[发明专利]一种土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，属于地源热泵施工工艺技术领域。

背景技术

地源热泵供热与空调供冷系统具有充分利用地下土壤的能量、采用一套系统即可解决全年空调供冷与供热问题的优势，近年来土壤源已经大规模推广使用，并取得了良好的应用效益。土壤源热泵系统利用地下岩土的自然能量用于空调供冷、采暖和制热水，本身不污染和消耗地下水，在技术产品和实际应用两个方面均已获得迅速发展，并具有广阔的市场潜力。但是由于地下岩土层的组成复杂，打井施工受到地质状况的影响，施工时间和费用均耗费较大，因而导致这一有效实用的空调热水解决方法的应用范围受到较大限制。因此，如何进一步针对性的改进施工工艺，提供施工进度和质量，降低施工成本，是目前地源热泵推广应用领域一个非常重要的发展领域，并直接影响到地源热泵市场发展的潜力。

与普通热泵空调系统施工相比，土壤源热泵施工的最独特最复杂的环节是在选定区域的地下岩土层中钻井，采用何种钻井工艺方法与设备，直接关系到地源井施工的质量、效率和费用。通常而言，采用普通钻具在基本为土壤地层的地质条件下钻井速度快、费用少，但是在遇有花岗岩等硬岩层或松散破碎岩层中，普通钻具的钻井效率大大下降，综合费用急剧升高，甚至无法打出合格地源井，此时必须采用专门针对硬岩层或松散破碎岩层作业的专用钻具。经常遇到的情况是，在100m左右的钻井深度内，最上一层覆盖有一定厚度的松软土壤层，其下则为若干层硬岩层或松散破碎岩层，这种情况下许多施工单位会分别选择更换不同的钻具进行作业，大大影响钻井时间，例如一一个钻井小组可能需要2～3天方可完成一口井(100m左右)的钻井作业。

在地质勘探中采用套管跟管钻进钻孔方法，可在花岗岩等硬岩层或松散破碎岩层中高效高质地完成钻井作业，将这种方法应用于土壤源热泵地源井的钻井作业中，可有效促进地源井钻井过程及效率。

在地源井施工流程中，在岩土热物性测试及分析、U型管下管作业及地源井环路施工与打压验收等相关流程中，均已出现和采用了各种工艺方法与设备，但是在许多施工环节与设备中存在准确性、可靠性、安全性、成井及环路施工质量、进度等方面存在着诸多问题，均有赖于针对性地加以改进和提高。

发明内容

本发明的目的和任务是，针对目前地源井施工工艺中存在的上述问题，研制一种土壤源热泵地源井施工工艺方法与设备，有效提高施工质量和进度，降低综合生产成本。

本发明的具体描述是：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，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。

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。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；