浅层项目地热资源应用与研究设计

正文目录第1章前 项目概 目的任 项目区位置及地理条 第2章以往地质工作程 以往区域工作情 对以往工作的评 第3章地质环境背 构造特 地层岩 水文地质条 浅层地热资源概 第4章工作部 工作部署原 总体工作安 第5章工作方法及技术要 5.1流场影响地埋管试验工 群井采灌试验工 模型及软件研 第6章实物工作 第7章预期提交成 预期地质成 提交成果时 第8章组织机构及人员安 第9章经费................................................................................9.1编制依 采用的费用标准和计算方 项目设计合理性及可靠 需要说明的问 第10章与安全措 质量保证措 安全及环保措 附图目录序号图 比例附图 唐山市浅层地热资源应用与研究工作部署 附件目录序 唐山市浅层地热利用水热模型及软件研1浅层地热能是指蕴含在地表200m以内，温度保持恒定不超过系统相比可节省25%60%地热能是一种可再生根据唐山市浅层地热能开发利用的需要唐山市资源局出资委托我单位开展唐山市浅层地热能评价工作工作区为唐山市及4540km2实验和水抽水回灌试验取得浅层地热资源参数评价浅层地热资源潜力。，浅层地热资源应用与研究工作是唐山市浅层地热资源评价工作的延深根据国内外多年研究水流场对地埋管换热系统，虑岩土层热物性特征而不考 水流场问题会导致误判而换热空间出现热交换失衡问题在水源热泵实际工经常会遇到实际应用价值。流场水系统如何结合场地岩土水文地质条件进行优化设计的问题针对水换热方式本次工作着重收集研究含水层发生热突破以及井生干扰等实际工遇到的问题对以后唐山的群井抽灌系统的设计运行提供合理化的建议。本次主要进行面的研究工作：①.拟通过试验对场地浅层地质结构和换热效率规律。②.分析研究在不同水渗流场条件下的地埋管换热特征开展热响应试验分析研究在不同水渗流后工程设计提供理论依据。③.开展典型水源热泵工程系统运行监测工作应用BRKLY国家开发的UHRCT软件间抽灌井空间布置间距及抽灌井与流动方向的关系对温预测。两项目有机结合不但可以节约工作量节约投入而且对本项目投入145万元在唐山市浅层地热资源评价项目工程基础上布置示踪剂投入孔2个，地温观测孔8个，开展不同水流场条件下热响应试验6（借用唐山市浅层地热资源评1.地热资源应用与，2.群井采灌设计模型和垂直地埋管换热软件。目 化，以 水渗流、地层条件对换热效率的影响，研究最优的埋供理论基础。任①通过试验对水换热系统热源井在不同抽灌量不同间距情抽灌井空间布置间距及抽灌井与水流动方向的关系对温度②通过试验对垂直地埋管换热器在一定地质条件和水渗流场作用下的热交换特征进行研究取得相应参数研发本地区垂直地埋管换热设计软件。位置交本项目地埋管试验场地拟选在唐山市路北区及曹甸区水场地位于丰润区任各庄镇。交通较为便利（见图1图 唐山市交通位置自然地理及经济1、地形新世冲洪积扇，地势起伏较小25.0-31.0m，坡降小于5‰。南部沿海一带位于冲积海积平原区和海积滩涂区，地面标高2-4m，地面坡降0.12‰左右，地势低洼，地表排水不畅，有盐碱地海滩和洼地分图 唐山地区地貌2、气1956201210.639.9℃（1972610日最低气温-23.1℃（1983128日，十月中旬至翌年四月上旬为冻结期，标准季节性冻土深度小于1m，全年无霜期188天。3、河流本区地表水体主要有淤泥河龙河和（见表1区内主要河流统计 表 （4、经济经过一百多年的发展唐山已成为重要的能源原材料工业形成了以煤炭钢铁电力建材机械化工陶瓷纺织、造纸、食品为主的十大支柱产业。同时唐山农业自然资源丰富，南部沿海既是渤海湾的重要渔场，又是著名的长芦盐的重要产区。“东方对虾”享誉中外唐山的海淡水鱼虾贝类等水产品产量均居河北省第一位。2区域地质水文地质普查环境地质和地质研究等工作，但针对浅层地热资源的评估工作刚刚开始，程度很低。以往主要地质勘查成果资料见表2。以往主要成果资料一览 表(年11/2021/1031/1041/5051/561/207（2006-2010年89队队队队队队县程县程而对于具体工程项目有实际指导和参考价值的试验和研究则更少。本次以唐山市浅层地热资源评价工作为依托，在区域、评价和区划的基础上开展此区域地埋管换热和水抽灌的试验研配合对部门规范管理和利用浅层地热资源保护地质环境，规范化、制度化的必由。3工作区位于准地台之上地跨马兰峪复式背斜和黄骅台陷两个三级构造单元（见表3；基底断裂褶皱构造复杂，影响第四系沉不同（见图3区大地构造单元一览 表ⅣⅠ2中Ⅱ22Ⅲ27Ⅳ227蓟县凹褶束、Ⅳ228Ⅱ24Ⅲ214Ⅳ252南堡断凹、Ⅳ253Ⅳ254柏各庄断凸、Ⅳ255图 区域地质构造及第四系厚度等值线工作区所处区域包含地层由老到新依次为：中上元古界的蓟县200m以浅第四系地层是浅层地热资源主要研究对象，区第四系地层特征如下：下更新统（Q1：为一套冲洪积相及河湖积相沉积400-500m，厚30-120m，岩性为杂色、灰色粘土、中细砂及含粘土卵石层。砂层、砾石层分选磨圆差，多为强风化，局部半胶结状。中更新统（Q2：为一套冲洪积及河湖积相沉积物，底界埋深100300，厚40240m，岩性为棕黄、棕红色粘土夹碎石，黄褐色、上更新统（Q3：为一套冲洪积、冲海积混合类型沉积物，底界埋深50150m，厚度120，上部为棕黄色、黄色亚粘土及中细砂；下部为亚粘土、卵石及中粗砂，分选中等，磨圆好。全新统（Q4：厚度小于40m，冲积湖湘，岩性为黄灰色粘性土、根据区域水文地质条件，区水主要分松散沉积层孔隙1、含水系自上而下划分为四个含水层组。①第一含水层5000m2d，单井出水量为2400～2880m3/d。含水体直，。接露于地表或被薄层亚砂土亚粘土及不稳定粘土层所覆盖含条件良好水水力性质属潜水～微承压水类型水矿化度多小于1gL。，。滨海平原地区的含水岩性以粉砂、细砂为主，厚度小于10m10～20m，含水层之上和含水层之间，多为粉土层，导水系数多为1002d，单井涌水量为300～600m3d。降水补给条件较好，但由于受潜水蒸发和海侵影响，其水质基本上全为大于5g/L钠型水。②第二含水层山前平原地区的第二含水层组，亦呈扇形分布。由2～3砂～中粗砂～砾石、卵石(或含砾粗砂)岩性韵律组成，透水性与富水垂直入渗及水平补给条件较好水水质良好本含水层组的分布范围、含水层厚度及粒度，均大于第一含水层组。，含水层组厚度的1/3～1/4。含水层以薄层细砂、粉砂为主，含水层组之间多为粘土透水性与富水性均弱补给条件很差径流缓慢，，③第三含水层～冰水堆积3～4套中细砂～中粗砂～或含砾粗砂)岩性韵律构成，但含水层组下段砂砾石、卵石不同程度的风化，单井涌水量为4800～12000m3d，扇间地带为2400～48003d。滦河冲洪积扇上部与中部无良好隔水层。给条件较差，单井涌水量为1200～24003d，局部小于6003d。④第四含水层冰水堆积所形成的3～4套中细砂～涌水量2400～48003d，局部1200～2400m3d。1200～24003/d及～为主。2、补径排特区内第四系孔隙水的要来自大气降水次是河道、地表积水，农灌用水、工业废水的下渗，以及侧向径流补给包气带岩性结构对入渗补给强度影响很大第四系孔隙水的总体流向由北东向南西，水力坡度一般12由于人工开采形成水位降落漏斗局部改变了水的天然流场在侧向径流及潜水蒸发潜水面的自然蒸发主要发生在水位埋藏较浅的南部地带，分布于河谷两侧及平原区。3、水化学特冲洪积倾斜平原区水化学类型绝大部分HCO3—CaHCO3—Ca•Mg型，矿化度小于0.5g/L。滨海平原区上部咸水水化学类型由Na甚至大于5g/L。下部淡水HCO3—Ca型，矿化度小于1g/L。①岩土体热物区及周边120m深度范围内岩土体的平均热导率变化较大，约为1.42.0W/m•K，南部沿海地区120m深度范围内岩土体的平均热导率约为1.61.8W/(m•K。②地温场特唐山市冻土深度小于1.0m，恒温层大约深度25m，恒温带以地温随季节变化，恒温层以下第四系松散沉积层（200m以浅）地温梯度1~1.5℃/100m。恒温层温度约12.5℃。深度25m以下随深度增加而升高。同等深度滨海平原区比山前倾斜平原区地温高1-2℃。41、本项目由河北省地矿局第二地质大队和吉林大学建设工程学院共同承担，由河北省地矿局第二地质大队负责野外施工及相关试验取得试验参数由吉林大学建设进行后期的模型研发工作，最后由地质二队负责进行资料汇总与成果报告的提交。的代表性。地埋管的试验场选择唐山市路北区和曹甸区勘查场地分别代表北部山前冲洪积平原和南部滨海海积平原区两个地貌单元部水换热适宜区的丰润“乡居假日水源热泵系统工程作为样本进行动态监测。3、本次工作布置与实施遵循①《浅层地热能勘查评价规范》DZ/T0225-②《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-③《供水水文地质勘查规范》GB50027-④《供水管井技术规范》GB50296-⑤《岩土工程勘察规范》GB50021-20014、本项目预投入主要工程为：不同水流畅条件下的热响应投入孔兼水水位观测孔等。1、5-9月进行钻探施工及成孔工作，同时进行相关试2、7-8月进行供冷季水源热泵群井水温水量水位动态3、11月中旬-12月中旬进行水源热泵供暖季群井水温水量水位4、10月-12月，野料整理与分析5、12月进行数值模拟研究、软件设计及成果报告编写工作55.1流场影响地埋管试验工渗流场影响地埋管试验模型的工作主要是在地埋管换热孔流场并进行示踪试验确定水流速并在此种抽水条件水渗流场条件下的地埋管换为今后工程设计提供理论依据。本次试验《唐山市浅层地热能评价项目为基础地埋管换热孔应用其6和D7S2、Z3孔，在每孔附近施工1个示踪剂投入孔兼水观测孔。资料收本次工作提供基础资料。②收《唐山市浅层地热能评价项目K2S3D和7数及岩土体的天然含水率、孔隙率、密度、导热系数、比热容等。钻主要施工钻孔为地埋管换热方式的地温观测孔和抽水孔的示踪剂投入孔兼水观测孔钻孔的结构设计及施工严格执《供水水B50027-2001B500212001及《供水管井技术规范》B5029699。本项目设计布置钻孔10个，总进尺1000m。钻孔概况见表4、4-1、4-2。钻孔概况一览 表深度（付孔曹（付孔孔曹//图4- 钻孔布置位置示意图（韩城钻孔为例图4- 钻孔布置横向剖面示意图（韩城钻孔为例1、地温观测热响应试验时试验围小范围内地温会发生明显变化地温观测工作主要是在热响应试验围布设地温观测孔观测试验土壤的热恢复时间及计算地埋管换热孔合理间距。100m其布设呈T型其中垂直水流场一侧和地埋管主孔下游观测孔距主孔孔距为1.0m和3.0m埋管主孔上游观测孔距主孔孔距为2.0m传感器下入前必须经现场检验合格后方能下入。监测孔分别在5m、100m处布置测温点（依据地层变化可做适当调整。每个测温点埋1个温度传感器，每孔共埋设测温点10-13个，传感器下入后进行填工作，在无咸水的地区，应先换浆，使泥浆粘度不大于18砂作为回填材料，以避免水污染。2、示踪剂投入本项目运用示踪剂方法来确定不同流量下的水实际流速设计每个抽水井周围布置1个示踪剂投入孔，与抽水孔距离为R/2（R为抽水影响半径，成孔深度为100。100mmE51至5-4。图5-1地温观测孔结构示意 图5-2地埋管孔结构示意 5-3示踪剂投入孔结构示意 5-4抽水孔主孔结构示意物探测（D/T01811997）（测定底梯电阻率和电位电阻率8个地温观测孔和2个水抽水观测孔进井工作，各项测井分别为1000m。1、井温反应地层温度，井温测量应在钻孔成孔2448小时以后进行。本次井温测量采用“重庆地质仪器厂”生产的JB1（Ⅱ）型数字测井站完成，本项目地温观测1000m。2、视电阻率测厂”生产的JBS1（Ⅱ）型数字测井站完成，电脑自动信息自动成图，累计测井1000m。3、三侧向测JB1（Ⅱ）型数字测井站完成电脑自动信息自动成图本次进行三侧向测井1000。现场热响应试本项目在每个场地分别进行水自然流场小流量抽水人工流在不同渗流场条件下的运行情况，同时进行水流速测试。2即小流量抽水和大流量抽水时的热响应试2共计4组，试验内容及技术要求如下。单次测试内容主要包括：岩土体平均初始温度测试、稳定热流模拟测试、稳定工况模拟测试和地层温度恢复测试。试验应该在测试埋管安装完毕至少48h后进行应对现场测试资料进行综合分析，剔除因试验条件如气温等变化造成的异常数据。地温观测热响应试验时试验围小范围内地温会发生明变化地温观测孔用以观测试验围小范围内地温的变化情况以0.51.0h/2h次，观测精度为0.10.3℃。水流速测首先对水抽水孔进行抽水待抽水稳定后将示踪（食盐碳氟化合物0.51h0.250.5h速测试共4次。水流速测试与热响应试验同时进行。群井抽灌水源热泵水热耦合三维数值模拟能很好地模拟实际工程工作情况，具有很好的理论研究和实际应用价值。在实际工抽水井抽取水在回灌区回灌低温水会由于抽水井抽水产为了分析模拟唐山地区含水层发生热突破以及井生干扰等程区域的含水层的水位、抽灌水量、水温进行监测。46次，夏季2次155万2，目前已建成区域分4个组团共万21/4201年开始逐步投入运行，最长运行时间已达到3表性。灌水量水温水位变化情况信息采用自动检测仪收集仪器丰润区“乡居假日”所在区域水流向总体由北向南，因此监测点布置坚持以下原则：（1）筛选各区块有代表性的抽水井和回灌井作为监测井进行动态观测监测井布置平面上即考虑的均匀性兼顾与水流场垂直或平行的线性特征，以利于分析总结；（2）有监测井控制边界条件（3）监测过，监测井的确定根据实际情况进行实时调整，但不违背原则（1依据监测点布置原则，丰润区“乡居假日”小区内共有70眼井，其中热源井67井，饮水井3井（见5“乡居假日”小区各地块水源井一览 表A1A3A4A5、7、9、12、13、、、、、、16、7、、、、、、、、、、1424209根据本场地已有水源井群的布置，选取23水井为监测井，其热源井20井，饮3井。在近一年的运行时间内，需要对监测井的温度、水量和水位进行监测，其中水温测量深度为30-90m，测点间距5-10m测井每2-5天统测1运行初期检测频率适当加密后期逐渐降低，预计全年统测100次，水量在运行期内测量。各区块监测井布置见图6-1，6-2，6-3，6-4。图6- 监测井总平面“乡居假日”小区各地块监测井一览 表6-A1A3A4（冬季使用A5井1、4、8、7、18、693、124943323图6- A1监测井平面“乡居假日”小区A1地块监测井一览 表6-A1地块（冬夏两用1、4、4图6- A3-4监测井平面“乡居假日”小区A3-4地块监测井一览 表6-A3地块（冬季使用A4地块（冬季使用8、7、18、、、、194图6- A5监测井平面“乡居假日”小区A5地块监测井一览 表6-A5地块（冬夏两用693233数值模型研究及软件研发工作在现场试验完成和资料经检查合格后“吉林大学建设完成共完成群井采灌试验模型和垂直地埋管换热软件两个。应用BRKLY国家开发的UHRCT抽灌井空间布置间距及抽灌井与流动方向的关系对U型地埋管换热器进行模拟研究开发垂直地埋管数值模拟软件并进试研究地源热泵运行过的地温场温度变化规律。6根据上述工作部署，设计主要实物工作量如下主要实物工作量总 表7-名mm次/23组4项2主要实物工作量分类 表7-mm组422项1组6项171、提交《唐山市浅层地热资源应用与预计201312月底提交报告送审8根据项目性质和工作，组建一个项目组，下设野外组资料收集组、综合研究组，实行项目负责制，项目负责对各组人员、职责进行总体协调，人员配置见下表：地质技术人员一览 表职1男262男463男184男105男86女107女68男69男4男4男4男3女年聘用专家一览 职李男年男年9.1编制依本次工作经费依据2010年5月河北省、省资源厅省物价局省地勘局颁发《河北省地质勘查项目标（2010年修订本》编制，本标准没有的项目采用当前市场价格编制。设计实物工作量 表名mm次/23组4项2采用的费用标1、物探主要为视电阻率测井（测底梯电阻率、电位电阻率、井温测井和三侧向测井共计4项，每1项标准均为1元m，测井工作量为1000，费用为：1元/m×1000m×4＝4.40万元。2、钻①地温观测地层级别为Ⅰ级，口径10m146mm取芯钻进（0100，大口径350mm8080%取费。标准为583元/，共8孔，单孔勘查深度为100，总进尺为800，费用为：583元×800m×80×80＝29.85万元。②抽水观测孔及示踪剂投入本项目抽水观测孔和示踪剂投入孔成孔结构相同将进行合并计算。地层级别为Ⅰ级，口径10m146mm取芯钻进（0100，大口径350mm8080%取费。标准583元m，共2孔，单孔勘查深度为100，总进尺为200，费用为：583元×200m×80×80＝7.46万元。水位水温水量测量参照水位动态观测标准进行计算水位态观测标准68元/次，测量井次为23×100＝2300次，费用为：68元×2300＝15.64万元。3、野外热响应和地温恢复测试均按市场价格进行每项价格为1万元，总费用为：20.00万元②水实际流速测试按市场价格进行，费用为元/次，共计4次，费用为：2500元/次×4次＝1.00万元4、数值模拟研本项目数值模拟研究包括群井采灌试验模型研发和和地埋管设计模型研发均按市场价格进行每项价格为10万元总费用为：20.00万元（具体见附件1）5、其它地质工其他地质工作项目如①地质勘查工作测工程点测量，标准为1788元/点，共计10点，费用为②设计论证编属水工环勘查，标准为26304元/份③综合研究编写报属水工环勘查报告，标准为96337元/份④报告属水工环勘查，标准为30224元/份⑤其项目检查验，总经费＞100万元，标准为：70000元/目配合绩效评价经费，总经费≤500万元，标准为：6