关键词：地源热泵；现场施工；技术；油田；应用
Abstract: Geothermal resources is a kind of green renewable energy, development and utilization of geothermal resources can not only reduce carbon dioxide emissions, but also to actively promote the construction of harmonious society and building a resource-saving society to achieve sustainable development. The working principle and characteristics of ground source heat pump technology, 4 key technologies in field construction and field application are introduced. Practice shows that the construction of advanced technology, practical, safe and reliable use, low cost, it will be applied in the field of application of GSHP system play a good role in promoting, and has good application value.
Key words: Ground source heat pump; Field construction; Technology; Oilfield; Application
【中图分类号】F272.72 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）07-0000-00
1 引言
    地热资源是一种绿色可再生能源，目前世界主要发达国家均采取各种措施，大力开发利用地热资源，以减少对传统化石能源的依赖[1]。开发利用地热资源不仅可以减少二氧化碳的排放，积极应对全球气候变暖的问题，而且可以实现转变发展方式，实现节能降耗和绿色发展理念的落实，实现可再生能源的再生利用，减少对传统化石能源的依赖，对构建和谐社会和建设资源节约型社会实现可持续发展起到积极的推动作用。近几年来，胜利油田大力开发应用地热资源，通过打地热井，利用地热井的地热资源和地下水源热泵技术装置，冬季捕获低品位热能，转移并提升至可供人们生产、生活利用的高品位热能，满足油田小区居民及员工集中居住及办公所需冬季采暖需要以及夏季制冷的需要[2]。为此，我们在调查研究的基础上，提出了《地源热泵系统现场施工技术在油田的应用》这一研究应用课题，并取得了良好的应用效果。
2 地源热泵技术工作原理及特点
2.1 地源热泵技术工作原理
    地源热泵技术是一种利用地球表面浅层水源（如地下水、河流和湖泊）和常温土壤源中的能量及吸收的太阳能和地热给作为能源，借助热泵机组向建筑物内用户提供既可供暖、又可供冷的新型空调技术[3]。它是利用地下浅层土壤或地下水温度的相对稳定性，应用钻孔打井方式进行提取，然后通过埋于建筑物主体周围的管路输送系统进入建筑物内的各个使用终端，与建筑物内部进行热交换的一项技术。在冬季，它可以替代传统锅炉的运行机制，从土壤或地下水中取热，向建筑物供暖；在夏季，它可替代传统空调装置转向土壤排热，给建筑物供冷。该技术具有效能高、降耗、节能、无污染、低成本等优点。地源热泵系统主要由水源热泵机组、地热能机组交换系统、建筑物内终端系统等部分组成。按照地热能交换系统形式的不同，可分为地埋管式地源热泵系统、地下水式地源热泵系统和地表水式地源热泵系统。
2.2 地源热泵技术的特点
（1）运行维护费用低。传统燃气锅炉、燃油锅炉和燃煤锅炉在运行中原材料的投入费用非常大，而地源热泵技术使用的源头能量取自地表浅层水源和常温土壤源，其运行费用仅为普通空调的50%～60%，为各种采暖设备的30%～70%，从而大大降低了成本。
（2）节能高效。该系统其制冷、制热系数可以达到3.5～4.4，与传统的空气源相比，高出40%左右。它要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。
（3）投资费用低。可以同时实现制冷、供暖和供生活热水，一机多用，减少了重复建设和初投资。
（4）安全环保。系统安全可靠性好，且环保无污染，无燃烧产物排放，可大幅度降低温室气体的排放，它是国家正在大力推广的一种可再生能源利用途径。
3 地源热泵系统现场施工技术
    地源热泵系统现场施工关键技术主要包括钻孔技术、下管技术、灌浆封井技术和安装水平地埋管换热器技术等四部分。
3.1 钻孔技术
    钻孔是竖埋管换热器施工中最为重要的一项工序。为保证钻孔施工完成后孔壁保持完整，应根据施工区域土质进行有针对性的钻探。如果施工区域地层土质比较好，可以采用裸孔钻井；如果是砂层，孔壁容易坍塌，则必须下套管施工，孔径的大小应略大于U型管与灌浆管组件的尺寸为宜，一般要求钻机的钻头直径根据需要在100mm-150mm之间，钻孔总长度由建筑的供热面积大小、负荷的性质以及地层及回填材料的导热性能决定，对于大中型的工程应通过仔细的设计计算确定，地层的导热性能最好通过当地的实测得到。在钻孔施工时，要注意不得损坏原有地下管线和地下建筑物。
3.2 下管技术
    下管是整个工程施工阶段的关键之一。因为下管的深度决定采用热量总量的多少，所以必须保证下管的深度。下管方法有人工下管和机械下管两种，下管前应将U型管与灌浆管捆绑在一起，在钻孔完毕后立即进行下管施工。钻孔完毕后孔内有大量积水，由于水的浮力影响，会对放管造成一定的困难，而且由于水中含有大量泥沙，泥沙沉积会减少孔内的有效深度。为此，每钻完一孔，应及时把U型管放入，并采取防止上浮的固定措施。在安装过程中，应注意保持套管的内外同轴度和U型管进出水管的距离。对于U型管换热器，可采用专用的弹簧把U型管的两个支管撑开，以减小两支管间的热量回流。下管完毕后，要保证U型管露出地面，在埋管区域做出标志并定位，以便于后续施工。
3.3 灌浆封井技术
    灌浆封井技术也称回填工序技术。在回填之前应对埋管进行试压，确认无泄漏现象后方可进行回填。正确的回填要达到两全目的：一是要强化埋管与钻孔壁之间的传热；二是要实现密封的作用，避免地下含水层受到地表水等可能的污染。为了使热交换器具有更好的传热性能，一般选用特殊材料制成的专用灌注材料进行回填，钻孔过程中产生的泥浆沉淀物也是一种可选择的回填材料。回填物中不得有大粒径的颗粒，回填时必须根据灌浆速度的快慢将灌浆管逐步抽出，使混合浆自上而下回填封井确保回灌密实，无空腔，减少传热热阻。当上返泥浆密度与灌注材料密度相等时，回填过程结束。系统安装完毕后，应进行清洗、排污，按要求对管道进行冲洗和试压，确认管内无杂物后，方可灌水。
3.4 安装水平地埋管换热器技术
    铺设前沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细沙，安装时管道不应折断、扭结，沙中不得有石块，转弯处应光滑，并有固定措施。在室外环境温度低于0℃时不应进行地埋管换热器施工作业。
4 现场应用情况
    该技术自2010年以来在胜利油田地源热泵系统项目中得到广泛应用，已累计施工地源热泵井88口，取得了良好的现场施工应用效果，确保了每一口地源热泵井的现场施工质量，不仅节省了大量能源，而且取得了良好的减排效果，具有良好的经济效益和社会效益。
5 结束语
    发展循环经济、建设资源节约型和环境友好型社会，是实现全面建设小康社会目标的必然选择。热泵技术产品作为一项新兴的节能环保和高科技自动化产品，为提高油田资源利用效率，加快创建资源节约型企业，改善油田用能结构，实现企业节能减排，将发挥越来越重要的作用。为解决复杂地层中钻孔和安装管道时可能遇到的困难，提高施工效率和施工质量，降低施工成本，应不断地改进和提升施工技术和应用先进的施工设备。实践证明，该施工技术先进、实用性好、安全可靠、运用费用低，它在油田的应用必将对地源热泵系统的推广应用起到良好的促进作用，具有良好的推广应用价值。
参考文献
[1]张旭.热泵技术[M].北京:化学工业出版社,2010:3
[2]朱益飞.胜利油田热泵技术应用现状及对策应用[J].电力需求侧管理,2012.14(1):31-33.
[3]朱益飞.地源热泵技术在孤东油田的应用[J].变频器世界,2015.15(9):52-54.
作者简介
朱益飞 （1967-） 男 高级工程师 研究方向：油田技术质量监督管理