地温空调井施工组织设计.docx

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地温空调井施工组织设计

同井循环地温空调井施工组织设计和施工方案

有限公司

二○一四年八月

施工组织设计原则与依据

本工程以实现水源热泵系统正常运行为目标，采取专利技术重点突破地温空调井的井水回灌问题，解决因回灌井可能出现的堵塞现象而影响空调系统的运行。

本次工程建设结合我省的实际情况，立足现有成熟的施工技术体系。

主要考虑在钻探施工工艺、成井管材选择、水源抽灌循环方式、洗井及孔内抽灌循环装置技术等方面进行设计。

本次工程主要遵循“低成本、使用寿命长、维护方便”等原则，设计依据主要是：

（1）中华人民共和国国家标准GB50296-99.《供水管井技术规范》，

（2）中华人民共和国行业标准CJJ10-86《供水管井设计、施工及验收规范》

（3）北京市地方标准DB11/T-935-2012.《单井循环换热地能采集井工程技术规范》。

（4）单井循环地热能采集装置专利技术。

一、施工组织设计

1、设备选型设计与进场、安装

1、依据设计井深、井管结构和地层情况，结合施工场地周边环境以及场地客观条件限制，决定选用SY-300型成套正循环水源钻机设备进行施工，优点：

①、施工噪音较小，较易采取防护措施减少噪音，尽量减少对周边居民区的声、光影响，②、鉴于井位受场地限制，距离大型建筑物较近，采取正循环钻机施工有利于孔壁稳定，避免了对附近大型建筑物基础产生不利影响。

③、钻机分散性较好，能够灵活运用，较好适用于狭小空间施工。

缺点：

施工成本较高，施工工期较长。

所以决定选用300型正循环钻机一台，配备80型离心式泥浆泵一台，500型电焊机两台。

2、施工组织机构和施工人员配置

公司成立项目部对该项目实行专门管理，由总经理卢予平兼项目经理，副经理张卫新兼项目工艺负责人，魏贻山为钻井施工管理负责人，冯卫宏为井装置施工负责人，下设钻机施工人员四人，其中一人为机长，负责每天的施工组织，井装置制作人员四人。

3、安全文明施工保证措施

安全施工是每个工程保质、保量、按期完工的前提条件，针对本工程的特点，我公司拟采用以下安全组织体系和安全措施。

（1）、坚持安全第一，预防为主的方针，积极开展安全性评价和施工现场安全达标活动，加强职工安全意识教育，杜绝违章操作，将事故消灭在萌芽状态，施工现场应严格遵守施工技术规范和安全生产工作条例以外，还应采取以下措施：

a.加强劳动纪律，施工中精力要集中，不得在施工现场打闹、开玩笑及随地乱抛工作物。

b.进入施工现场人员一律配戴安全帽，高空作业一律配戴安全带，司钻工不准穿拖鞋上岗，电焊工要配戴防护镜。

现场应设置标志。

c.现场应划分用火作业区、材料区、生活区，并按规定保证防火间距，防火间距中不得放易燃物。

现场应设置标志。

d.现场应有车辆通道，宽度应符合规定要求，严禁占用场内通道堆放材料。

（2）、现场防火

a.使用电气设备和化学危险品，必须符合技术规范和操作规程，严格防火措施，确保施工安全；

b.安装电器设备，进行电、气切割作业等，必须由合格的焊工、电工等专业人员操作。

四、文明施工措施

1、遵守有关环卫、市容、场容管理规定和颁布的文明施工手册条例，接受有关部门的监督、检查，创文明工地。

2、严格执行我公司《标准化施工现场管理规定》，现场项目管理人定期组织检查文明施工情况。

3、加强现场文明施工管理，施工规划区内，应保持道路畅通、无积水，垃圾及时外运，废泥浆及时外运。

4、管材、滤料、钻杆等机具设备按施工顺序有序排放。

使施工现场整洁有序。

5、对职工进行“七不”规范教育，从我做起，讲究文明、卫生习惯，加强对施工现场和周围环境的清扫、检查现场和周围环境达到文明工地的要求。

6、施工人员在施工时，必须文明施工，保持场地清洁，各种材料分类整齐摆放，废料集中收放。

7、建立文明施工责任制，项目经理带头，设专人检查敦促实施。

二、施工方案

1、设备进场后对井口周围施工场地进一步平整清理压实，钻机安装确保做到水平、周正、稳固，转盘和机架要水平校正，天滑轮、大钩、转盘中心对正设计孔位在一条垂线上。

电器安装要符合本公司制定的有关安全规定，必须有接地装置和短路保护装置，外敷电缆电线经过通道部分必须架空或者穿管地埋。

2、按规定安装处理好钻机基础，装好钻塔腿、钻塔绷绳、避雷装置。

电器放置在防雨防潮位置，动力线、照明线和照明灯具的安装与设置应符合安全规定。

3、钻机泥浆泵管线应密封、耐压、高压管固定在钻塔上的适当位置，发现漏水、破损应及时修理或更换。

泥浆坑开挖大小应满足泥浆循环的需要并铺敷塑料布防止泥浆渗漏，泥浆沟应设置沉渣坑，便于岩屑颗粒的沉淀打捞。

4、施工现场布置应紧凑、整齐、合理，管材、工具和附属设施应摆放整齐，所有物资材料不得随意堆放。

5、施工人员进入现场必须佩戴安全帽。

高空作业要佩戴安全绳，施工场地及泥浆坑周边要采取防护隔离措施，禁止非施工人员进入施工现场。

6、钻机机械设备及灯光要采取隔离措施，在不影响施工的情况下尽量减少噪音和灯光对周边居民区的影响，必要时夜间十点至凌晨五点之间停止钻进施工

三、钻井结构设计

本工程的地温空调井设计井深暂定为130m，实际井深根据地层资料确定。

全孔钻井口径为1000mm；最终成孔孔径不低于900mm。

井管管材为外径377mm螺旋钢管，壁厚7mm。

透水管采用377×7㎜桥式滤水管，井管采用外管箍电焊，垂直分节焊接工艺，要求焊缝饱满，无气泡、无夹渣、无虚焊。

四、钻进工艺

本工程根据郑州地区地质情况决定采用三翼刮刀钻头或者三牙轮钢齿钻头全断面无芯钻进，根据实际钻进地层情况合理掌握钻进参数，禁止盲目加压。

钻压不得超过钻铤重量的80%，不超过第一次弯曲的临界压力值。

0-200m井段，采用Φ450mm三翼刮刀钻头或者铣齿牙轮钻头钻进；然后采用Φ800㎜三翼刮刀钻头扩孔至设计孔深120m。

1.孔身质量要求

孔径达到设计要求，孔身无过大的超径或缩径，同径钻具通孔时应畅通无阻。

孔身园整，不能出现螺旋状孔身。

孔斜满足合同要求及规范要求，杜绝狗腿弯。

孔深误差小于1‰。

2.钻进注意事项

⑴根据地层情况合理掌握钻进参数，禁止盲目加压。

钻压不得超过钻铤重量的80%，不超过第一次弯曲的临界压力值。

⑵精心操作，送钻均匀，操作者应注意观察钻压仪，避免钻压忽大忽小和人为的间断加压。

⑶钻进过程中操作者应注意观察下列情况：

钻压仪和泵压表；进尺快慢是否正常；是否跳钻、蹩车、蹩泵；泥浆排量和岩屑上返情况；泥浆性能变化和消耗渗漏情况；转盘运转是否正常。

发现异常情况应立即上提钻具并及时采取相应措施，以检查钻具及设备情况。

⑷禁止加压启动转盘，避免损坏钻头和扭断钻具。

⑸任何情况下钻具都不得在孔内静置，因故停止钻进时应指派专人活动钻具，上下活动钻具应大于5米，并且保持原悬重不变，活动钻具的同时，回转钻具超过10圈。

⑹控制上下钻速度，在砂层孔段避免长时间冲孔。

⑺上下钻遇阻时不得强拉硬墩，应开泵划眼消除阻卡现象。

⑻坚持回灌钻孔，任何情况下都要保持泥浆充满钻孔。

⑼钻进过程中要始终保持泥浆性能达到设计要求，保持足够的泵压泵量，保持孔底干净。

⑽每打一单根要划眼1—2次，冲孔5—15分钟。

⑾做好钻头入孔前和起钻后的检查工作，钻头入孔前应仔细检查丝扣、牙轮、牙齿、轮掌、轴承、水眼、传压孔，发现问题不得入孔。

⑿认真检查钻具，凡弯曲、偏磨、丝扣不好、水路堵塞、有伤和焊有异物的钻杆不得入孔。

下钻时应清洗丝扣，涂丝扣油。

⒀现场必须备好打捞工具，保证能够随时下钻进行打捞。

⒁严格执行交接班制度，钻具组合、机上余尺、钻井参数、钻头入孔运转时间、孔内情况、设备运转情况、进尺快慢以及规定的所有情况都应交接清楚。

⒂做好岩样捞取和钻探判层工作，做好钻井记录和简易水文观测记录。

⒃遵守钻探安全操作规程，不得违章作业。

3、泥浆工艺

3.1泥浆性能指标设计

指标

性能参数

钻井液类型

钻进阶段

冲孔换浆

成井阶段

密度（g/cm3）

1.13～1.3

1.1～1.15

1.08～1.10

粘度FV（S）

25～30

20～23

18～21

APIFL（ml）

10～30

泥饼（mm）

≤1

PH值

8～9

8～8.5

7.8～8.2

含砂量%

≤5

≤3

≤3

3.2泥浆配制

开钻前配制10—30m3基泥浆。

将粘土粉和清水混合搅拌、加入纯碱（纯碱加量为粘土粉重量的4%左右）搅拌成基浆，之后再加入适量CMC控制失水，使泥浆性能达到初步钻进要求。

通常使用的泥浆处理剂和加量：

CMC：

0.1—0.2%，烧碱：

0.1%左右。

钻进中利用搅拌机调浆，加清水加有机、无机处理剂进行调整。

本次采用优质低固相淡水泥浆施工，使用过程中尤其要注意泥浆的维护。

具体的配制工序如下：

⑴配方

山东高阳粘土：

7％；Na2CO3:

为加土量的4％；PAN:

0.1-0.2％；CMC：

0.1-0.2％；NaOH:

0.1％；

㈡配浆程序：

a.配制基浆：

山东高阳粘土粉＋纯碱＋清水，按配比搅拌基浆；

b.加增粘防失水剂：

CMC、PAN等；

c.加入烧碱控制PH值；

d.调整泥浆性能符合设计要求，严格执行配方比例和配浆程序，所有处理剂均应水溶后再加入泥浆中，严禁以固态形式倒入泥浆池内。

正常施工阶段可依靠地层自然造浆，但必须把泥浆性能调整好。

⑶泥浆循环系统

泥浆循环系统要根据施工场地条件决定,但必须符合以下要求：

泥浆池两个,总容量为60m3。

泥浆循环槽长度大于15m，并有一定的坡度，每隔5米设一挡板。

并设至少一个沉淀池。

3.3泥浆的日常维护与管理

⑴日常维护处理之前，首先测定泥浆性能，以确定处理方案；

⑵若泥浆比重、粘度过高，先排浆后维护处理；

⑶日常维护处理应在钻进过程中在泥浆循环槽内进行，缓慢加入清水和处理剂溶液，边循环边维护处理。

严禁突然大量加入清水稀释泥浆。

禁止在循环中断的情况下维护处理泥浆（泥浆大处理例外）；

⑷每班必须勤捞砂，勤维护处理，避免泥浆性能大幅度变化；钻进时注意观察泥浆颜色、温度等变化；

⑸日常维护时，应开动除砂装置，每班不少于4小时，废浆不准再进入循环系统；

⑹孔内出现复杂情况时（如坍塌、漏失、上下钻遇阻等）应及时采取相应的泥浆对策；

⑺正常钻进过程中，必须调整好泥浆参数做到比重适中、粘度恰当、失水量小；

⑻泥浆处理剂、泥浆测定仪器以及有关设施器具的保管、使用、维护等工作应指定专人负责；泥浆是钻井的“血液”每一职工必须很好的理解；

⑼雨天时，禁止雨水流入泥浆池内。

3.4护孔堵漏

在第四系、第三系地层钻进，一般情况下地层不会出现大的漏失,有时会发生孔内坍塌；当钻至砂砾岩地层时，可能会出现漏失现象。

因此，必须了解所钻遇的地层情况，当钻进非取水段地层时，漏失可经过改变泥浆性能的方式，如加大泥浆比重，粘度,必要时采用8012防漏剂处理。

当钻进取水段地层时,出现坍塌或漏失，可采用顶漏钻进或加入植物胶防止坍塌。

一般情况下禁止增大泥浆比重，防止压裂地层或糊堵含水通道。

要注意观测泥浆漏失量的大小，时刻保持孔内充满泥浆。

4.井内事故的预防和处理

4.1钻具折断的预防及处理

认真检查钻具，发现有问题的，应及时更换。

定期倒换钻杆，抽上加下，每次五个立根。

钻进过程中，合理掌握钻压，发现扭矩增大要及时停车并上提钻具查找原因，不得强行开车。

钻具折断后，要做到机上余尺清、事故头位置清、孔内情况清、报表记录清，及时下丝锥打捞。

入孔丝锥应先检查丝扣、水眼、罩子、有郊造扣位置。

下钻时钻杆要上紧，严禁孔内落入异物。

造扣时要轻压慢转，需送水时应开泵送水，打捞成功后，起钻操作要平衡。

4.2钻具粘卡的预防及处理

钻进过程中，始终保护泥浆性能达到设计要求，泯浆性能变化时要及时加以调整。

保证泥浆泵泵量达到设计要求，保持井底干净。

按设计要求采取相应防斜措施，保证钻孔垂直、园整。

起下钻时要注意钻具悬重变化，遇阻时不能强拉硬墩。

钻具不得在孔内长时间静置，钻具因故不能提出孔内时，需指派专人每10分钟活动一次钻具并保持泥浆充满钻孔。

另起下钻时要控制钻具速度，防止压力激动和激动压力，造成孔壁破坏而阻塞钻具。

一旦发生卡钻，应上下活动钻具，保持开泵循环不中断，并调整好泥浆性能，试转动钻具，以求解卡。

无效时，可考虑用解卡剂或倒扣处理。

4.3直井防斜技术措施

采用石油钻井防斜工艺通过钻具的不同形式组合与钻压、转速的合理调整，达到综合防斜的目的。

上部孔段控制钻压，坚持吊打，保证井眼开正打直。

100m以后坚持使用满眼钻具组合，钻进过程中适时对钻具组合、钻进参数和钻进措施进行调整。

起下钻过程中，如发现有钻压仪显示变化较大的地方，应划眼数次，然后才能继续下步工作。

8成井工艺

5.成井工艺流程

钻进结束—冲孔排渣、调整泥浆性能—物探测井—确定成井方案—通孔—下管前冲孔排渣、调整泥浆性能—下管—止水、固井—洗井—试抽、抽水试验—分部工程竣工验收、资料提交。

5.1成井工艺措施

5.1.1调整泥浆与物探测井

钻进至设计井深后即应冲孔排渣，待孔内钻屑彻底排净后，再逐渐调整泥浆性能达到如下要求：

比重：

小于1.13粘度：

19—20S

含砂量：

小于1%

泥浆性能达到要求后再循环一个周期即可起钻，进行物探测井。

采用JDC－2型水文物探测井仪进行测井，测出自然电位、视电阻率梯度、井深、井温、井径、井斜等曲线，对含水层、地热增温情况以及井身质量作出准确解释，以确定过滤器安放位置、止水深度、止水位置等成井关键工序。

起钻时校正孔深并做好记录。

根据物探测井结果与钻探时效和钻时岩样记录作比较，用岩样记录来验证测井结果。

5.1.2通孔

物探测井结束后即可下钻通孔。

采用原钻具进行通孔，用Φ680刮刀钻头通至孔底，通孔中如发现遇阻大于20KN，即应开泵划眼直至畅通无阻。

通孔结束后起钻前应开泵循环并调整泥浆性能，起钻时应再次校正孔深。

5.1.3调浆

调浆不可过急，应缓慢加入清水（必要时适当加处理剂）使泥浆性能达到如下要求：

比重：

小于1.13粘度：

19S

失水量：

小于20ml/min含砂量：

小于1%

PH值：

7-8

泥浆性能达到要求后再循环两周即可起钻。

5.1.4下管

①做好下管前的一切准备工作：

成井材料检查、设备仪表专用工具的检查、清理场地、按成井方案排管、劳动组织人员分工等。

②下管方法：

采用机械提吊法一次性下管，因此要按套管具体下入要求下管。

③确保井管连接垂直，不得有连接松动现象。

④每层滤水管井段上下安装一组扶正器，扶正器高度20mm左右

⑤适当控制下管速度，注意观察管内管外液面差。

⑥下管过程中应精心操作、密切配合，严防工具和其他异物落入井内。

5.1.5下管后冲孔换浆

下钻时钻杆应上紧，下钻完毕，将冲孔托盘坐好，必要时应反复试验，确认坐好后加压2—3t。

然后封闭井管口，确保泥浆自孔底从管外返出。

在Φ89钻具上焊接冲孔托盘（上盘）时，应焊接牢固、端正，焊渣不得溅落在锥面上。

托盘焊接位置距Φ89钻具底部1.5m左右，最短也不得小于1米。

⑴开泵前应全面检修泥浆泵，确保一次开泵成功。

⑵开泵后先用原来的泥浆循环一周，待泵压和泥浆循环正常之后边加清水边排浆，使泥浆逐渐变稀。

注意加清水和排浆都要跟上，不可拖延时间或间断，换浆时间控制在5小时左右。

⑶换浆中途不得停泵，直至填砾结束。

若因特殊原因非停泵不可时，应及时关闭高压管线上的阀门。

换浆通道为：

换浆结束时应达到以下技术指标：

比重：

≤1.08

粘度：

16S

流态：

紊流

⑷换浆终了应达到如下要求：

泥浆比重小于1.08，粘度15—16S，泥浆流态彻底转变为紊流，自孔内有适量砂子返出来。

5.6固井

冲孔换浆结束后，投滤料固井。

滤料投送过程必须严格按照人工投砾，慢投慢送，保证砾料入孔均匀，投送到位，确保滤层厚度均匀一致，沉积到位。

5.7洗井和抽水试验

洗井是地温空调井成井过程中必不可少的工序之一。

由于在成井前对井壁泥皮进行了比较彻底的破坏，已经初步打开含水层的水力通道，这时用潜水泵进行大降深洗井就可彻底疏通含水层，满足合同要求。

成井结束，即可用潜水泵进行大降深洗井，直到水清砂净。

当洗井达到要求后，取得完整可靠的水文地质资料。

抽水试验、水样采集按有关规定执行。

6.施工组织管理

该项目实行公司—项目经理部—施工机台三级管理。

公司拟成立项目经理部对该工程进行专门管理，并由派出精干技术力量负责生产调度、技术管理、编写施工设计、制度技术措施并指导和监督机台贯彻执行。

施工井队严格执行指令、执行施工设计，在项目经理部指导和监督下精心组织施工。

7.施工安全管理

公司安全技术科进行经常性的安全教育和检查，做到安全文明施工。

7.1安塔、拆塔时塔上塔下人员应注意配合一致。

塔上人员应时刻注意系好安全带，塔下人员戴好安全帽。

7.2遵守钻探操作规程，严禁违章作业。

7.3遵守机电操作规程，设备安全防护设施齐全，工作性能可靠。

7.4雨季、大风天气注意机电设备和人身安全，必要时可暂停施工。

7.6遵守劳动纪律，严格执行岗位操作规程，工作期间严禁打闹、睡觉或擅离工作岗位。

7.7个人劳保用品配戴齐全，杜绝人身事故。

8.施工进度质保措施

地热井施工是一项复杂并涉及到多方面的地下工程，工序复杂、技术要求严格的工程。

为保证生产正常进行，保证技术和质量达到要求，必须对生产过程加强管理，才能保证技术的实施、工程质量的有效控制。

为确保该地热井的施工质量和工期，建立以项目经理直接领导下的质保体系，实行项目经理负责制，根据要求钻机施工现场委派一钻探工程师配合机长、班长进行正常的钻进工作，在钻探取样期间，负责岩样的采集、整理，并做好保管工作，施工整个过程严把质量关，以确保工期、质量、安全。

为了使工程按照预定的目标实施，根据合同要求，每月制定工程进度月报，并及时送交甲方、监理，以及时沟通，监督整个工程进展情况。

单井回灌空调井不同于普通的供水井，既要满足供水流量，又要满足回灌要求，因此对水井的成井工艺和施工质量要求比较高，必须严格按照成井工艺设计规范施工。

9.井装置设计制作与施工

地热井施工

1、同井循环地热能采集井介绍

同井循环地热能采集装置是以地下水为介质，利用井内换热装置从土壤，沙石中换热实现抽水与回灌水在能量交换与流量间的动态平衡。

单井循环采系统采用独特的半封闭循环系统回路，无移沙问题，不破坏地下结构。

不造成井及周边地层的沉降塌陷定量的循环水与地层土壤和沙石热交换，换热量取决于循环水与土壤沙石的交换能力而不取决于地下水的补给量，实现了严格意义上的只提取地下水中的能量，而不消耗地下水。

2能量采集系统施工方案及措施

1：

采用单井抽灌技术，钻井队由长期合作的专业施工队施工

2：

本系统设置5眼地源井.

3：

根据测试井分析地下地质情况，制定施工具体方案

4：

钻机进场同时落实粘土粉，井管，滤料到达现场时间，确保钻孔和安装井管及填充滤料同步，避免待料引起井孔淤孔。

5：

成孔后做一次地质检测，绘制井孔柱状图，根据柱状图精确配置滤水管排列位置，并妥善保存好地质资料。

根据地质资料及滤水管排列图设计制作井下换热器装置。

6：

下井管必须保证在井孔中心，达到滤料均匀，措施：

井管周围加设辅助支撑。

7：

选用当前新型镀锌钢制丝网滤水管，外缠绕2层纱网

8：

将地质资料及滤水管排列图送交公司技术部，由专业技术人员设计制作井下换热器装置。

采集井成井工艺

一、井位，置距离建筑物１０米以上，可以在路面上和绿化带内

二、开孔，直径9００－１０００㎜，采用反循环回转钻机

三、井管，直径３７７㎜，要求内壁光滑，垂直，连接处用管箍焊接。

下井管之前确定地质结构，井上端布置６米实管后放置１２米滤水管，以下粘土部分用实管，水层部分用滤水管，最下层6米沉淀管。

做好井管排列图。

四、滤料填充，井管与井壁之间填充滤料为５－１０㎜颗粒，计算井壁与井管容量确定，必须填满不能有空隙和阻断层。

填充滤料时候必须边冲水边回填，防止泥浆夹带到滤料层（这点很重要，直接影响回水效果）

五、关于洗井，水泵尽可能下到井底部抽水，水抽清后往滤料层灌水再抽，直到没有明显的含沙量。

井装置的设计，严格按照该装置取得的专利技术结合本地实际情况选材制作，当水井施工进入洗井阶段，井装置施工开始组织实施，由冯卫红工程师全面负责井装置的制作及安装调试，管材选用国标优质管材加工制作，根据成井动、静水位数据和井管排列位置，确定各级球囊装置安装位置和下泵深度，