同井循环地温空调井施工组织设计和施工方案

1、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 CJ

2、J10-86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：、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，、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。、钻机分散性较好， 能

3、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

4、，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。

5、（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

6、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。 、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

7、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

8、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

9、弯曲的临界压力值。 0-200m 井段，采用 450mm三翼刮刀钻头或者铣齿牙轮钻头钻进； 然后采用 800 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 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。 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。 钻进过程中操作者应注意观察下列情况：钻压仪和泵压

10、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。 禁止加压启动转盘，避免损坏钻头和扭断钻具。 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。 控制上下钻速度，在砂层孔段避免长时间冲孔。 上下钻遇阻时不得强拉硬墩，应开泵划眼消除阻卡现象。 坚持回灌钻孔，任何情况下都要保持泥浆充满钻孔。 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

11、 泵量，保持孔底干净。 每打一单根要划眼 12次，冲孔 515 分钟。 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。 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。 现场必须备好打捞工具，保证能够随时下钻进行打捞。 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。 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。 遵守钻探安全操作规程，不得违章作业。 3

12、、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） 2530 2023 1821 API FL （ ml） 1030 泥饼（ mm） 1 PH值 89 88.5 7.8 8.2 含砂量 % 5 3 3 3.2 泥浆配制 开钻前配制 10 30m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

13、%，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： 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； 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

14、段可依靠地层自然造浆，但必须把泥浆性能调整好。 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 日常维护处理之前，首先测定泥浆性能，以确定处理方案； 若泥浆比重、粘度过高，先排浆后维护处理； 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）； 每班必须勤捞砂，勤维护处理，避免泥浆性能

15、大幅度变化；钻 进时注意观察泥浆颜色、温度等变化； 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； 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； 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； 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； 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

16、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

17、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

18、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

19、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。 10 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 JDC2 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

20、。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 680 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% 11 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 做

21、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。 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。 确保井管连接垂直，不得有连接松动现象。 每层滤水管井段上下安装一组扶正器，扶正器高度20mm左右 适当控制下管速度，注意观察管内管外液面差。 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 23t 。然后封闭井管口，确保泥浆自孔底从管外 返出。 在89 钻具上焊接冲孔托盘（上盘）时，应焊接牢固

22、、端正，焊渣 不得溅落在锥面上。托盘焊接位置距 89 钻具底部 1.5m左右，最短也 不得小于 1 米。 开泵前应全面检修泥浆泵，确保一次开泵成功。 12 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。 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 换浆终了应达到如下要求：泥浆比重小于1.08 ，粘度 1516S， 泥浆流态彻底转变为

23、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 13 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

24、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.

25、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。 14 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

26、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