地下水随抽水时间变长水量有 变化
地埋管钻孔量大 包括水资源费用 10年二者基本持平
地埋管地源热泵系统可保证长 时间运行良好
需要了解钻井的主要内容
• 钻井地质基本知识 • 钻井主要方法 • 钻井一般工序 • 钻井主要设备与工具 • 钻井主要成本 • 影响钻井进度的主要因素 • 钻井质量与影响因素 • 钻井施工管理
• A、深度有限，单级深度一般不超过30米；
• B、地下水（特别是富水层）对空气钻井影响大；
• C、由于使用高压力空压机，动力消耗大；
• D、成套设备及配套工具昂贵。 • 3）各类回填地层
• 由于回填物杂乱、多样也对钻井会产生不同程度的影 响，但影响较大的还主要是一些大规模、深厚度、块 状物的回填。其特点类似上述。
钻井地质基本知识
1、地层层序 2、三大类岩石 3、与钻井有关的岩石性质
地层
• 1、地源热泵钻井地层与工程施工难度关系的初步探讨 （1）新近地史时期形成的沉积地层，相对简单： 第四系（Q）新第三系（N）是通常说的覆盖层-松散堆积、
无胶结或半固结的松散地层，钻井成孔容易、钻井效 率高、耗能低，钻井成本相对较低。 老第三系（E）往前（地层）——岩层： 岩石的密度、强度，随地层的延深、地质年代的前移均 有所增加。
岩石代表
• 1、岩浆岩：花岗岩、安山岩、闪长岩、流纹岩、玄武岩等 • 2、沉积岩：泥岩、石英砂岩、石灰砾岩、泥铁盐、白云岩、石膏
等 • 3、变质岩：大理岩、云母岩、片麻岩、绿泥石片岩等
与钻井有关的岩石性质
1、岩石的机械性质 ⑴岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。 ⑵硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强 ⑶岩石的塑性：在外力作用下，岩石破碎前呈现永久变
• 上覆盖松散层为砂土、沙层、及砂砾层时，必须采取 隔离措施；地层含水丰富时必须先采用泥浆钻井，隔 离后再转化为空气钻井。
• 当上覆松散层厚度较大、跟管隔离无法实现，而传统 套管隔离繁琐时，应在‘泥浆钻井’和套管隔离后 ‘空气钻井’之间慎重选择。
• （3）复杂地层，通俗说：普通技术条件下钻进成井困 难或钻井过程中容易出现复杂情况的地层。如：
• A、较大直径、厚度的卵石层； • B、裂隙发育地层； • C、地层断裂破碎带； • D、岩溶发育地层等。 • 都是钻井施工的难点，传统钻井方法往往无法实现。
• 问题的关键还在于与勘探开发钻井不同，地源热泵钻 井需要反复、重复面对此类地层。
三大岩石分类
• 火成岩（岩浆岩）——顾名思义，就是直接由岩浆形成的岩石， 指由地球深处的岩浆侵入地壳内或喷出地表后冷凝而形成的岩石。 又可分为侵入岩和喷出岩（火山岩）。
• 沉积岩——顾名思义，就是由沉积作用形成的岩石，指暴露在地 壳表层的岩石在地球发展过程中遭受各种外力的破坏，破坏产物 在原地或者经过搬运沉积下来，再经过复杂的成岩作用而形成的 岩石。沉积岩的分类比较复杂，一般可按沉积物质分为母岩风化 沉积、火山碎屑沉积和生物遗体沉积。
• 变质岩——顾名思义，就是经历过变质作用形成的岩石，指地壳 中原有的岩石受构造运动、岩浆活动或地壳内热流变化等内营力 影响，使其矿物成分、结构构造发生不同程度的变化而形成的岩 石。又可分为正变质岩和副变质岩。
• 一般岩石地层，地层稳定、构造简单、岩石硬 度较低、可钻性好，回转钻进可以施工，当然 有条件情况下使用空气潜孔钻进更有利于提高 效率；
（2）复合地层，钻孔穿越两类以上地层、需一 种以上工艺或钻井方法或钻井工具结合来完成 钻孔。如：
• 基岩之上覆盖松散粘土、黄土层：在厚度不大 情况下、软层井壁相对稳定。
钻井基本知识
地源热泵相关
与钻井相关水源热泵
• 井水源热泵 • 土壤源热泵
地下水地源热泵的主要不足
• 使用水资源：充足的水为应用的前提； • 回灌率要求高：80％以上的回灌率，常
受地下水文条件的限制不易实现； • 深井抽水，水泵功耗增加，将降低系统
的能效比； • 开式循环水系统，有污染地下水资源的
形的性质叫岩石的塑性。 ⑷岩石的研磨性：钻头破碎岩石的同时，其本身也受到
隐患。 • 水井维护麻烦，费用高。
地下水源弊端
地埋管与地下水地源热泵经济技术比较
项目 资源使用
地下环路水循环
地埋管 地下空间 闭式循环耗能小
地下水 地下水 开式抽水耗能大
说明与备注 地下水宜慎用 水井越深，能耗越大
技术 比 较
热泵机组能效比 空调系统能效比 环境影响评价
较高 较高 符合环保要求
高 稍低
地下水地源热泵能效比高 地埋管地源热泵系统能效比高
影响地下水质影响当地 地质结构
地下水地源热泵会导致不同层 水的掺混，污染地下水
资源、能源可再生性
经济 比 较
初投资 全年运行费用 10年的费用合计
运行年限
பைடு நூலகம்
可再生性好 高
15～20(元/m2)
50年
取用水资源
较高 25～30(元/m2)
受水文条件、维护条件 及政府政策条件制 约
遇到下列问题： • A、钻井循环介质（液体或气体）失返、无法形成有效循环； • B、有效破碎卵砾石困难，钻探效率极低； • C、研磨工具消耗大，多为非正常磨损破坏； • D、出现塌孔、掉块现象频率高，易造成钻井事故； • E、即使成孔，在裸孔情况下，孔壁不规则光滑，下管也困难（孔壁不稳
定）；
• 目前在该类地层施工，最有效的手段是空气潜孔锤跟 管钻进技术，但目前国内该技术尚有局限性，主要是：
• 2、施工深度范围内地层构成及合理施工方案 的确定
• 研究施工深度范围内地层构成，有利于系统地 制定钻井方案、确定钻井工艺或复合钻井工艺， 达到优化钻井，来提高钻井效率、合理钻井成 本。根据地源热泵管井的特点，可以把钻井揭 露的岩土层分为：
• （1）简单地层，钻孔揭露地层类型单一、施 工方法简单。
• （2）山前和谷地地层
• 此类地区的坡积、洪积物较为发育，由于沉积物搬运距离较短，分选磨 圆较差，一般以砾石层及粗颗粒沉积为主。其特点是：
• A、堆积物粒度、厚度、甚至成份不一； • B、结构松散、无胶结或胶结程度差、无充填； • C、空隙比大，位于区域地下水位以下或有补给源时，往往为富水层。 • 在该类地层（层厚较大情况下）钻探成井难度较大，钻井过程中经常会