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牙輪鉆頭在卵礫石層及灰巖地層中的應用

更新時間：2020-04-11　點擊量：1554

一、主要地層分布

1、第四紀沖積層，上部為腐殖土，厚度為1.0-4.0米，下部為沖積卵礫石層45-120m，呈黃褐色、密實，充填少量粘性土。卵礫石粒徑2-25cm，成分為石英巖，磨圓度好，卵礫石含量大于70%。

2、基巖為灰巖，巖石可鉆性級別為5-6級，巖石呈中-厚層狀構造，傾角為35-40°，巖石基本質量等級為Ⅳ級，破碎巖溶現象中等發育，溶洞溶蝕嚴重，巖體溶洞多為黏土充填。

二、供水井參數要求

1、出水量50m3/h；

2、井深240m；

3、開孔直徑Φ550mm，終孔直徑216mm；

4、井管直徑Φ325mm螺旋焊接管，井管連接方式為焊接；

三、施工技術

1、主要設備施工機具

主要使用SPJ-300型水文水井鉆機及配套設施，設備情況見表

2、鉆具結構（從下至上）：牙輪鉆頭—變徑接手—取粉管—扶正器—鉆鋌—鉆桿—機上鉆桿

3、牙輪鉆頭的選擇及加工

鉆進卵礫石層及灰巖地層采用牙齒低、齒形較大的鑲齒的牙輪鉆頭，現今市場經濟競爭激烈，工程造價較低，由于出廠的新牙輪鉆頭價格高，因此我公司為降低鉆井成本，專門收集從盤錦石油鉆井隊退役下的硬度較高的牙輪鉆頭，尤其是擴孔鉆頭是由我們用圓鋼自行加工而成的鉆頭體，將Φ216mm牙輪鉆頭分割成單獨的三個輪臂，共六個將其焊接在鉆頭體中部，形狀呈階梯式，其外徑控制在550mm，切割及焊接Φ216mm牙輪臂時，應將其放置在冷卻槽降溫，以免因切割、焊接時的高溫將牙輪臂中的潤滑油燒化溢出，提高使用壽命，極大的降低了水井鉆頭成本，下井前檢查牙輪鉆頭的磨損情況轉動是否靈活及焊接質量并應做好牙輪鉆頭的日常維護保養。

4、水井鉆進工藝技術

砂卵石層其特點是粘結力差，卵石硬而表面光滑，易發生井斜和泥漿大量漏失，使用管狀鉆頭或翼片鉆頭，鉆進中阻力太大，易孔壁坍塌、卡鉆，易損壞鉆機，或鉆具折斷，造成孔內事故或機械事故，而使用牙輪鉆頭鉆進，由于三牙輪鉆頭牙輪可壓住大卵石，并在其上滾動、碾搗，所以只要合理鉆壓能加上去，卵石就會很快被碾壓成表面破碎和疲勞破碎，從而提高班鉆進效率。

（1）開孔鉆進：開孔選用Φ346mm牙輪鉆頭開孔，開孔時要輕壓、慢轉，以防止鉆孔偏斜，開孔時操作人員要適當拉緊卷揚機，使鋼絲繩始終處于脹緊狀態，適當進行減壓鉆進。

卵礫石層中鉆進，應使用良好的泥漿，為了懸浮砂粒，泥漿密度應為1.1—1.2；表觀粘度7—15mPa.s，在泥漿管理上要嚴格保持泥漿中含砂量不超標，若泥漿中含砂量超標，應全部將孔內劣質泥漿用重新攪拌好的優質泥漿頂出，始終保持泥漿良好的粘度。

（2）在正常鉆進過程中采取隨鉆隨擴的技術方法，鉆進上部第四紀沖擊層用Φ346牙輪鉆頭鉆進8-10m，即提鉆換用Φ550階梯式牙輪鉆頭擴孔，這樣隨鉆隨擴，下Φ540mm*6mm焊接護臂套筒至卵礫石層500mm，可防止孔內事故的發生。然后換Φ346mm鉆頭鉆進卵礫石層，下Φ325mm*5mm螺旋焊接管至灰巖500mm，灰巖層采用Φ216牙輪鉆頭鉆進裸眼至終孔。

（3）保證井筒垂直度的措施。

鉆鑿供水井，必須保證井筒的垂直，如果井筒中有探頭石或將井筒打成螺旋狀，這樣下管時就會因井筒不直而井管下不到位，造成返工，所以在第1徑Φ346mm鉆進時，應將加壓鉆鋌逐根加入，一是保證了牙輪鉆頭有足夠的鉆壓，另一方面改善鉆頭的受力情況，能保證井筒的垂直度。

擴孔成井是水井中的關鍵環節，為了保證水井的垂直度，我們特別加工了一根粗徑導向鉆具，粗徑導向鉆具為Φ426mm無縫地質管材，長度為8m，外加肋骨片至Φ530mm，擴孔時加入，該粗徑導向鉆具保證了鉆頭的穩定性；在擴孔過程中應勤提鉆，檢查牙輪鉆頭及粗徑導向鉆具的使用情況，發現異常情況及時處理。

（4）擴孔鉆進時保證泥漿性能的措施。

擴孔鉆進時由于孔徑擴大，巖粉排出量大，泥漿性能隨之變差，主要為含砂量大，粘度小，所以要求施工機組在擴孔過程中嚴禁直接往泥漿池中放清水，隨時測定泥漿性能，如泥漿含砂量大于8%時，應用預先攪好的優質泥漿將井筒內劣質泥漿全部頂出替換，保持良好的泥漿性能。

5、鉆進技術參數選擇

（1）鉆壓：采用鉆具自重和鉆鋌加壓，鉆進過程中鉆頭鉆壓越大，鉆進效率越高，鉆壓小鉆具上小跳動嚴重，進尺慢，反之進尺快。

（2）轉數：牙輪鉆進成井轉數不宜過快，轉數越高鉆具穩定性越差，鉆頭磨損嚴重降低壽命。

（3）泵量：牙輪鉆進成井應盡量選用大排量水泵，以有效的將孔內巖屑及時排出孔外，減少重復破碎，提高鉆進效率。

結束語

通過幾年來應用牙輪鉆頭鉆進卵礫石層及灰巖地層水井的施工鉆井成本大幅度降低，其經濟*，優點如下：

1、牙輪鉆頭成井屬無巖芯鉆探，鉆鋌加壓，成井質量好，滿眼鉆進不用敲打巖心管，孔壁穩定完整，不容易孔斜，下井管及上下井泵十分方便，孔內事故少

2、鉆速快，省勞動力，每回次進尺可達數十米，效率高，一個鉆頭可鉆進卵礫石層50m，可鉆進灰巖層70m，提下鉆次數大幅度減少，鉆速時間長臺月效率明顯提高，泥漿作沖洗液井段，增加回次進尺長度，清水作沖洗液井段控制回次進尺在15-20m，提鉆撈粉，減少重復破碎。

3、成本低投資少舊物利用，大大節省鉆井成本，經濟*，比以往硬質合金鉆進、鋼粒鉆進成本節省30%。

4、溶洞灰巖地層可頂漏鉆進，洗井后出水量容易保證。

具體資料請下載文案：

TD-016C型 RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

牙輪鉆頭在卵礫石層及灰巖地層中的應用

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