Tecnología de exploración de energía geotérmica poco profunda
(Instituto de Métodos de Tecnología Geológica de Ingeniería Hidrogeológica, Servicio Geológico de China)
Resumen: La Tierra es un enorme tesoro de energía y se transfiere una cantidad considerable de calor. desde el interior de la tierra hasta la superficie cada día 2,45 veces la energía que utilizamos todos los humanos en un día. Especialmente a medida que la gente presta cada vez más atención al cambio climático global, la contaminación ambiental y el desarrollo social sostenible, y con la madurez de la tecnología de bombas de calor geotérmicas, la energía geotérmica poco profunda de baja temperatura y baja entalpía ha atraído mucha atención como energía renovable y limpia. . Como soporte técnico para su desarrollo y utilización, es necesario resolver urgentemente la tecnología de exploración. Este artículo solo analiza temas y experiencias relevantes.
1 Estado actual del desarrollo de la energía geotérmica superficial
La tierra es una enorme reserva de energía. Cuanto más profundo te adentras en la tierra, mayor es la temperatura. El calor transferido desde el interior de la tierra a la superficie cada día equivale a 2,45 veces la energía utilizada por todos los humanos en un día. Esta energía almacenada dentro de la tierra es en realidad más abundante que los combustibles fósiles. Especialmente cuando la gente está cada vez más preocupada por el cambio climático global, la contaminación ambiental y el desarrollo social sostenible, la energía geotérmica ha atraído mucha atención como energía renovable y limpia.
La energía geotérmica superficial forma parte de la energía geotérmica. La energía geotérmica con valor de desarrollo y utilización se encuentra a menos de 200 metros de la zona de temperatura constante de la formación, y la temperatura general es de aproximadamente 65438 ± 05 ℃. Su desarrollo y utilización son inseparables del desarrollo de la tecnología de bombas de calor geotérmicas.
1.1 Situación actual de las aplicaciones en el extranjero
En 1912, Zoelly de Suiza propuso por primera vez el concepto de utilizar energía geotérmica poco profunda como fuente de calor de baja temperatura para sistemas de bombas de calor y solicitó una patente. , que marca el desarrollo de las bombas de calor geotérmicas. La llegada del sistema. No fue hasta 1948 que la tecnología patentada de Zoelly realmente atrajo una atención generalizada, especialmente en los Estados Unidos y los países europeos. Desde 1974, a medida que la crisis energética y los problemas ambientales se han vuelto cada vez más graves, la gente ha prestado cada vez más atención a la investigación de sistemas de bombas de calor geotérmicas de baja temperatura como energía.
La aplicación de bombas de calor geotérmicas es la más fuerte en Estados Unidos. En la utilización directa de energía geotérmica en 1990, 1995 y 2000, las bombas de calor geotérmicas representaron una proporción mayor, alrededor del 59%, y su desarrollo fue muy estable, con una tasa de crecimiento anual promedio de alrededor del 7,7%. En 1997, se instalaron 40.000 bombas de calor geotérmicas de 12 kW y en 2000, la cifra alcanzó unas 400.000. Se espera que la capacidad instalada total alcance las 15.000 en 2010. Actualmente, las bombas de calor geotérmicas se utilizan principalmente en escuelas y edificios de oficinas en los Estados Unidos. Alrededor de 600 escuelas han instalado bombas de calor geotérmicas, principalmente en el Medio Oeste.
La aplicación de bombas de calor geotérmicas en Europa se concentra principalmente en países del centro y norte de Europa, como Suecia, Austria, Suiza y Alemania. El uso de bombas de calor geotérmicas tuvo su punto culminante en la década de 1950, pero debido a su alto precio no hubo mayor desarrollo. Después de la crisis del petróleo, algunos países europeos organizaron cinco conferencias académicas internacionales a gran escala sobre bombas de calor geotérmicas y estudiaron más de 30 proyectos de bombas de calor geotérmicas. A diferencia de la situación en los Estados Unidos, Europa utiliza principalmente recursos geotérmicos poco profundos y utiliza bombas de calor geotérmicas con bobinas enterradas en el suelo subterráneo (a menos de 400 m de profundidad). Se utilizan principalmente para calefacción por suelo radiante en interiores y para proporcionar agua caliente sanitaria. Según las estadísticas de 1999, la proporción de bombas de calor geotérmicas en los equipos de calefacción doméstica era del 96% en Suiza, del 38% en Austria y del 27% en Dinamarca, cifra significativamente mayor que antes de 1996.
1.2 Estado de la aplicación nacional
Mi país tiene buenos resultados de investigación científica y fundamentos de aplicación en bombas de calor. Ya en la década de 1950, la Universidad de Tianjin llevó a cabo investigaciones sobre bombas de calor en China. Después de finales de la década de 1980, las universidades nacionales comenzaron a estudiar las bombas de calor geotérmicas. En la Conferencia Nacional de Intercambio de Tecnología de Bombas de Calor y Aire Acondicionado celebrada en Ningbo en 2001 y en la Conferencia Internacional de Bombas de Calor celebrada en Beijing en 2002, la gente dentro y fuera del país comenzó a prestar atención a China, un gran mercado con un enorme potencial de desarrollo. En los últimos años, mi país ha fortalecido la investigación de aplicaciones de bombas de calor geotérmicas. Más de una docena de fabricantes han desarrollado y producido de forma independiente unidades de bombas de calor geotérmicas, como Shandong Fulda, Beijing Zhongkeneng, Shenyang Dongyu, etc. Además, algunas empresas extranjeras reconocidas han establecido departamentos de ventas en China y proyectos en Beijing, Tianjin, Guangzhou, Chongqing, Shandong, Henan, Hunan, Liaoning, Xi, Heilongjiang y Hebei. En la actualidad, existen más de 100 proyectos de bombas de calor geotérmicas en mi país, con una superficie de calefacción/aire acondicionado de 1 millón de m2. Casi todos estos proyectos son sistemas de bombas de calor con fuente de agua que utilizan agua subterránea como fuente de calor. Actualmente, el sistema de bomba de calor de fuente subterránea de tubería subterránea solo se ha demostrado en Shandong, Tianjin, Hunan, Hebei, Jilin y otros lugares, y ha logrado resultados preliminares.
2 Clasificación hidrogeológica del desarrollo de energía geotérmica somera
Según el tipo, las características y la distribución de enterramiento de los medios acuíferos utilizados por la energía geotérmica somera, la hidrogeología de la energía geotérmica somera se divide en tipos. Combinados con las especificaciones de exploración relevantes existentes, los tipos hidrogeológicos de desarrollo de energía geotérmica se pueden dividir básicamente en cuatro tipos: Tipo 16. Las cuatro categorías principales son agua de poros, agua kárstica, agua de fisuras y agua especial. Los diversos tipos y problemas hidrogeológicos a identificar se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Tipos de áreas de fuentes de agua para exploración hidrogeológica y principales problemas hidrogeológicos a identificar
Continuación
3 Tecnología de exploración de energía geotérmica poco profunda
En el proceso de exploración de energía geotérmica poco profunda, por un lado, se heredan y desarrollan métodos tradicionales de exploración hidrogeológica y, al mismo tiempo, se aplican continuamente nuevas teorías, tecnologías y métodos a la exploración de energía geotérmica poco profunda de manera oportuna. Desde el estudio aéreo con imágenes satelitales y la fotografía aérea hasta la prospección geoquímica, la prospección geofísica y luego la perforación geológica, se ha formado un sistema integral de exploración tridimensional que satisface primero los requisitos estratégicos del desarrollo económico y la geología.
La exploración de energía geotérmica superficial debe seguir los siguientes principios de optimización: recopilación de datos - estudio geológico - geofísica - geoquímica - perforación geológica - evaluación de recursos - desarrollo y utilización - protección de recarga - medición y seguimiento.
3.1 Recopilación de datos
Antes de realizar cualquier exploración, es necesario primero recopilar, organizar y analizar la mayor cantidad de datos geológicos, hidrogeológicos, geofísicos y geoquímicos de la zona. Preste atención a los siguientes cuatro puntos al recopilar datos:
(1) El alcance de la consulta debe ser lo más amplio posible, incluyendo una unidad estructural geológica completa y sus áreas adyacentes;
( 2) Prestar atención a la formación rocosa Recopilación de datos corporales y de estructura geológica;
(3) Para campos geotérmicos dominados por conducción de baja temperatura, céntrese en las protuberancias en las depresiones y preste atención a la recopilación de datos de exploración geofísica;
( 4) Preste atención a la recopilación de datos de temperatura y recopile la ubicación, la temperatura y el volumen de agua de las fuentes termales tanto como sea posible. En el área de cobertura, buscamos principalmente datos de temperatura medidos durante la perforación y el bombeo de agua.
3.2 Estudio geológico e hidrogeológico
El propósito del estudio geológico es comprender los antecedentes geológicos de la energía geotérmica somera e identificar la edad estratigráfica, las características litológicas, la edad y el rango de distribución de los campos geotérmicos, las características estructurales geológicas y las condiciones de suministro, escorrentía y descarga de agua subterránea, proporcionando una base para el siguiente paso de la exploración de energía geotérmica poco profunda. Se debe prestar atención a las siguientes cuestiones durante el estudio geológico.
(1) Control estructural de zonas de desarrollo de energía geotérmica someras. Según la investigación de pozos y manantiales conocidos, sus partes expuestas se encuentran principalmente en partes compuestas tectónicas con fuertes actividades modernas o donde grandes fallas se cruzan con fallas secundarias causadas por ellas o en fracturas y uniones por tracción, tracción y torsión, etc. . , porque estos lugares son rocas relativamente quebradas, que a menudo son lugares favorables para que se mueva el agua subterránea y surjan aguas profundas.
(2) Al investigar los perfiles de fallas regionales, se debe centrar la atención en describir los acuíferos porosos y las capas impermeables, así como la aparición y edad de todas las rocas volcánicas. Al mismo tiempo, se debe prestar atención. a la composición química, alteración hidrotermal y carácter y extensión de los depósitos minerales. A través de los fenómenos de alteración de las rocas circundantes y deposición de minerales en las fisuras, es útil descubrir áreas de anomalías térmicas que están profundamente enterradas y no tienen exhibición geotérmica en la superficie, y también señalar la dirección para una mayor exploración.
(3) En hidrogeología, la temperatura, el volumen de agua y el valor del pH de manantiales fríos o pozos fríos expuestos en la superficie deben medirse uno por uno en el lugar, las condiciones geológicas y estructurales del frío Se debe describir la exposición del manantial y se deben seleccionar muestras de agua para realizar pruebas. Determinación química y de isótopos (tritio). También se debe medir el caudal y la temperatura del agua de los ríos y arroyos que fluyen a través del área, y algunos ríos principales deben medirse en secciones para medir la temperatura del agua antes, durante y después de ingresar a la zona caliente y tomar muestras de agua para determinar el agua superficial. y contenido de agua subterránea. La relación entre el suministro y la excreción de agua caliente. El área de desarrollo de abanicos aluviales debe dividirse en el área de recarga superior, el área de escorrentía media y el área de drenaje inferior.
3.3 Tecnología de exploración geofísica terrestre
Las tareas específicas de la exploración geofísica terrestre son: determinar el espesor, la interfaz estratigráfica y litológica y la forma de la sobrecarga del acuífero; condiciones de falla y ocurrencia; comprender la ubicación, escala y características morfológicas del desarrollo kárstico; descubrir la conectividad entre el espacio de ocurrencia de agua subterránea y los canales de escorrentía; descubrir la profundidad de enterramiento, el caudal, la dirección del flujo, la profundidad del acuífero y el contenido de agua del agua subterránea; Los métodos comúnmente utilizados para la exploración de aguas subterráneas incluyen principalmente el método de CC y el método electromagnético, que incluyen: método de campo eléctrico natural, método de carga, método de resistividad de CC, método de polarización inducida, método de campo geoeléctrico de audio, método de resistividad de alta densidad, radar de penetración terrestre y electromagnético en el dominio de frecuencia. método batimetría (sistema de imágenes de conductividad EH-4), método electromagnético transitorio, método de resonancia magnética nuclear, etc. Cada método tiene sus propias características técnicas y por tanto su diferente ámbito de aplicación.
El método del campo eléctrico natural y el método de carga se utilizan a menudo para determinar la dirección y la velocidad del agua subterránea, mientras que la tecnología de resonancia magnética nuclear puede detectar directamente la ubicación, el volumen de agua y la permeabilidad de los acuíferos. Se trata de una energía geotérmica poco profunda. Tecnología de exploración geofísica de aguas subterráneas * * * Problema por resolver. De acuerdo con las condiciones de ocurrencia de los diferentes tipos de agua subterránea y las características técnicas de los métodos de exploración geofísica, la cuestión principal que debe resolverse en la exploración geofísica terrestre es cómo establecer una tecnología de exploración geofísica razonable y efectiva.
3.3.1 Agua porosa en capa suelta
El objetivo principal de la exploración geofísica es comprender la estructura del acuífero y su riqueza hídrica, la profundidad del nivel freático y la salinidad del agua subterránea. La tecnología de exploración de aguas de poros poco profundos en el país y en el extranjero ha madurado. En términos generales, el sondeo de CC o el sondeo eléctrico de inducción es un método más adecuado, de bajo costo, simple y popular. Los parámetros de resistividad aparente pueden determinar la estructura del acuífero y la salinidad del agua subterránea, y los parámetros de polarización inducida pueden usarse para comprender la abundancia de agua. Sin embargo, en algunas áreas, el método de resistividad convencional es difícil de utilizar. Por ejemplo, en áreas desérticas, la superficie es extremadamente seca, la resistencia del suelo del electrodo es grande y el suministro de energía es difícil para áreas poco profundas con alta salinidad; es bajo, lo que resulta en una corriente de suministro de energía excesiva y una potencia alta del equipo de suministro de energía. Grande, la señal de voltaje medida es pequeña, lo que afecta la precisión de la observación y las condiciones del terreno en algunas áreas son desfavorables, lo que dificulta la realización del trabajo; En este momento, puede elegir un método de sondeo electromagnético, como el método de sondeo electromagnético en el dominio de frecuencia (sistema de imágenes de conductividad EH-4), cuyo sistema de observación tiene una alta impedancia de entrada, un trabajo conveniente y un método electromagnético transitorio que puede utilizar una fuente magnética para excitar; la bobina. No hay problemas de conexión a tierra involucrados. Para áreas con condiciones hidrogeológicas complejas, sobre la base de otros trabajos de exploración geofísica, se seleccionan áreas clave y se utiliza la tecnología de resonancia magnética nuclear de Numis para determinar la profundidad, el espesor, el suministro de agua y el volumen de agua del acuífero. El efecto de la aplicación es obvio en la región noroeste de Loess Plateau, pero este método es costoso e ineficiente.
3.3.2 Agua de fisura clástica
El medio en el que se produce es principalmente un conjunto de lutitas fluviales del Jurásico y Cretácico de gran espesor depositadas en cuencas mesozoicas. Los tipos de aguas subterráneas incluyen aguas de fisuras de redes en zonas erosionadas y aguas de fisuras confinadas poco profundas.
El propósito de la exploración geofísica del agua de fisuras de la red en zonas de meteorización clástica es determinar la profundidad de entierro del límite inferior de la corteza meteorizada y comprender el grado de desarrollo y la riqueza de agua de las fisuras meteorizadas. Dado que la profundidad de exploración es inferior a 50 m, es más apropiado elegir el método eléctrico de alta densidad y alta resolución.
El agua confinada en fisuras poco profundas se refiere al agua de fisuras entre capas entre grandes rocas clásticas y lutitas con un cierto espesor de capa de arenisca. Debido a la baja permeabilidad de los poros de los cuerpos de arenisca con diferentes tipos de cementación, en la capa de arenisca predomina el agua de fisuras. El propósito del estudio geofísico es comprender el espesor de la capa de arena. Aunque el modelo es simple, es difícil realizar exploración geofísica debido a la limitación del espesor de la capa de arenisca acuífera. En la actualidad, el sondeo electromagnético en el dominio de la frecuencia es un método viable.
3.3.3 Agua kárstica carbonatada
El agua subterránea en las zonas kársticas se puede dividir en agua kárstica de la zona superficial, agua de cuevas, agua de tuberías kársticas, agua kárstica de fisuras estructurales y agua kárstica enterrada. Existen solos y se cruzan entre sí, formando un complejo sistema kárstico de aguas subterráneas.
(1)La capa superficial es agua kárstica. El objetivo principal de la exploración geofísica es comprender el espesor de la sobrecarga, la forma ondulada del lecho de roca y el desarrollo de cuevas y depresiones. Las características geofísicas del objeto detectado son la reflexión de baja resistencia, que es diferente de la impedancia de onda en ambos lados de la interfaz de contacto de la roca circundante. Dado que la profundidad de detección es generalmente inferior a 30 m y la escala de anomalía es pequeña, se requiere que los métodos de exploración geofísica tengan alta resolución, por lo que los métodos alternativos son el método de resistividad de alta densidad y el radar de penetración terrestre.
(2) Agua de cueva. El agua de las cuevas kársticas se desarrolla en piedra caliza y dolomita pura y espesa y se distribuye de forma plana o en capas. Debido a que las cuevas, los poros y los huecos contienen agua, presentan baja resistencia. Para encontrar agua, la prospección geofísica utiliza primero métodos de elaboración de perfiles, como el método del perfil conjunto y el método del campo geoeléctrico de audiofrecuencia, para determinar la posición plana de las áreas de desarrollo de cuevas kársticas y fisuras, y luego utiliza el método de sondeo electromagnético para comprender las características de distribución espacial. de la zona de desarrollo kárstico, especialmente el método de sondeo electromagnético transitorio puede reflejar claramente anomalías.
(3) Tubería de agua kárstica. El agua subterránea más típica en las zonas de rocas carbonatadas del suroeste es el agua de los conductos kársticos, es decir, los ríos subterráneos. Debido a la frecuente conversión entre aguas superficiales y subterráneas en las zonas kársticas, la distribución espacial de las aguas subterráneas es extremadamente desigual, con una estructura vertical de dos o varias capas, controlada por estratos, estructuras y accidentes geográficos kársticos; El sistema hidrogeológico kárstico es pequeño y de dispersión. Existen muchos modelos geológicos y geofísicos simples de agua de conductos kársticos. En comparación con la roca circundante, sus parámetros eléctricos y elásticos cambian significativamente. Sin embargo, debido a las limitaciones de su escala y profundidad de enterramiento, es difícil encontrar agua mediante prospección geofísica y actualmente no existe ningún método técnico práctico y eficaz. Para el agua de tuberías kársticas enterradas a menos de 100 m de profundidad, los métodos de exploración geofísica incluyen el radar de penetración terrestre, el sistema de imágenes de conductividad EH-4 y el método electromagnético transitorio. El radar de penetración terrestre puede reflejar directamente la distribución de anomalías dentro de su rango de exploración efectivo; el sistema EH 4 puede reflejar el desarrollo de fisuras y karsts subterráneos, pero es propenso a efectos estáticos cuando la superficie local es irregular y ni siquiera puede dar explicaciones razonables; electromagnético transitorio El método de observación de campos secundarios puros tiene un buen efecto en la detección de anomalías de baja resistencia en rocas circundantes de alta resistencia. Varios métodos pueden reflejar las características morfológicas de cuerpos anormales desde diferentes lados, identificando así la distribución de los conductos kársticos subterráneos. Cuando la profundidad del agua en las tuberías kársticas supera los 100 m, es difícil encontrar agua. Actualmente, se encuentran disponibles métodos electromagnéticos transitorios, pero su aplicación aún no está madura y requiere más pruebas e investigaciones.
(4) Fisura estructural del agua kárstica. Este tipo de agua subterránea está controlada por zonas de fractura estructural y el objetivo principal de la exploración geofísica es conocer las características de distribución y la riqueza de agua de las zonas de fractura estructural. La tecnología de exploración geofísica de aguas de fisuras en zonas de fallas maduró en la década de 1980. La combinación de métodos más rentable es el método del campo geoeléctrico de audio y el sondeo eléctrico por inducción. El método magnetotelúrico de audiofrecuencia puede determinar rápidamente la posición plana de las zonas estructurales y utilizar parámetros integrales como la resistividad aparente, la polarizabilidad y la vida media de los sondeos eléctricos excitados para comprender áreas ricas en agua con fallas rotas y fisuras desarrolladas. Cuando las condiciones del terreno son limitadas, resulta difícil realizar trabajos de sondeo electrométrico. El sistema de imágenes de conductividad EH-4 se puede utilizar para comprender las características de distribución espacial y la riqueza de agua de las zonas de fractura estructural. Cuando el espesor de la capa de cobertura es superior a 30 m, la intensidad anormal del método del campo geoeléctrico de audio es débil y se debe seleccionar el método de sección de unión para determinar la posición plana de la zona estructural.
(5) Agua kárstica enterrada. El propósito de la exploración geofísica de aguas kársticas profundas es comprender la profundidad de enterramiento y el desarrollo kárstico de la interfaz de piedra caliza. Las características eléctricas y los parámetros elásticos de la piedra caliza y los estratos suprayacentes son bastante diferentes. El desarrollo del karst está controlado por estructuras profundas, que se caracterizan por una baja resistencia y parámetros elásticos discontinuos. La tecnología sísmica puede comprender con precisión la profundidad de enterramiento de la interfaz de piedra caliza y las características de distribución espacial de las fallas; el método de sondeo electromagnético refleja principalmente la estructura estratigráfica y el grado de desarrollo del karst se utiliza principalmente en la etapa de exploración. En la actualidad, la cooperación efectiva de múltiples métodos ha logrado nuevos avances en la exploración de aguas kársticas profundas en el sur de Ningxia.
Varios problemas que enfrenta la tecnología de prospección geofísica de aguas kársticas profundas son: el nivel del agua subterránea está profundamente enterrado y cambia mucho, y la profundidad del nivel del agua subterránea aún es difícil de determinar; Está controlado por la estructura y se distribuye de manera irregular. La salinidad del agua subterránea es difícil de determinar. De hecho, existen problemas similares en la exploración de aguas con fisuras estructurales poco profundas. Cuando la piedra caliza está cubierta por rocas clásticas, es difícil saber el alcance del desarrollo kárstico.
Varios problemas que enfrenta la tecnología de prospección geofísica de aguas kársticas profundas son: el nivel del agua subterránea está profundamente enterrado y cambia mucho, y la profundidad del nivel del agua subterránea aún es difícil de determinar; Está controlado por la estructura y se distribuye de manera irregular. La salinidad del agua subterránea es difícil de determinar. De hecho, existen problemas similares en la exploración de aguas con fisuras estructurales poco profundas. Cuando la piedra caliza está cubierta por rocas clásticas, es difícil saber el alcance del desarrollo kárstico.
3.3.4 Agua de fisura estructural del lecho rocoso
El medio de ocurrencia de este tipo de agua subterránea es roca ígnea o roca metamórfica presiniana, el lecho rocoso está expuesto o la capa de cobertura es delgada, y las fisuras de la erosión de las rocas no son desarrollo y falta de recursos de agua subterránea. El agua subterránea existe principalmente en zonas de fractura estructural.
Las técnicas de exploración geofísica son similares a las del agua kárstica en fracturas estructurales de rocas carbonatadas. Para áreas donde la exploración es difícil, se puede utilizar la resonancia magnética nuclear para determinar el grado de riqueza de lodo o agua de la falla.
3.4 Método de perforación
El método de perforación es un método importante con una gran inversión y alto riesgo, pero es indispensable en la exploración y evaluación de energía geotérmica poco profunda. También es un medio básico para conocer las condiciones de distribución y almacenamiento de la energía geotérmica poco profunda y es un vínculo importante en la exploración de energía geotérmica poco profunda. La perforación se utiliza principalmente para la investigación y exploración detallada de energía geotérmica poco profunda. El propósito es verificar si el rango delineado en trabajos anteriores es correcto e identificar las condiciones hidrogeológicas del agua subterránea, como condiciones de enterramiento, patrones de movimiento, temperatura del agua, volumen de agua, nivel del agua, calidad del agua, etc. En la actualidad, la tecnología de construcción de perforación de mi país se está volviendo cada vez más madura.
4 Tecnología de terminación de pozos para el desarrollo de energía geotérmica poco profunda
En la construcción de perforación geotérmica poco profunda, la perforación es la base y la terminación es la clave, y las dos están unificadas en todo el proceso de construcción. Perforar hasta la capa objetivo no significa completar el pozo de la fuente de calor. La tecnología de terminación determina la calidad del pozo geotérmico.
4.1 Selección del proceso de terminación
Según las diferentes estructuras del pozo, el nivel de la capa objetivo determina el proceso de construcción de la terminación. Según los pozos de fuente de calor actuales, se dividen básicamente en dos tipos: uno son estratos sueltos, es decir, estratos cuaternarios, capas erosionadas y zonas de fractura de falla en capas objetivo de lecho rocoso, como la Formación Wumishan del Ordovícico, Cámbrico; , Qingbaikou, Jixian. Debido a las diferentes capas objetivo, las tecnologías de terminación de pozos también son diferentes.
4.1.1 Tecnología de terminación en formación suelta
La terminación en formación suelta requiere un filtro, por lo que el proceso de terminación es más complicado. El proceso básico es el siguiente:
Después de perforar →Cambiar la lechada→Pozo de detección física→Abrir el pozo→Romper la pared→Cambiar la lechada→Bajar la tubería→Parada de agua→Rellenar con grava→Limpiar el pozo→Prueba de bombeo (obtener datos hidrogeológicos)→Transferir el Bueno.
Después de la perforación, para garantizar la finalización sin problemas del trabajo de registro, es necesario reemplazar el lodo y ajustar el rendimiento del lodo del fondo del pozo (pero la pared del pozo debe estar estable). Para garantizar la finalización sin problemas del trabajo de registro, los principales elementos que se deben ajustar son la viscosidad, la densidad, el contenido de arena y otros indicadores. El trabajo de registro de pozos debe probarse elemento por elemento de acuerdo con los requisitos técnicos del diseño geológico, y la profundidad, la distancia de enrollamiento y la posición de la parada de agua de la tubería del filtro deben determinarse con base en los datos de interpretación del registro y los datos de registro reales. Una vez completado el registro del pozo, se debe perforar nuevamente el pozo y se debe ejecutar el rompedor para romper la pared al mismo tiempo. Después de perforar y romper el pozo, se debe ejecutar nuevamente el filtro.
Realice 20 ~ 30 m de cementación de cemento en la parte superior del tubo del filtro. La capa superior del tubo del filtro está completamente sellada con cemento y la longitud del sellado no es inferior a 300 m. La cementación se debe realizar en la parte superpuesta de la sala de bombas y la tubería del pozo, y la parte anular se debe sellar con cemento. De esta manera, la calidad del sellado de la parte anular se puede garantizar sólo después de que la prueba de presión sea estable. 3 ~ 4 MPa durante 20 minutos. En cada capa de tubos filtrantes, se instalan bolsas de plástico de 5 mm de espesor en las partes que deben cerrarse con agua, y el número de bolsas de plástico en cada capa no es inferior a 2.
Después de bajar la tubería, baje la herramienta de perforación con una boquilla y enjuáguela hacia arriba y hacia abajo en la tubería del filtro. La presión de lavado es de 5MPa y el tiempo de lavado no es inferior a 4 horas. Luego levante la boquilla, haga funcionar la herramienta de perforación y conecte el soplador para lavar el pozo con gas y agua. Después de limpiar el agua y la arena, la herramienta de perforación se eleva a la sala de bombas y el pozo se lava nuevamente con aire y agua. Finalmente, de acuerdo con la caída del nivel del agua en el pozo, se baja la bomba sumergible para realizar el bombeo formal de agua y se miden la salida de agua real, los niveles de agua dinámicos y estáticos y la profundidad de descenso del pozo. Realizar una prueba de bombeo de acuerdo con los requisitos de diseño geológico. Luego de pasar la inspección y aceptación por parte del desarrollador, contratista y supervisor, se entregará el pozo y se completará toda la construcción del pozo geotérmico.
4.1.2 Tecnología de terminación de pozos de fuente de calor de lecho de roca
Las terminaciones de pozos de fuente de calor de lecho de roca son básicamente terminaciones de pozo abierto, y la tecnología de terminación es relativamente simple. De acuerdo con la estructura de profundidad del pozo diseñada, una vez completado el pozo profundo, el lodo del pozo se puede reemplazar en 20 segundos y luego se puede registrar el pozo. Después del registro, perfore hasta el fondo de la capa objetivo y realice una mezcla de gas y agua. Una vez purificada el agua, se bombea hacia un pozo profundo. Después de medir la salida de agua real, el nivel del agua y el flujo unitario de agua del pozo, entregue el pozo.
4.2 Pozos de exploración después de la finalización
No importa qué tipo de pozo sea la fuente de calor, el trabajo de exploración debe llevarse a cabo una vez completado todo el trabajo. Después de la exploración del pozo de la fuente de calor de capa suelta, la grava en la tubería de asentamiento no debe exceder 1/3 del tubo de asentamiento. Si es mayor que 1/3, se debe sacar la grava del tubo de sedimentación. La tubería de sedimentación en el fondo del pozo de la fuente de calor en la capa suelta no debe tener menos de 20 m.
Requisitos de exploración de perforación después de completar el pozo de fuente de calor del lecho de roca: el sedimento en el fondo del pozo no debe exceder el 1% de la longitud del acuífero (capa objetivo). Si no se cumplen los estándares anteriores, se debe descargar la arena nuevamente hasta que se cumplan los requisitos.
4.3 Limpieza de pozos con acidificación
Durante la construcción de pozos de fuente de calor de lecho de roca, si las grietas en la capa objetivo son pequeñas o los recortes bloquean el canal de agua, se debe utilizar fracturación con acidez.
Durante la construcción del pozo fuente de calor, se realizaron pruebas interiores sobre la concentración de ácido clorhídrico para acidificación y muestreo de cortes de roca en la formación para determinar la concentración de ácido clorhídrico acidificante. La concentración generalmente debe ser del 15 % al 18 %.
Método de fracturación ácida: primero se inyecta ácido clorhídrico en la sección del orificio abierto del pozo y luego se baja el empacador (el tamaño del empacador debe poder sellar la carcasa superior) para fracturar. Se utilizan diferentes presiones según las diferentes profundidades del pozo. La presión mínima no debe ser inferior a 15 MPa para que el efecto de acidificación sea mejor.
5 problemas en el desarrollo de la energía geotérmica superficial
La energía geotérmica superficial (incluidas las aguas subterráneas, el suelo o las aguas superficiales) es un método eficiente que utiliza tecnología de bomba de calor geotérmica para proporcionar calor y Refrigeración. Sistema de aire acondicionado de bajo consumo. Con sus ventajas únicas, se ha desarrollado rápidamente en China en los últimos años. Con el ajuste de la política de estructura energética de mi país, las tradicionales calderas alimentadas con carbón y las formas de enfriamiento con bombas de calor de fuente de aire serán reemplazadas por bombas de calor de fuente terrestre más eficientes. Con la investigación y el desarrollo de la tecnología de bomba de calor geotérmica, como sistema de aire acondicionado que utiliza energía renovable, tiene el doble beneficio de ahorro de energía y protección del medio ambiente, y seguramente se convertirá en la tecnología de calefacción y refrigeración más común y eficaz del siglo XXI. siglo.
Sin embargo, en general, el desarrollo de bombas de calor geotérmicas en mi país no está lo suficientemente estandarizado y es necesario mejorar aún más la investigación básica, formular estándares profesionales relevantes y falta la cooperación necesaria. e intercambios entre industrias. Todos estos factores han incidido en mayor o menor medida en el impulso de esta tecnología.
Los principales problemas existentes en la exploración y desarrollo de la energía geotérmica poco profunda en China son: la gestión unificada de la energía geotérmica poco profunda en China es débil; el nivel de exploración y evaluación de los recursos geotérmicos en China es bajo; el nivel de desarrollo y utilización de los recursos geotérmicos es bajo; la tecnología de exploración y desarrollo de recursos geotérmicos debe fortalecerse. Los pozos de fuentes de calor en algunas áreas están demasiado concentrados y sobreexplotados; Además, los problemas ambientales causados por el desarrollo de la energía geotérmica también han surgido uno tras otro. La manifestación principal es que, excepto una pequeña cantidad de recarga, la mayor parte del agua de cola de la fuente de calor fluye hacia los ríos y humedales cercanos a través del sistema de drenaje urbano. Para las aguas residuales de fuentes de calor descargadas en el sitio, es necesario garantizar que no contaminen los cuerpos de agua circundantes, el suelo ni causen contaminación térmica por aspectos como la calidad y la temperatura del agua. Por lo tanto, es necesario prestar mucha atención a las tendencias dinámicas de la química del agua y realizar investigaciones de seguimiento para que los problemas puedan descubrirse y resolverse de manera oportuna.
El uso de pozos entubados para regar aguas subterráneas todavía tiene los siguientes problemas: ① La estructura del pozo de riego no es razonable. La mayoría de los pozos de riego todavía utilizan la estructura de tubería de filtro único de los pozos mineros, y algunas tuberías de pozo usan tuberías de cemento, lo que afecta la vida útil de los pozos. (2) La instalación terrestre de los pozos de producción y riego no es científica, el sistema de tuberías de la boca del pozo y de la bomba no está sellado, la fase gaseosa se bloquea fácilmente durante el proceso de reinyección y los pozos entubados serán desguazados durante mucho tiempo. (3) En la mayoría de las zonas, la cosecha y el riego tienen una sola función, lo que provocará el bloqueo físico y bioquímico a largo plazo de los pozos de recarga simples en invierno y verano, lo que provocará el abandono de los pozos de recarga. ④ Hacer un uso racional de los recursos hídricos subterráneos. Para utilizar una cantidad adecuada de agua subterránea, es necesario recargar el agua subterránea y controlar estrictamente la calidad del agua recargada para evitar el desperdicio o la contaminación de los recursos hídricos. ⑤ Diseñe y seleccione razonablemente unidades de agua fría y caliente con bomba de calor de fuente subterránea para mejorar la eficiencia energética.
6 sugerencias y contramedidas
Las condiciones técnicas y de recursos para utilizar bombas de calor de fuente terrestre para desarrollar energía geotérmica poco profunda están básicamente disponibles. La mayor eficiencia y la alta protección ambiental de las bombas de calor han ganado. el favor del mundo. Por lo tanto, la tecnología y la industria de las bombas de calor se están desarrollando rápidamente en todo el mundo. China también tiene las condiciones de desarrollo correspondientes y sus perspectivas de desarrollo son muy prometedoras.
(1) Prestar atención a la exploración y desarrollo de recursos geotérmicos en áreas de anomalías no geotérmicas y ampliar el alcance del desarrollo y utilización de recursos geotérmicos. Los recursos geotérmicos están ampliamente distribuidos. Dependiendo de la tasa de calentamiento geotérmico, es posible obtener los recursos geotérmicos esperados a una cierta profundidad si hay un depósito altamente permeable en las profundidades. Con el avance de la tecnología de exploración, la perforación de pozos geotérmicos profundos de 3000 ~ 4000 m ya no es un problema, lo que ha dado lugar a nuevas ideas para el desarrollo de recursos geotérmicos, que no se limita a áreas de anomalías geotérmicas o áreas poco profundas, especialmente en algunas grandes cuencas sedimentarias y áreas relacionadas con ciudades de base económica.
(2) El desarrollo de recursos geotérmicos en campos petroleros ha atraído una atención generalizada. De hecho, los recursos geotérmicos están ampliamente distribuidos en campos petroleros en cuencas sedimentarias. Un número considerable de pozos de exploración petrolera con agua pero sin petróleo pueden transformarse en pozos de exploración geotérmica. En la etapa posterior de la explotación del campo petrolero, se puede utilizar más agua y menos petróleo y gas para explotar principalmente los recursos geotérmicos, lo que es muy beneficioso para el desarrollo económico y el ajuste industrial del área petrolera. Esto ha atraído una amplia atención de sus pares en la industria petrolera, y se han llevado a cabo proyectos piloto en el norte de China, el este de China, Daqing y otros lugares, con buenos resultados.
(3) Preste atención a la utilización integral y en cascada de los recursos geotérmicos, y mejore la tasa de utilización y los beneficios económicos de los recursos geotérmicos. El desarrollo y utilización de los recursos geotérmicos ha cambiado desde la utilización inicial única a la utilización integral y en cascada. El agua geotérmica utilizada para calefacción a menudo se calienta primero, luego se calienta y luego se usa como agua ambiental, o se implementa calentamiento en cascada de acuerdo con los diferentes requisitos de temperatura del edificio, o se usa tecnología de bomba de calor para convertir el agua de cola después del calentamiento primario en La utilización de energía térmica para calefacción secundaria ha mejorado la tasa de utilización y el contenido técnico de los recursos geotérmicos. Al utilizar recursos geotérmicos para cultivos agrícolas en invernaderos, también estamos considerando aprovechar los diferentes requisitos de temperatura de los diferentes cultivos e implementar una configuración de temperaturas en cascada razonable, como el moderno parque agrícola en el área de Xiaotangshan en Beijing.
(4) Prestar atención a la combinación de cosecha y riego para mantener el uso sostenible de los recursos geotérmicos. En algunas áreas donde el desarrollo geotérmico fue temprano, como Beijing, Tianjin, Fuzhou y Xi, la carga de agua caliente subterránea ha disminuido significativamente, lo que ha afectado en cierta medida el desarrollo posterior y la utilización sostenible de los recursos. Combinando la experiencia de desarrollo geotérmico en el país y en el extranjero, la recarga geotérmica se ha convertido en un conocimiento importante para mantener la utilización sostenible de los recursos geotérmicos y mejorar la tasa de utilización de los recursos geotérmicos en áreas calientes. Además de la investigación experimental sobre minería y recarga, el desarrollo inicial de los recursos geotérmicos en estas áreas ya incluía la combinación de minería e irrigación.
(5) Promover el desarrollo a gran escala para racionalizar la asignación de recursos geotérmicos y mejorar los beneficios económicos generales del desarrollo y la utilización.
Esto es inseparable de las características de los recursos geotérmicos, la necesidad de combinar la cosecha y el riego y la tendencia de desarrollo de escala económica y desarrollo a gran escala. Con el surgimiento de empresas a gran escala en el desarrollo económico, la implementación de la minería geotérmica y la integración del riego en realidad restringirá el desarrollo de recursos geotérmicos por parte de pequeñas unidades que solo explotan pero no irrigan, y alentará a las unidades con buenas condiciones económicas y de recursos a implementar La minería a gran escala y el desarrollo integrado de la minería y el riego son una tendencia inevitable.
(6) Formular un plan de desarrollo unificado e implementar un desarrollo unificado. El desarrollo geotérmico utiliza el agua como portador para desarrollar recursos de fluidos geotérmicos o recursos de agua geotérmica. Debido a las características del flujo del agua caliente subterránea, cuando los recursos de agua caliente subterránea se explotan en el mismo campo térmico o en el mismo depósito térmico ampliamente distribuido, la interferencia mutua entre los pozos de extracción es inevitable. Para desarrollar y proteger racionalmente los recursos geotérmicos y reducir o incluso evitar los problemas de la minería ciega, se debe formular un plan de desarrollo unificado y se debe implementar una gestión de desarrollo unificada bajo la condición de identificar los recursos geotérmicos explotables. En este sentido, Beijing, Tianjin, Fuzhou y otros lugares que desarrollaron recursos geotérmicos en la etapa inicial han notado este problema y formularon planes regionales de desarrollo de recursos geotérmicos temprano para promover el desarrollo ordenado de los recursos geotérmicos.
(7) Aplicación de la tecnología de control en la utilización abierta geotérmica. Basado principalmente en las necesidades reales de oferta y demanda, controla la salida de los pozos de extracción geotérmica, la distribución del agua y la temperatura de descarga del agua de cola geotérmica. También monitorea y transmite automáticamente la salida de los pozos geotérmicos, los cambios en el nivel del agua (cabeza); ) en el pozo y la temperatura del agua. La tecnología de control automático se ha utilizado ampliamente en recursos geotérmicos recientemente desarrollados en Beijing, Tianjin y otros lugares.
(8) Fortalecer la gestión. Fortalecer la legislación administrativa, formular normas técnicas pertinentes e implementar una gestión estandarizada y legal del desarrollo y utilización geotérmica.