一种含水层储能井的二次成井方法技术

本发明专利技术涉及一种含水层储能井的二次成井方法，包括如下步骤：钻机就位钻进及井管安装前的准备、一次成井安装钢质井管回填滤料、钢质井管联合洗井、二次成井安装PVC井管回填滤料、拔出钢质井管、封井并联合洗井、抽水试验，各项参数合格后投入使用，其中所述二次成井设备包括拔管器、钢质井管和PVC井管。采用本发明专利技术的二次成井方法，可先下钢质井管和粗颗粒滤料，一次成井后进行强度较大的洗井，再下PVC井管和细颗粒滤料，然后拔出钢质井管，再采用强度较轻的洗井，即解决了冲击钻进工艺导致的井壁泥皮过厚的问题，又保护了PVC井管，提高了含水层储能井抽出的地下水质量、解决了在卵砾石及含漂石的地层修建含水层储能井的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种含水层储能井的二次成井方法
本专利技术涉及水文地质钻探领域，具体涉及一种含水层储能井的二次成井方法。
技术介绍
近年来，含水层储能技术得到快速发展，目前已经可以充分利用含水层的特点，夏季储藏热能供冬季使用，冬季储藏冷能供夏季使用。但是这个技术的一个重要前提是地下水原水100％回灌，这就对储能井的成井技术有更高的要求。成功的打井工艺分为两步，即钻进和成井。目前打普通井的钻进技术已经比较成熟，通常会选用气举反循环钻进工艺，但是这种钻进方法无法适用于卵砾石、含漂石的地层，如果修建含水层储能井的地方含水层的地质条件为上述地层，那么将必须采用其他的钻进方式来进行。在这些地方，目前常用的是钢绳冲击钻进的方法，而在冲击钻进的过程中，由于钻进采用“凿进”的方式，在钻进过程结束后，井壁岩层颗粒将变得更加密集，其含水层的孔隙率，给水度，渗透系数均有一定程度的降低；另外，由于冲击钻进过程中的冲洗液一般采用掏筒的方式上返，导致井内泥浆密度较大，在钻进结束后的冲孔换浆过程，冲击钻也无法做到像反循环钻进那样彻底，这使得井壁上的泥浆护壁过厚。而含水层储能井与普通水井用途不同，因此成井工艺上差别也很大，如果井壁上的泥浆护壁过厚，透水率不高就会影响地下水回灌，另外抽出的地下水如果泥沙含量多，会影响建筑物里的水路循环，对换热器、热泵等设备造成损坏，因此需要比较彻底的洗井操作，才能满足含水层储能井的需求。常规的水井多采用钢制材料的井管，其强度与刚度相对较大，而且回填滤料的颗粒也较大，在用冲击钻成井后，使用强活塞洗井与其他洗井方式相结合的方法，可以消除井壁上大部分泥浆护壁。但含水层储能井要避免金属传导损耗热量或者冷量，同时也为了避免铁锈等金属物质随着水路循环对换热器和热泵等设备产生损害，因此使用的井管为PVC材质，连接方式为胶黏式，其强度、刚度远不及钢制井管，为了降低抽出地下水的含沙量，含水层储能井需要回填较小的滤料颗粒，但是颗粒越小，洗井难度越大，如果想要达到与大颗粒滤料同等的洗井质量，就需要采用更大力度的活塞洗井，这对PVC材质的井管来说又是无法承受的。如果使用强力活塞洗井，PVC井壁管破裂的概率极大，而其他洗井方法无法达到完全消除泥浆护壁，这不仅限制了含水层储能井抽水和回灌的水量，影响整个系统的运行效率，更对含水层储能技术在全国各种地质条件的推广造成了很大的阻力。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出一种含水层储能井的二次成井方法，旨在提供一种在卵砾石、含漂石的地层修建含水层储能井时，配合采用冲击钻进工艺和PVC材质井管，能高质量完成洗井，并且提高含水层给水率和给水质量的成井方法。本专利技术的含水层储能井的二次成井方法，包括如下步骤：1)钻机就位钻进及井管安装前的准备：采用冲击钻的钻进方式，钻进过程中采用泥浆护壁，井孔内泥浆液面不低于地面下0.5m，井孔完全贯穿目标含水层后，再向下深入岩石层三米，利用提砂筒将孔底稠泥浆掏出，同时注入清水；2)一次成井安装钢质井管回填粗颗粒滤料：向井孔内投入厚度小于1m的粗颗粒滤料垫底，然后下入二次成井设备中的钢质井管，所述钢质井管包括钢质沉砂管、桥式过滤器、钢质井壁管，操作时先下钢质沉砂管，再下桥式过滤器，最后下钢质井壁管，下管结束后，向井壁与钢质井管之间的环空内回填粗颗粒滤料，回填至含水层顶部以上2m左右；3)钢质井管联合洗井：待粗颗粒滤料完全下沉稳定后，在井孔内下入潜水泵抽出井内脏水，然后采用焦磷酸钠与高强度的活塞联合洗井；4)二次成井安装PVC井管回填细颗粒滤料：待步骤3)抽出的地下水比较清澈且无施工残留物后，下入二次成井设备中的PVC井管，所述PVC井管包括PVC沉砂管、PVC滤水管、PVC井壁管，操作时先下PVC沉砂管，再下PVC滤水管，最后下PVC井壁管，下管结束后，向钢质井管与PVC井管的环空内回填细颗粒滤料至与粗颗粒滤料同等深度；5)拔出钢质井管：待细颗粒滤料完全下沉稳定后，使用拔管器将钢质井壁管、桥式过滤器、钢质沉砂管依次从井孔中缓慢拔出，在拔管开始时先施加50％的拉力，待钢质井管可以小幅度的移动时，再将拉力增加到80％；6)封井并联合洗井：待钢质井管完全拔出后，回填优质粘土球进行封井，然后采用低强度的活塞与空压机联合洗井；7)抽水试验：洗井结束后安装潜水泵、泵管、流量计等设备进行抽水试验，各项参数合格后投入使用。进一步，所述二次成井设备包括拔管器、钢质井管和PVC井管，所述钢质井管由相同直径的钢质井壁管、桥式过滤器、钢质沉砂管依次焊接相连而成，钢质沉砂管在最下面，钢质井壁管在最上面；所述PVC井管由相同直径的PVC井壁管、PVC滤水管、PVC沉砂管依次胶黏连接，PVC沉砂管在最下面，PVC沉砂管的底部设置管帽(13)，PVC井壁管在最上面并凸出地面形成井口。进一步，所述桥式过滤器高度超过目标含水层高度。这样可以最大程序的抽取地下水洗井，提高洗井质量。进一步，所述PVC滤水管高度小于目标含水层高度。这样可以增加地下水向PVC滤水管渗透的压力，增加给水率，而且进入PVC滤水管的水都经过了粗颗粒滤料和细颗粒滤料的过滤，最大程度的去除泥沙等杂质，提高给水质量。优选地，所述粗颗粒滤料的粒径为1-2cm。优选地，所述细颗粒滤料的粒径为1-2mm。进一步，所述低强度的活塞与空压机联合洗井步骤中，所述活塞直径小于PVC井管直径20-30mm，活塞下降速度适当，提升速度为0.6-1.2m/s，活塞不能下入PVC沉砂管中；所述空压机洗井的出水管应下至超过PVC滤水管的下部，出水管的外径与井管内径差不小于29-40mm，风管沉没比不小于50％，以最大的抽水量抽水洗井。优选地，所述钢质井管直径为529mm。优选地，所述PVC井管直径为315mm。本专利技术的有益效果为：1、在保护PVC井管的同时完成高质量的洗井工艺：采用本专利技术的二次成井方法，钻进后先下钢质井管，并在井壁和钢质井管之间的空隙中填入粗颗粒滤料，一次成井后可以采用强度较大的活塞洗井与洗井彻底的焦磷酸钠洗井相结合的联合洗井的方法，高质量地清除钻井过程中井壁上的泥皮，为二次成井后的洗井质量打下基础。二次成井时下PVC井管，钢质井管和PVC井管之间的空隙中填入细颗粒滤料，然后拔出钢质井管，再采用强度较轻的活塞洗井与空压机洗井相结合的联合洗井方法，完成高质量的洗井，即解决了冲击钻进工艺导致的井壁泥皮过厚的问题，又保护了PVC井管，提高了含水层储能井的使用寿命。钢质井管底部不设置管帽，方便二次成井时拔出钢质井管。2、提高了含水层储能井抽出的地下水质量：通过使用本专利技术的二次成井方法，可以有计划地在最终PVC井管外围分层填入粗颗粒滤料和细颗粒滤料，而且洗井彻底，抽出的地下水含沙量很低，而且由于二次成井后钢质井管已经被完全拔出，不影响地下水水质，不产生热量损失，不会产生铁锈等化学物质使整个储能系统的水回路堵塞。3、解决了在卵砾石及含漂石的地层修建含水层储能井的问题：通过使用本专利技术的二次成井方法，在卵砾石及含漂石的地层，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含水层储能井的二次成井方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)钻机就位钻进及井管安装前的准备：采用冲击钻的钻进方式，钻进过程中采用泥浆护壁，井孔内泥浆液面不低于地面下0.5m，井孔完全贯穿目标含水层后，再向下深入岩石层3m，利用提砂筒将孔底稠泥浆掏出，同时注入清水；/n2)一次成井安装钢质井管回填粗颗粒滤料：向井孔内投入厚度小于1m的粗颗粒滤料(9)垫底，然后下入二次成井设备中的钢质井管，所述钢质井管包括钢质沉砂管(4)、桥式过滤器(3)、钢质井壁管(2)，操作时先下钢质沉砂管(4)，再下桥式过滤器(3)，最后下钢质井壁管(2)，下管结束后，向井壁与钢质井管之间的环空内回填粗颗粒滤料(9)，回填至含水层(11)顶部以上2m左右；/n3)钢质井管联合洗井：待粗颗粒滤料(9)完全下沉稳定后，在井孔内下入潜水泵抽出井内脏水，然后采用焦磷酸钠与高强度的活塞联合洗井；/n4)二次成井安装PVC井管回填细颗粒滤料：待步骤3)抽出的地下水比较清澈且无施工残留物后，下入二次成井设备中的PVC井管，所述PVC井管包括PVC沉砂管(7)、PVC滤水管(6)、PVC井壁管(5)，操作时先下PVC沉砂管(7)，再下PVC滤水管(6)，最后下PVC井壁管(5)，下管结束后，向钢质井管与PVC井管的环空内回填细颗粒滤料(8)至与粗颗粒滤料(9)同等深度；/n5)拔出钢质井管：待细颗粒滤料(8)完全下沉稳定后，使用拔管器(1)将钢质井壁管(2)、桥式过滤器(3)、钢质沉砂管(4)依次从井孔中缓慢拔出，在拔管开始时先施加50％的拉力，待钢质井管可以小幅度的移动时，再将拉力增加到80％；/n6)封井并联合洗井：待钢质井管完全拔出后，回填优质粘土球(14)进行封井，然后采用低强度的活塞与空压机联合洗井；/n7)抽水试验：洗井结束后安装潜水泵、泵管、流量计等设备进行抽水试验，各项参数合格后投入使用。/n...

【技术特征摘要】
1.一种含水层储能井的二次成井方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)钻机就位钻进及井管安装前的准备：采用冲击钻的钻进方式，钻进过程中采用泥浆护壁，井孔内泥浆液面不低于地面下0.5m，井孔完全贯穿目标含水层后，再向下深入岩石层3m，利用提砂筒将孔底稠泥浆掏出，同时注入清水；
2)一次成井安装钢质井管回填粗颗粒滤料：向井孔内投入厚度小于1m的粗颗粒滤料(9)垫底，然后下入二次成井设备中的钢质井管，所述钢质井管包括钢质沉砂管(4)、桥式过滤器(3)、钢质井壁管(2)，操作时先下钢质沉砂管(4)，再下桥式过滤器(3)，最后下钢质井壁管(2)，下管结束后，向井壁与钢质井管之间的环空内回填粗颗粒滤料(9)，回填至含水层(11)顶部以上2m左右；
3)钢质井管联合洗井：待粗颗粒滤料(9)完全下沉稳定后，在井孔内下入潜水泵抽出井内脏水，然后采用焦磷酸钠与高强度的活塞联合洗井；
4)二次成井安装PVC井管回填细颗粒滤料：待步骤3)抽出的地下水比较清澈且无施工残留物后，下入二次成井设备中的PVC井管，所述PVC井管包括PVC沉砂管(7)、PVC滤水管(6)、PVC井壁管(5)，操作时先下PVC沉砂管(7)，再下PVC滤水管(6)，最后下PVC井壁管(5)，下管结束后，向钢质井管与PVC井管的环空内回填细颗粒滤料(8)至与粗颗粒滤料(9)同等深度；
5)拔出钢质井管：待细颗粒滤料(8)完全下沉稳定后，使用拔管器(1)将钢质井壁管(2)、桥式过滤器(3)、钢质沉砂管(4)依次从井孔中缓慢拔出，在拔管开始时先施加50％的拉力，待钢质井管可以小幅度的移动时，再将拉力增加到80％；
6)封井并联合洗井：待钢质井管完全拔出后，回填优质粘土球(14)进行封井，然后采用低强度的活塞与空压机联合洗井；
7)抽水试验：洗井结束后安装潜水泵、泵管、流量计等设备进行抽水试验，各项参数合格后投入使用。

【专利技术属性】
技术研发人员：杜刚，万军，欧阳鑫南，
申请(专利权)人：丰电阳光北京清洁能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11