Tecnología de exploración de energía geotérmica poco profunda

Yang Xudong Cao Fuxiang

(Instituto de Hidrogeología, Ingeniería Geológica y Métodos Técnicos, Servicio Geológico de China)

Resumen: La Tierra es un enorme tesoro energético Cada día El calor transferido desde el interior de la tierra a la superficie equivale a 2,45 veces la energía que utilizamos todos los humanos en un día. Especialmente hoy en día, cuando la gente presta cada vez más atención al cambio climático global, la contaminación ambiental y el desarrollo social sostenible, 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. energía. Dado que es urgente resolver su desarrollo y utilización de tecnología de encuestas de soporte técnico, este artículo solo analiza problemas y experiencias relevantes.

1 Estado actual del desarrollo de la energía geotérmica superficial

La Tierra es una enorme reserva de energía Cuanto más se profundiza, mayor es la temperatura. La cantidad de calor que se transfiere 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. Estas energías almacenadas en la Tierra son en realidad más abundantes que los combustibles fósiles. Especialmente en la situación actual en la que la gente presta cada vez más atención al cambio climático global, los problemas de contaminación ambiental y el desarrollo social sostenible, la energía geotérmica como energía renovable y limpia ha atraído mucha atención.

La energía geotérmica superficial es una parte de la energía geotérmica. Es energía geotérmica con valor de desarrollo y utilización desde la zona de temperatura constante de la formación hasta 200 metros debajo de la superficie. La temperatura general es de alrededor de 15 °C. Su desarrollo y utilización son inseparables del desarrollo de la tecnología de bombas de calor geotérmicas.

1.1 Estado de las solicitudes extranjeras

En 1912, el suizo Zoelly 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. , marcando el desarrollo de los sistemas de bombas de calor geotérmicas. No fue hasta 1948 que la tecnología patentada de Zoli realmente atrajo una atención generalizada. En particular, Estados Unidos y los países europeos comenzaron a prestar atención a la investigación teórica de esta tecnología. En 1974, a medida que la crisis energética y los problemas ambientales se volvían cada vez más graves, la gente prestó 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 mayor en los Estados Unidos. En la utilización directa de energía geotérmica en 1990, 1995 y 2000, las bombas de calor geotérmicas representaron una gran proporción, alrededor del 59%. y se desarrolló muy rápidamente. 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 cantidad podría llegar a unas 400.000. Se estima que para 2010, la capacidad total instalada alcanzará 1,5 millones de unidades. Actualmente, las bombas de calor geotérmicas siguen siendo las más utilizadas 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 y el Sur.

La aplicación de las bombas de calor geotérmicas en Europa se concentra principalmente en países del centro y norte de Europa, como Suecia, Austria, Suiza, Alemania, etc. En la década de 1950, la utilización de bombas de calor geotérmicas alcanzó su apogeo, pero debido a su alto precio, no se desarrolló más. Después de la crisis del petróleo, algunos países europeos organizaron cinco conferencias académicas internacionales a gran escala sobre bombas de calor geotérmicas y 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 terrestres con bobinas enterradas en el suelo subterráneo (la profundidad del entierro es inferior a 400 m y se utiliza principalmente para calefacción por suelo radiante y suministro). agua caliente sanitaria. Según las estadísticas de 1999, entre los equipos de calefacción domésticos, las bombas de calor geotérmicas representaban el 96%, Suiza y Austria el 38% y Dinamarca el 27%, lo que supuso un aumento significativo en comparación con antes de 1996.

1.2 Estado de la aplicación nacional

Mi país tiene buenos resultados de investigación científica y fundamento de aplicación de bombas de calor. Ya en la década de 1950, la Universidad de Tianjin llevó a cabo investigaciones sobre bombas de calor en mi país. Después de finales de la década de 1980, las universidades nacionales comenzaron a estudiar las bombas de calor terrestres. La Conferencia Nacional de Intercambio de Tecnología de Bombas de Calor y Aire Acondicionado se celebró en Ningbo en 2001 y la Conferencia Internacional de Bombas de Calor se celebró en Beijing en 2002. Ambas conferencias se celebraron en Beijing. . 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 gran potencial de desarrollo.

En los últimos años, mi país ha fortalecido su investigación de aplicaciones sobre bombas de calor geotérmicas. Hay más de una docena de fabricantes que investigan y producen unidades de bombas de calor geotérmicas, como Fulda de Shandong, Zhongke Energy de Beijing y Dongyu de Shenyang. Además, algunas empresas extranjeras conocidas también han establecido departamentos de ventas en China y han establecido proyectos en Beijing, Tianjin, Guangzhou, Chongqing, Shandong, Henan, Hunan, Liaoning, Xi'an, Heilongjiang, Hebei y otros lugares. Actualmente, China tiene más de 100 proyectos de bombas de calor geotérmicas con una superficie de calefacción/aire acondicionado de 1 millón de metros cuadrados. Casi todos estos proyectos son sistemas de bombas de calor con fuente de agua que utilizan agua subterránea como fuente de calor. El sistema de bomba de calor geotérmico que utiliza tuberías subterráneas sólo se ha demostrado en Shandong, Tianjin, Hunan, Hebei y Jilin y ha logrado resultados preliminares.

2 Clasificación de los tipos hidrogeológicos de desarrollo de energía geotérmica poco profunda

La utilización de la energía geotérmica poco profunda se basa en el tipo de medio, las características y la distribución del entierro del acuífero de energía geotérmica poco profunda. Combinados con las especificaciones de exploración relevantes existentes, los tipos hidrogeológicos de desarrollo de energía geotérmica se pueden dividir básicamente en 4 categorías y 16 tipos. Hay cuatro categorías: agua de poros, agua kárstica, agua de fisuras y agua especial. Los diversos subtipos y las cuestiones hidrogeológicas que deben identificarse se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Tipos de exploración hidrogeológica de áreas de fuentes de agua y principales problemas hidrogeológicos que deben identificarse

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 constantemente nuevas teorías, nuevas tecnologías y nuevos métodos de manera oportuna. Rápidamente se aplican nuevas tecnologías y métodos a la exploración de energía geotérmica a poca profundidad. Desde imágenes satelitales, fotografías aéreas y estudios aéreos hasta geoquímica y estudios geofísicos, y luego a la perforación geológica, se ha formado un sistema de estudio tridimensional integral desde el cielo hasta la superficie y el subsuelo, cubriendo los requisitos estratégicos del desarrollo económico. y la geología primero. La exploración de energía geotérmica superficial debe seguir los siguientes principios de optimización: recopilación de datos - exploración geológica - geofísica - geoquímica - perforación geológica - evaluación de recursos - desarrollo y utilización - protección del suministro - medición y seguimiento.

3.1 Recopilación de datos

Antes de realizar la exploración, primero es necesario recopilar, organizar y analizar la mayor cantidad posible de datos geológicos, hidrogeológicos, geofísicos, geoquímicos y otros de la zona. Al recopilar datos, se deben tener en cuenta los siguientes cuatro puntos:

(1) El alcance de la búsqueda debe ser lo más amplio posible, incluyendo una unidad estructural geológica completa y sus áreas adyacentes;

(2) Se debe prestar atención a la recopilación de datos del macizo rocoso y de la estructura geológica;

(3) Para campos geotérmicos dominados por la conducción de baja temperatura, lo importante son las protuberancias en las depresiones, y se debe prestar atención a la recopilación de datos de exploración geofísica y geoquímica;

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(4) Se debe prestar atención a la recopilación de datos de temperatura y datos como la ubicación, la temperatura, y se debe recolectar la mayor cantidad de agua posible de las fuentes termales. En el área de cobertura, buscamos principalmente los datos de temperatura medidos cuando se bombea agua de perforación.

3.2 Estudio geológico e hidrogeológico

El propósito del estudio geológico es comprender los antecedentes geológicos de la energía geotérmica poco profunda y determinar la edad estratigráfica, las características de la litología, la edad de la roca de magma y la distribución. El rango, las características estructurales geológicas y las condiciones de suministro, escorrentía y descarga de agua subterránea proporcionan la base para el siguiente paso de la exploración de energía geotérmica poco profunda. La exploración geológica debe prestar atención a las siguientes cuestiones.

(1) Control estructural de zonas de desarrollo de energía geotérmica someras. A juzgar por la exploración de pozos y manantiales conocidos, la mayoría de sus ubicaciones expuestas son lugares donde ha habido fuertes complejos tectónicos activos en los tiempos modernos o la intersección de una falla grande y la falla del siguiente nivel causada por ella; , fallas de tensión-torsión y uniones, etc., porque las rocas en estos lugares están relativamente rotas y, a menudo, son lugares favorables para que el agua subterránea suba a profundidades durante el movimiento.

(2) Al investigar perfiles de fallas regionales, céntrese en describir los acuitardos porosos y las capas impermeables, así como el origen y la edad de todas las rocas volcánicas, prestando atención a la composición química, la alteración hidrotermal y la mineralización. Características de deposición de las capas de roca y extensión. Los fenómenos de alteración de la pared de roca y deposición de minerales en fisuras ayudan a descubrir áreas de anomalías térmicas enterradas profundamente sin ninguna manifestación geotérmica en la superficie, y también señalan el camino para futuras investigaciones.

(3) La hidrogeología requiere mediciones in situ de la temperatura, el volumen de agua y el valor del pH de manantiales fríos o pozos de agua fría expuestos en la superficie uno por uno, explicando las condiciones estructurales geológicas de los manantiales fríos. y seleccionar muestras de agua para análisis químicos y de isótopos (tritio). Espere la medición.

También se debe medir el caudal y la temperatura del agua de los ríos y arroyos que fluyen a través del área. Algunos ríos importantes deben medirse segmentariamente para medir la temperatura del agua antes, durante y después de ingresar a la zona caliente, y recolectar muestras de agua para determinar la relación entre la superficie. Cuerpos de agua y calor geotérmico. Relación de reposición y drenaje de agua. El límite del área de desarrollo del abanico aluvial debe dividirse en un área de recarga superior, un área de escorrentía media y un área de descarga inferior.

3.3 Tecnología de levantamiento geofísico terrestre

Las tareas específicas del levantamiento geofísico terrestre son: determinar el espesor de la sobrecarga del acuífero, la interfaz y la forma de la litología estratigráfica; determinar la ubicación; y aparición de fracturas; comprender la ubicación, escala y características morfológicas del desarrollo kárstico; averiguar el espacio de existencia de aguas subterráneas y la conectividad de los canales de escorrentía; conocer la profundidad, el caudal, la dirección del flujo de las aguas subterráneas, la profundidad y el contenido de humedad de las mismas; acuíferos, etcétera. Los métodos comúnmente utilizados para la investigación de aguas subterráneas incluyen principalmente el método de corriente continua y el método electromagnético, que incluyen: método de campo eléctrico natural, método de carga, método de resistividad de CC, método de polarización, método de campo audiotelúrico, método de resistividad de alta densidad, radar geológico y método electromagnético en el dominio de frecuencia. Batimetría (sistema de imágenes de conductividad EH-4), método electromagnético transitorio, método de vibración magnética nuclear, etc. Cada método tiene sus propias características técnicas, por lo que el ámbito de aplicación también es diferente.

El método de campo eléctrico natural y el método de carga se utilizan a menudo para determinar la dirección y el caudal del agua subterránea. La tecnología de vibración magnética nuclear puede detectar directamente la ubicación, el volumen de agua y la permeabilidad del acuífero. de aguas subterráneas de energía geotérmica poco profundas. La tecnología de exploración resuelve problemas de naturaleza sangrienta. Con base en las condiciones de ocurrencia de diferentes tipos de agua subterránea y las características técnicas de los métodos geofísicos, cómo establecer una tecnología de exploración geofísica razonable y efectiva es el principal problema que debe resolverse en la exploración geofísica terrestre.

3.3.1 Agua porosa en capa suelta

El objetivo principal de la prospección 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 sondeo de aguas de poros poco profundos es relativamente madura en el país y en el extranjero. En términos generales, el método de sondeo de CC o el método de sondeo electrostático es más adecuado, de bajo costo, simple y popular, y se basa en parámetros de resistividad para determinar la estructura del acuífero y los parámetros electrostáticos. Se utilizan para comprender la riqueza del agua. Sin embargo, el método de resistividad convencional es más difícil de trabajar en algunas áreas. 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, la resistividad. es bajo, lo que resulta en una corriente de suministro de energía excesiva, lo que requiere equipo de suministro de energía de alta potencia, y la señal de voltaje de medición es pequeña, lo que afecta la precisión de la observación y es difícil realizar trabajos en algunas áreas con condiciones de terreno desfavorables. En este momento, se pueden utilizar métodos de sondeo electromagnético, como el método de sondeo electromagnético en el dominio de frecuencia (sistema de imágenes de conductividad EH-4). La impedancia de entrada del sistema de observación es alta, fácil de realizar y de alta eficiencia electromagnética transitoria; El método se puede utilizar como línea de retorno de excitación de fuente magnética, sin problemas de conexión a tierra. Para áreas con condiciones hidrogeológicas complejas, sobre la base de otros trabajos de prospección geofísica, la tecnología de vibración magnética nuclear de Numis se selecciona en áreas clave para determinar parámetros como la profundidad del acuífero, el espesor, el grado de suministro de agua y el volumen de agua. área noroeste de la meseta de Loess, pero este método es costoso e ineficiente.

3.3.2 Agua de fisura de rocas clásticas

El medio de almacenamiento de agua es principalmente un conjunto de lutitas arenosas fluviales y lacustres del Jurásico y Cretácico de gran espesor depositadas en la cuenca Mesozoica. Los tipos de aguas subterráneas incluyen el agua de fisuras de la red en zonas erosionadas y el agua de fisuras poco profunda que soporta presión.

El objetivo de la exploración geofísica de aguas de fisuras interconectadas en zonas de meteorización de rocas clásticas es determinar la profundidad del límite inferior de la corteza erosionada y comprender el grado de desarrollo de las fisuras de meteorización y su riqueza de agua. Dado que la profundidad de exploración es inferior a 50 metros, es más apropiado elegir el método de resistividad de alta densidad con mayor resolución.

El agua confinada en fisuras poco profundas se refiere al agua de fisura entre capas de un cierto espesor de capa de arenisca intercalada con grandes lutitas de roca clástica. Debido a la baja permeabilidad de los poros de los cuerpos de arenisca con diferentes tipos de cementación, la capa de arenisca es principalmente. compuesto de fisuras. El propósito del estudio geofísico es comprender el espesor de la capa de arena. Aunque el modelo es relativamente simple, el estudio geofísico es difícil debido a la limitación del espesor de la capa de arenisca que contiene agua. En la actualidad, el sondeo electromagnético en el dominio de la frecuencia es un método más viable.

3.3.3 Agua kárstica de roca carbonatada

Según los diferentes medios de ocurrencia, el agua subterránea en las áreas kársticas se divide en agua kárstica de la zona superficial, agua de cuevas kársticas, agua de tuberías kársticas y agua estructural. agua kárstica fisurada y agua kárstica enterrada. Existen individualmente y están entrelazados entre sí para formar un complejo sistema kárstico de aguas subterráneas.

(1) Agua kárstica en superficie.

El objetivo principal de la prospección 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 de exploración son las características geofísicas del agua kárstica en la zona superficial. Las características geofísicas del objeto detectado son la reflexión de baja resistencia, que es algo diferente de la impedancia de onda en ambos lados de la interfaz de contacto con la roca circundante. Dado que la profundidad de detección es generalmente inferior a 30 m y el área de anomalía es pequeña, se requiere que los métodos de exploración geofísica tengan alta resolución. Por lo tanto, los métodos disponibles incluyen el método de resistividad de alta densidad y el método de radar de penetración terrestre.

(2) Agua de cueva kárstica. El agua de las cuevas kársticas se desarrolla en dolomita y dolomita pura y espesa y se distribuye en capas planas o casi planas. Dado que las cuevas, los poros y los huecos contienen agua, presentan una baja resistencia. Para encontrar agua en la prospección geofísica, primero use métodos de perfilado como el método de perfilado conjunto y el método de campo telúrico de audiofrecuencia para determinar la posición plana de la cueva kárstica y la zona de desarrollo kárstico, y luego use el método de sondeo electromagnético para comprender las características de distribución espacial de En la zona de desarrollo kárstico, especialmente el método de sondeo electromagnético transitorio, las anomalías reflejadas son más obvias.

(3) Tubería de agua kárstica. El agua de tubería kárstica, también conocida como río subterráneo, es el tipo de agua subterránea más común en las zonas de rocas carbonatadas del suroeste. Debido a la frecuente conversión entre aguas superficiales y subterráneas en las zonas kársticas, la distribución espacial del agua subterránea es extremadamente desigual, con una estructura de dos o varias capas en dirección longitudinal, al mismo tiempo que está controlada por estratos y estructuras. y accidentes geográficos kársticos. El sistema hidrogeológico kárstico tiene características de pequeña escala y dispersión. El modelo geológico y geofísico del agua de la tubería kárstica es relativamente simple en comparación con la roca circundante, sus características de parámetros eléctricos y elásticos cambian significativamente, debido a su escala y condiciones de profundidad de enterramiento, actualmente es difícil encontrar agua mediante prospección geofísica. , no existe un método práctico y eficaz. Métodos técnicos. Para aguas de tuberías kársticas con una profundidad de enterramiento inferior a 100 m, los métodos geofísicos pueden ser el método del radar de penetración terrestre, el método del sistema de imágenes de conductividad EH-4 y el método electromagnético transitorio. El radar de penetración terrestre puede reflejar intuitivamente el patrón de distribución de puntos anormales 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 electrostáticos cuando la superficie es irregular, e incluso no puede ser razonablemente interpretado; transitorio El método electromagnético observa campos secundarios puros y puede detectar eficazmente anomalías de baja resistencia en rocas circundantes de alta resistencia. Varios métodos pueden reflejar las características morfológicas de puntos anormales desde diferentes lados, identificando así la distribución de las tuberías kársticas subterráneas. Cuando la profundidad de enterramiento del agua de las tuberías kársticas es superior a 100 m, es más difícil encontrar agua. Los métodos actualmente disponibles incluyen 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 fisuras estructurales. El objetivo principal de la búsqueda geofísica de agua es conocer las características de distribución y la riqueza de agua de las zonas de fisuras estructurales. En la década de 1980, la tecnología de exploración geofísica de aguas de fisuras en zonas de fallas maduró, entre las cuales el método combinado más rentable es el método de campo audiotelúrico y la batimetría electrodinámica. El método del campo audiotelúrico puede determinar rápidamente la posición plana de la zona estructural, mientras que los parámetros integrales como la resistividad aparente, la polarizabilidad y el tiempo de vida media de la batimetría electrodinámica se pueden utilizar para comprender el grado de fragmentación de la falla y la riqueza en agua. sección donde se desarrollan las fisuras. Cuando es difícil realizar sondeos electrostáticos debido a las condiciones del terreno, 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 superposición es superior a 30 m, la intensidad de la anomalía del método de campo geodésico 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 del estudio geofísico de aguas kársticas enterradas profundamente es comprender la profundidad de la interfaz de piedra caliza y el desarrollo del karst. 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 y se caracteriza por una baja resistencia y parámetros elásticos discontinuos. La tecnología sísmica puede comprender con precisión la profundidad de enterramiento de la interfaz de toba y las características de distribución espacial de las fallas; el sondeo electromagnético se utiliza principalmente para reflejar la estructura estratigráfica y el grado de desarrollo kárstico se utiliza principalmente en la etapa de estudio. 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.

La tecnología de exploración geofísica de aguas kársticas profundamente enterradas enfrenta varios problemas: el nivel del agua subterránea está profundamente enterrado, cambia mucho y la profundidad del nivel del agua es difícil de determinar el agua subterránea del karst de carbonato paleozoico profundamente enterrada está controlada por la estructura y; la salinidad del agua subterránea es uniforme y es difícil de determinar; de hecho, la exploración de aguas de fisuras estructurales poco profundas también tiene problemas similares cuando la piedra caliza está cubierta por roca clástica, el grado de desarrollo kárstico es difícil de entender.

Medir el grado de desarrollo kárstico resulta algo complicado.

La tecnología de estudio geofísico de aguas kársticas profundamente enterradas enfrenta varios problemas: el nivel del agua subterránea está enterrado profundamente y cambia mucho, y todavía es difícil determinar la profundidad del nivel del agua que el agua subterránea kárstica de roca carbonatada profundamente enterrada se ve afectada; por El control estructural y la distribución desigual dificultan la determinación del grado de mineralización del agua subterránea. De hecho, existen problemas similares en la exploración de aguas de fisuras estructurales poco profundas cuando la toba está cubierta por roca clástica, es difícil determinar el grado de desarrollo kárstico. . Existen ciertas dificultades para comprender el grado de desarrollo del karst.

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 del polo anterior. El lecho rocoso está expuesto o la capa de cobertura es delgada, y las fisuras de la erosión de las rocas no están desarrolladas. Faltan recursos de agua subterránea. El agua subterránea existe principalmente en zonas de fractura estructural.

La tecnología de prospección geofísica es similar a la tecnología de prospección geofísica de agua kárstica en fisuras estructurales de rocas carbonatadas. Para áreas que son difíciles de estudiar, la tecnología de resonancia magnética nuclear se puede utilizar para distinguir la riqueza del lodo o del agua de la falla.

3.4 Método de perforación

El método de perforación requiere una gran inversión y un alto riesgo, pero es un método indispensable e importante en la exploración y evaluación de energía geotérmica poco profunda. identificar la distribución y el almacenamiento de energía geotérmica poco profunda. Los medios básicos de condiciones son una parte importante de la exploración de energía geotérmica poco profunda. La perforación se utiliza principalmente en la etapa de investigación y exploración detallada de la energía geotérmica poco profunda. El propósito es verificar si el rango delineado en trabajos anteriores es correcto y conocer las condiciones de enterramiento, patrones de movimiento, temperatura del agua, volumen de agua, nivel del agua. Calidad del agua y otras condiciones hidrogeológicas del agua subterránea. En la actualidad, la tecnología de construcción de perforación de mi país ha madurado.

4 Flujo del proceso del pozo de desarrollo de energía geotérmica poco profunda

En la construcción de perforación de energía geotérmica poco profunda, la perforación es la base y la finalización del pozo es la clave. Los dos están unificados en todo el proceso de construcción. Perforar para alcanzar la capa objetivo no significa completar el pozo de la fuente de calor. La calidad de la tecnología de terminación está relacionada con la calidad del pozo geotérmico.

4.1 Selección de la tecnología de terminación

De acuerdo con la diferente estructura del pozo, el nivel de la capa objetivo determina la tecnología de construcción de la terminación. De acuerdo con la situación actual de la construcción del pozo de fuente de calor. se divide básicamente en dos categorías principales: una son los estratos sueltos, es decir, los estratos cuaternarios, las capas erosionadas y las zonas de fractura de fallas, la otra es el lecho rocoso de los pozos de fuentes de calor, como el Ordovícico, el Cámbrico y Qingbaikou; y estratos Jixian. Formación Fengshan, etc. Debido a las diferentes capas objetivo, las técnicas de terminación de pozos también son diferentes.

4.1.1 Proceso de terminación en capa suelta

La terminación de pozos en capa suelta requiere filtración de agua, por lo que el proceso de terminación es relativamente complicado. El proceso básico es el siguiente:

Se completa la perforación → cambio de lodo → prospección y perforación geofísica → penetración del pozo → rotura de pared → cambio de lodo → tubería corriente → parada de agua → relleno de grava → limpieza del pozo → prueba de bombeo (obtención de datos hidrogeológicos) → entrega del pozo.

Después de perforar y completar el pozo, para garantizar la finalización sin problemas del trabajo de registro del pozo, es necesario cambiar la lechada y ajustar el rendimiento del lodo del fondo del pozo (pero la estabilidad de la pared del pozo debe garantizarse). Los elementos principales que se deben ajustar son la viscosidad, la densidad, la tasa de contenido de arena y otros indicadores para garantizar la finalización sin problemas del trabajo de registro. El trabajo de registro de pozos debe probarse uno por uno de acuerdo con los requisitos técnicos del diseño geológico, y la profundidad, el espaciamiento y la posición de la parada de agua de la tubería del filtro deben determinarse con base en los datos de interpretación del registro de pozos y los datos de registro de pozos reales. Después de completar el trabajo de registro, se debe perforar nuevamente el pozo y al mismo tiempo se debe bajar el interruptor para romper la pared. Después de perforar el pozo y romper la pared, se debe bajar el tubo del filtro.

La cementación con cemento se realiza en los 20-30 m superiores de la tubería del filtro. Todos los estratos sobre la tubería del filtro se sellan con cemento y la longitud de obturación no es inferior a 300 m. Cemente la parte superpuesta de la cámara de la bomba y la tubería del pozo, selle el espacio anular con cemento y asegúrese de que la calidad del sellado del espacio anular solo pueda garantizarse después de que la presión de prueba de 3 ~ 4 MPa se haya estabilizado durante 20 minutos. Utilice tapones de goma de 5 mm de espesor para detener el agua en las partes de cada capa de tuberías de filtro de agua que deben taparse. El número de tapones de goma en cada capa no debe ser inferior a 2.

Una vez finalizado el trabajo de la tubería, baje la herramienta de perforación con una boquilla y enjuague el tubo del filtro de agua hacia arriba y hacia abajo. La presión de lavado debe ser de 5 MPa y el tiempo de lavado no debe ser inferior a 4 horas. Luego suelte la boquilla y baje al ventilador presurizado conectado a la herramienta de perforación para mezclar aire y agua para limpiar el pozo. Después de que el agua haya limpiado la arena, levante la herramienta de perforación a la sala de bombas para mezclar aire y agua para limpiar el pozo. bueno otra vez. Finalmente, de acuerdo con el nivel del agua y la profundidad del pozo, la bomba sumergible se baja al pozo para el bombeo formal y se miden la salida de agua real, los niveles de agua dinámicos y estáticos y la profundidad del pozo.

Realice una prueba de bombeo de acuerdo con los requisitos de diseño geológico y complete la construcción del pozo geotérmico después de pasar la inspección y aceptación por parte del constructor, el equipo de construcción y el supervisor.

4.1.2 Tecnología de terminación de pozos de fuente de calor de lecho de roca

La terminación de pozos de fuente de calor de lecho de roca es básicamente una terminación de pozo abierto, y la tecnología de terminación es relativamente simple. Después de completar el pozo de acuerdo con la estructura de profundidad del pozo diseñada y la profundidad del pozo, realice el trabajo de reemplazo de lodo. Cuando el lodo en el pozo se cambia en menos de 20 segundos, se puede realizar el trabajo de registro del pozo. Una vez completado el trabajo de registro del pozo, la herramienta de perforación se baja al fondo de la capa objetivo para mezclar el gas y el agua. Una vez que el agua está libre de arena, se utiliza la bomba de pozo profundo para bombear agua. Se miden el nivel y el flujo unitario de agua del pozo y luego se envían.

4.2 Exploración después de completar el pozo

No importa qué tipo de pozo sea la fuente de calor, el trabajo de exploración debe realizarse una vez completado todo el trabajo. Después de explorar bien la fuente de calor de la capa suelta, la arena en el tubo de sedimentación de arena no debe exceder 1/3 del tubo de sedimentación de arena. Si es mayor que 1/3, se debe sacar la arena que se sedimenta en el tubo de sedimentación de arena. La tubería de sedimentación de arena en el punto más bajo del pozo no debe tener menos de 20 m.

Requisitos para pozos exploratorios después de completar los pozos fuente de calor del lecho de roca: La arena sedimentada en el fondo del pozo no deberá ser mayor que 1 de la longitud del acuífero (capa objetivo si se cumplen los estándares anteriores). Si no se cumple, la arena debe descargarse nuevamente hasta que se cumplan los requisitos de Jiaojing.

4.3 Limpieza de pozos con acidificación

En 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.

La concentración de ácido clorhídrico utilizado para la acidificación en la construcción de pozos fuente de calor se determina tomando muestras de recortes de formación y realizando pruebas en interiores. En términos generales, la concentración debe ser de 15 a 18.

Método de fracturación ácida: primero se inyecta ácido clorhídrico en el volumen de la sección del pozo abierto y luego se coloca en un empacador (el tamaño del empacador debe poder sellar la carcasa superior) para fracturar. Se utilizan diferentes presiones dependiendo de la profundidad del pozo. La presión mínima no debe ser inferior a 15 MPa, para que la acidificación se pueda realizar mejor a esta presión.

5 Problemas en el desarrollo de la energía geotérmica superficial

La energía geotérmica superficial (incluidas las aguas subterráneas, el suelo o las aguas superficiales) puede proporcionar tanto calefacción como refrigeración con la ayuda de la tecnología de bomba de calor geotérmica Los sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia y ahorro energético, con sus ventajas únicas, se han desarrollado rápidamente en nuestro país en los últimos años. Con el ajuste de la política de estructura energética de mi país, las tradicionales calderas de carbón y refrigeración con bombas de calor de fuente de aire serán reemplazadas por bombas de calor de fuente terrestre más eficientes. Con el desarrollo de la tecnología de bomba de calor geotérmica, como sistema de aire acondicionado que utiliza energía renovable y tiene el doble beneficio de ahorro de energía y protección ambiental, se convertirá en la tecnología de calefacción y refrigeración más común y eficaz del siglo XXI.

Pero 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. y los intercambios entre industrias. Estos factores tienen más o menos poco impacto en la promoción de esta tecnología.

Los principales problemas existentes en la exploración y desarrollo de energía geotérmica superficial en mi país incluyen una débil gestión unificada de la energía geotérmica superficial a nivel nacional; el bajo nivel de exploración y evaluación de recursos geotérmicos a nivel nacional; recursos geotérmicos; investigación sobre tecnología de exploración y desarrollo de recursos geotérmicos. Es necesario fortalecer los pozos calientes en algunas áreas están demasiado concentrados y sobredesarrollados. Además, los problemas ambientales causados ​​por el desarrollo de la energía geotérmica también han surgido uno tras otro. La principal manifestación es que, excepto por una cantidad muy pequeña 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 el agua residual proveniente de fuentes de calor que se descarga en el sitio, se debe garantizar que la calidad y temperatura del agua durante la descarga no contaminen los cuerpos de agua y el suelo circundantes ni causen contaminación térmica. Por lo tanto, es necesario prestar mucha atención a las tendencias dinámicas de la química del agua y realizar investigaciones de seguimiento para encontrar y resolver problemas a tiempo.

El uso de pozos entubados para regar aguas subterráneas todavía presenta los siguientes problemas: ① La estructura de los pozos de riego no es razonable. La mayoría de los pozos de riego siguen siendo estructuras de tubos de filtro único de minas y algunas tuberías de pozos utilizan tuberías de cemento. lo que afecta la vida de los pozos. La instalación en superficie de los pozos de bombeo y riego no es científica y la boca del pozo y el sistema de bombeo no están sellados, lo que puede causar fácilmente el bloqueo de la fase gaseosa durante el proceso de reinyección y el pozo tubular será desechado después de mucho tiempo. En la mayoría de las áreas, los pozos de extracción e irrigación tienen una sola función, ya sea para extracción o irrigación. El uso prolongado en invierno y verano provocará el bloqueo físico y bioquímico de los pozos de recarga simples, lo que provocará que los pozos de recarga sean desechados. ④ Hacer un uso racional de los recursos hídricos subterráneos. Cuando se utiliza agua subterránea adecuada, se debe recargar bajo tierra y la calidad del agua recargada debe controlarse estrictamente para evitar el desperdicio o la contaminación de los recursos hídricos.

(7) Aplicación de la tecnología de control en el aprovechamiento geotérmico al aire libre. Controla principalmente la producción, la distribución de agua y la temperatura de descarga del agua de cola geotérmica de los pozos de extracción geotérmica en función de las necesidades reales de oferta y demanda e implementa el monitoreo y la transmisión automáticos de la producción, los cambios en el nivel (cabeza) del agua del pozo y la temperatura del agua geotérmica; pozos de agua. La aplicación de tecnología de control automático en recursos geotérmicos recientemente desarrollados en Beijing, Tianjin y otros lugares se ha vuelto más común.

(8) Fortalecer la gestión. Fortalecer la legislación administrativa, formular normas técnicas pertinentes y llevar a cabo una gestión estandarizada y legal del desarrollo y utilización geotérmica.