合格后完成施工。

2.如权利要求1所述的土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，其特征在于所述的套管跟管钻进钻孔井下施工工艺采用潜孔锤冲击静压跟管钻孔方法，采用单偏心三件套跟管钻进钻具等复杂岩土打井作业机具，直接将钻具的潜孔锤与套管和钻机连接，进行冲击下管或冲击拔套管，连续作业而无需根据岩土层组成不同而多次更换钻具。

3.如权利要求1所述的土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，其特征在于所述的套管跟管钻进钻孔井下施工工艺方法的要点如下：

(1)开孔沉管时，将潜孔锤反打接头与套管变径接头连接，边回转静压边冲击，进行冲击回转跟进套管；

(2)当回转扭矩很大时，套管停止回转，利用钻机的静压和潜孔锤冲击进行下管，根据使用潜孔锤的规格，选取钻机的静压力、潜孔锤的风量、风压；

(3)当冲击静压套管钻不进时，应采用气动潜孔锤在套管内进行常规正循环钻进。把反打接头和套管变径接头取下，装上套管护箍、钻头，将套管内的岩层破碎，返出套管，并尽可能地向下钻进；

(4)当潜孔锤正循环钻进遇塌孔无法钻进时，则再重复进行冲击静压跟管钻进；

(5)当孔底遇到大块石无法跟管时，可将潜孔锤下入套管内，将其击碎或钻穿，或继续跟管或再下一层小的规格套管，再重复跟管钻进；

(6)当钻孔完成时，应起拔套管，这时将潜孔锤倒置，取掉钻头、套管护箍、砧子、潜孔锤上接头与套管变径接头、进气接头及套管相连，在另一端装置有反打接头，从潜孔锤下端进风，活塞上击反打接头，产生向上的冲击力，冲击力通过潜孔锤外缸传至套管，钻机提升机构与反打接头连接、向上静拉起拔套管，在潜孔锤的向上冲击力和钻机的向上静拉力联合作用下起拔套管，或将套管留在孔内护壁。

4.如权利要求1所述的土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，其特征在于所述的采用岩土物性测试仪测试当地岩土基本热物性的方法要点是：在已钻好的一个或若干个测试用钻孔中埋设导管并按设计要求回填，回路中充满水，静止数天，然后让水在回路中循环流动，并从某一时刻开始对水连续加热数天(至少48h)，并测量加热功率、回路中水的流量和水的温度及其所对应的时间，最后根据已知的数据由专用岩土热物性计算软件推算出钻孔周围岩土的平均热物性参数，并根据地热换热器总负荷计算出所需地源井延米数和井口数量，相邻地源井之间的行距和列距范围为4～6m左右，所用测试孔及其导管将来可以作为地热换热器的支路使用。

5.如权利要求1所述的土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，其特征在于所述的将U型管下入已完成的井群的快速下管工艺采用但不限于可高效下管作业的专用U型管下管器、快速下管接头、U型管间缺环管卡、U型管放管器、双把手式热熔焊机等工艺设备。

6.如权利要求1所述的土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，其特征在于所述的将所有井群连接为地源水环路系统的方法包括：将相邻4或6或8口井作为一组，采用同程式系统并联到一个分、集水连管中，并由供回水干管分别将所有分、集水器按异程式系统连接起来并通往主机机房。

7.如权利要求1所述的土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，其特征在于所述的对地源井及其单管进行多次打压的压力按照热泵运行中U型管可能承受的最大水压的1.15～1.30倍选择。