基于浅层地热利用的余水回灌井施工及回灌方法与流程

1.本发明涉及地热回灌井回水技术领域，具体涉及一种基于浅层地热利用的余水回灌井施工及回灌方法。


背景技术：

2.地热资源作为一种清洁、可再生资源，受到国内外的高度重视。浅层地热能是地热资源的一种，也是最常见、最容易被开发利用的地热资源。在浅层地热的开发利用中，地下水源热泵系统为能量循环利用模式，即取热不取水，水只作为地温热能传递的循环介质。地下水源热泵系统运行过程中，取热完成后必须对所抽取的地下热水实施同层人工回灌，否则会造成一系列的问题。若长期无回灌的持续开采地下水，必将会导致区域地下水位持续下降，不但会造成地热资源浪费，而且会导致地热资源枯竭，并产生地面沉降、地裂缝或地表塌陷等环境问题。且若将取热后的地热余水直接排放入地表水体，不但会导致地表温度升高，打破原有环境的温度场平衡，造成热污染问题，而且还会引起地表水水质发生变化。
3.由于平原地区（以郑州为例）浅部含水层以细颗粒的粉土、粉质粘土及粉细砂为主，回灌效果往往非常不理想。根据郑州地区浅层地热开发利用的经验，在细颗粒含水层中施工的回灌井，一般需要按照“1抽2回，甚至1抽3回”的比例设置回灌井。而且，随着浅层地热开发利用工程的运行，由于井壁滤水管有无机盐类等附着物阻塞水路等原因，回灌能力呈逐年下降趋势，经常出现“1抽4回”的现象。目前，地下水回灌是制约浅层地热能开发利用的主要因素之一，急需一种能够有效提高单井回灌量的技术方法，以解决浅层地热开发利用中的回灌问题。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于浅层地热利用的余水回灌井施工及回灌方法，以解决目前回灌井单井回灌效果不理想的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：设计一种余水回灌井施工方法，包括以下步骤：步骤1：根据当地地质水文资料确定成井位置和预计井深；步骤2：依据物探测井结果和钻探取芯编录明晰地层结构，确定回灌井施工深度，地层透水性强弱最短交接深度位置处确定为回灌井第一井径和第二井径的变径深度；步骤3：采用与第一井径大小对应的扩孔钻头钻井，钻井深度与井深一致；步骤4：采用与第二井径大小对应的扩孔钻头钻井，钻井深度至变径位置处，整孔冲孔清渣；步骤5：依次放入匹配于第一井径直径的沉淀管、滤水管，在所述滤水管与井壁之间隙填装滤料至距地面占井深的1/10高度位置处，以形成对应的滤水层，再在剩余间隙内
填充止水材料至地面高度以形成对应的止水层。
7.进一步的，在所述步骤2中，回灌井施工深度超过对应的透水性强的地层深度1-2米。
8.进一步的，在所述步骤2中，第一孔径直径为第二孔径直径的60%-75%，且两孔径同轴心。
9.进一步的，在所述步骤5中，沉淀管长度为1-2米，所述滤水管从沉淀管端口延伸至止水层对应位置处，所述沉淀管和滤水管直径为第一孔径的40%-60%。
10.进一步的，所述滤料包括为石英砂、锰砂中的至少一种。
11.进一步的，所述止水材料为黏土球、混凝土中的至少一种。
12.一种余水回灌井回灌方法，包括以下步骤：步骤1：用水泵将余水排入权利要求1所得的回灌井中，且在井内形成高于场地地下水位的水头高度，造成井内动水位和场地地下水水位间压力差δh，井水通过滤水管进入滤料空间，在滤料空间造成水头压力与场地地下水间压力差δs；步骤2：控制水泵泵水量，直到回灌水位不再上升而保持稳定，保证δh》δs；步骤3：回灌井水面上升至地面高度仍未稳定时开启加压泵进行加压回灌。
13.进一步的，在所述步骤3中，所述加压压力不超过0.05mpa。
14.与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：1. 本发明能有效增大回灌井滤料层与地层之间的渗水面积，极大的发挥了各地层的回灌能力，同等压力下能有效提高单井回灌量，进一步减少回灌井数量，节约空间资源，减少建设成本2. 本发明能减小同等压力下动水头水位与地下水位间的回灌压力差，可明显增强回灌井的自然回灌效果。
附图说明
15.图1为实施例1中步骤3回灌井第一井径成井示意图。
16.图2为实施例1中步骤4回灌井第二井径成井示意图。
17.图3为实施例1中步骤5回灌井置管示意图。
18.图4为实施例1中步骤5回灌井填充示意图。
19.图5为实施例2中回灌井结构示意图。
20.以上各图中，1为止水层，2为滤水管，3为滤水层，4为沉淀管，50为粉土层，51为粉细砂，52为粉土，53为细中砂，54为粉质黏土，60为地下水位，61为动水位。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
22.本技术如涉及“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而非是限定特定的顺序或先后次序。
23.以下实施例中所涉及的材料及构件，如无特别说明，则均为常规市售产品。
24.实施例1：一种基于浅层地热利用的余水回灌井施工方法，位于郑州市某位置的k3
号回灌试验井，参见图1至图4，其包括以下步骤：步骤1：根据施工位置地质水文资料，依据地层结构及地下水流向确定成井位置位于路口西南100m位置处和预计井深120m。
25.步骤2：依据物探测井结果和钻探取芯编录，发现0-72.1m为粉土、粉质粘土、粉细砂、钙质结核层等地层，透水性相对较差，72.1m至120m为透水性好的细中砂层。确定回灌井施工深度为120m，地层透水性强弱最短交接深度为72.1m，考虑地表的不平整性，将回灌井第一孔径和第二孔径的变径深度确定为72.5m，留有一定余量，确保变径位置在地层透水性强弱最短交接深度或强透水性地层内。
26.步骤3：第一孔径设计为600mm，采用600mm扩孔钻头钻井，钻井深度120m。
27.步骤4：第二孔径设计为800mm，采用800mm扩孔钻头钻井，钻井深度至72.5m处，整井进行冲孔清渣。
28.步骤5：依次放入孔径为300mm的沉淀管、滤水管，设置深度为10-120m，该沉淀管长度为1m且底部用铁板封死，该滤水管外侧包裹一层100目尼龙网。该沉淀管和滤水管与井壁间空隙填装1-3mm优质石英砂滤料，形成滤水层，在剩余间隙填充粒径20-30mm半干状态的优质黏土球至地面高度，形成止水层。
29.与项目中实施的120m井深，600mm井径传统结构的回灌井相比：根据抽水试验结果，在3.78m降深时传统结构的回灌井出水量为60.8m3/h，本发明设计的回灌井出水量为61.3 m3/h，单井出水量基本一致。根据回灌试验结果，在6.02m水头高度情况下进行回灌，传统结构的回灌井的回灌量为27.5m3/h，本发明设计的回灌井的回灌量为55.3m3/h。本发明设计的回灌井的单井回灌量是传统结构回灌井的2.01倍，可明显提高回灌井的单井回灌量，确保回灌效果。
30.实施例2：一种基于浅层地热利用的余水回灌井回灌方法，参见图5，其包括以下步骤：步骤1：用水泵将余水排入回灌井，且在井内形成高于场地地下水位的水头高度，造成井内动水位和场地地下水水位间压力差δh，井水通过滤水管进入滤料空间，在滤料空间造成水头压力与场地地下水间压力差δs。
31.步骤2：控制水泵泵水量直到回灌水位不再上升而保持稳定，保证δh》δs。
32.步骤3：回灌井水面上升至地面高度仍未稳定，此时开启加压泵进行加压回灌，且加压泵压力不超过0.05mpa，防止影响周围地质结构。
33.上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关结构、材料及方法步骤进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。