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牙轮钻头在卵砾石层及灰岩地层中的应用

更新时间：2020-04-11　点击量：1143

一、主要地层分布

1、第四纪冲积层，上部为腐殖土，厚度为1.0-4.0米，下部为冲积卵砾石层45-120m，呈黄褐色、密实，充填少量粘性土。卵砾石粒径2-25cm，成分为石英岩，磨圆度好，卵砾石含量大于70%。

2、基岩为灰岩，岩石可钻性级别为5-6级，岩石呈中-厚层状构造，倾角为35-40°，岩石基本质量等级为Ⅳ级，破碎岩溶现象中等发育，溶洞溶蚀严重，岩体溶洞多为黏土充填。

二、供水井参数要求

1、出水量50m3/h；

2、井深240m；

3、开孔直径Φ550mm，终孔直径216mm；

4、井管直径Φ325mm螺旋焊接管，井管连接方式为焊接；

三、施工技术

1、主要设备施工机具

主要使用SPJ-300型水文水井钻机及配套设施，设备情况见表

2、钻具结构（从下至上）：牙轮钻头—变径接手—取粉管—扶正器—钻铤—钻杆—机上钻杆

3、牙轮钻头的选择及加工

钻进卵砾石层及灰岩地层采用牙齿低、齿形较大的镶齿的牙轮钻头，现今市场经济竞争激烈，工程造价较低，由于出厂的新牙轮钻头价格高，因此我公司为降低钻井成本，专门收集从盘锦石油钻井队退役下的硬度较高的牙轮钻头，尤其是扩孔钻头是由我们用圆钢自行加工而成的钻头体，将Φ216mm牙轮钻头分割成单独的三个轮臂，共六个将其焊接在钻头体中部，形状呈阶梯式，其外径控制在550mm，切割及焊接Φ216mm牙轮臂时，应将其放置在冷却槽降温，以免因切割、焊接时的高温将牙轮臂中的润滑油烧化溢出，提高使用寿命，极大的降低了水井钻头成本，下井前检查牙轮钻头的磨损情况转动是否灵活及焊接质量并应做好牙轮钻头的日常维护保养。

4、水井钻进工艺技术

砂卵石层其特点是粘结力差，卵石硬而表面光滑，易发生井斜和泥浆大量漏失，使用管状钻头或翼片钻头，钻进中阻力太大，易孔壁坍塌、卡钻，易损坏钻机，或钻具折断，造成孔内事故或机械事故，而使用牙轮钻头钻进，由于三牙轮钻头牙轮可压住大卵石，并在其上滚动、碾捣，所以只要合理钻压能加上去，卵石就会很快被碾压成表面破碎和疲劳破碎，从而提高班钻进效率。

（1）开孔钻进：开孔选用Φ346mm牙轮钻头开孔，开孔时要轻压、慢转，以防止钻孔偏斜，开孔时操作人员要适当拉紧卷扬机，使钢丝绳始终处于胀紧状态，适当进行减压钻进。

卵砾石层中钻进，应使用良好的泥浆，为了悬浮砂粒，泥浆密度应为1.1—1.2；表观粘度7—15mPa.s，在泥浆管理上要严格保持泥浆中含砂量不超标，若泥浆中含砂量超标，应全部将孔内劣质泥浆用重新搅拌好的优质泥浆顶出，始终保持泥浆良好的粘度。

（2）在正常钻进过程中采取随钻随扩的技术方法，钻进上部第四纪冲击层用Φ346牙轮钻头钻进8-10m，即提钻换用Φ550阶梯式牙轮钻头扩孔，这样随钻随扩，下Φ540mm*6mm焊接护臂套筒至卵砾石层500mm，可防止孔内事故的发生。然后换Φ346mm钻头钻进卵砾石层，下Φ325mm*5mm螺旋焊接管至灰岩500mm，灰岩层采用Φ216牙轮钻头钻进裸眼至终孔。

（3）保证井筒垂直度的措施。

钻凿供水井，必须保证井筒的垂直，如果井筒中有探头石或将井筒打成螺旋状，这样下管时就会因井筒不直而井管下不到位，造成返工，所以在第1径Φ346mm钻进时，应将加压钻铤逐根加入，一是保证了牙轮钻头有足够的钻压，另一方面改善钻头的受力情况，能保证井筒的垂直度。

扩孔成井是水井中的关键环节，为了保证水井的垂直度，我们特别加工了一根粗径导向钻具，粗径导向钻具为Φ426mm无缝地质管材，长度为8m，外加肋骨片至Φ530mm，扩孔时加入，该粗径导向钻具保证了钻头的稳定性；在扩孔过程中应勤提钻，检查牙轮钻头及粗径导向钻具的使用情况，发现异常情况及时处理。

（4）扩孔钻进时保证泥浆性能的措施。

扩孔钻进时由于孔径扩大，岩粉排出量大，泥浆性能随之变差，主要为含砂量大，粘度小，所以要求施工机组在扩孔过程中严禁直接往泥浆池中放清水，随时测定泥浆性能，如泥浆含砂量大于8%时，应用预先搅好的优质泥浆将井筒内劣质泥浆全部顶出替换，保持良好的泥浆性能。

5、钻进技术参数选择

（1）钻压：采用钻具自重和钻铤加压，钻进过程中钻头钻压越大，钻进效率越高，钻压小钻具上小跳动严重，进尺慢，反之进尺快。

（2）转数：牙轮钻进成井转数不宜过快，转数越高钻具稳定性越差，钻头磨损严重降低寿命。

（3）泵量：牙轮钻进成井应尽量选用大排量水泵，以有效的将孔内岩屑及时排出孔外，减少重复破碎，提高钻进效率。

结束语

通过几年来应用牙轮钻头钻进卵砾石层及灰岩地层水井的施工钻井成本大幅度降低，其经济*，优点如下：

1、牙轮钻头成井属无岩芯钻探，钻铤加压，成井质量好，满眼钻进不用敲打岩心管，孔壁稳定完整，不容易孔斜，下井管及上下井泵十分方便，孔内事故少

2、钻速快，省劳动力，每回次进尺可达数十米，效率高，一个钻头可钻进卵砾石层50m，可钻进灰岩层70m，提下钻次数大幅度减少，钻速时间长台月效率明显提高，泥浆作冲洗液井段，增加回次进尺长度，清水作冲洗液井段控制回次进尺在15-20m，提钻捞粉，减少重复破碎。

3、成本低投资少旧物利用，大大节省钻井成本，经济*，比以往硬质合金钻进、钢粒钻进成本节省30%。

4、溶洞灰岩地层可顶漏钻进，洗井后出水量容易保证。

具体资料请下载文案：

TD-016C型 RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套*基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取*ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

牙轮钻头在卵砾石层及灰岩地层中的应用

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