地热井施工技术现状及使用问题探究

　　摘要：本文对地热井的施工现状和使用问题进行阐述，并进行了研究和分析，探讨了地热井的发展方向。

　　关键词：地热井;施工现状;使用问题

　　Abstract: in this paper, the present situation of the construction of the use and geothermal well describes, and the research and analysis, this paper discusses the development direction of geothermal well.

　　Keywords: geothermal well; Construction the present situation; use

　　地热作为一种清洁能源和资源，在矿泉饮用、养殖种植、发电、供暖、医疗保健和洗浴等方面广泛的使用。随着社会主义市场经济的不断发展和我国人民生活水平的提高，地热资源的利用项目不断增多，尤其是在我国的西安、天津和北京等地区，都有较快的发展，并形成了产业化的发展，在其它地区，对地热资源的利用和开发也逐步发展起来，提高了环境效益、经济效益和社会效益。但是，我国目前的施工技术、施工材料和施工工艺都存在着一定的缺陷，因此，会对地热井的地质环境和使用寿命造成影响。

　　1、地热井的施工技术现状

　　我国目前主要有地矿、煤田和石油等系统实施地热井施工工作，还有一些个体户和股份有限公司，其中石油体系由于具有设备资源，因此占据了大部分市场。在钻井深度上来说，我国的地热井一般深度在1000m到4000m之间，流体的温度一般维持在40到100摄氏度之间，在钻探过程中遇到的地层主要是奥陶系、石炭系、三迭系、二迭系、第三系和第四系等。从钻井的技术水平上来说，都有自身的特色，其中也存在着共同点，例如，使用的钻头多为三牙轮，使用回转钻进作为主要施工技术。不同点主要有：地矿、煤田和石油的钻井技术有着独特的行业特征，在成井材料、固井止水和钻井结构上，有明确的反应。石油系统常用三开、四开的钻井结构，使用水泥作为固井止水的材料，使用石油管材作为成井材料，钻井使用的费用很高。煤田系统常用三开、四开的钻井结构，使用水泥作为固井止水的材料，使用普通钢管、石油管材作为成井材料，钻井使用的费用较高。地矿系统常用三开、二开的钻井结构，使用碎石粘土球作为固井止水的材料，使用桥式滤水管和普通钢材作为成井材料，钻井使用的费用较低。针对目前使用地热井的情况，煤田系统和石油系统使用的石油套管和水泥固井技术较为合理。无论使用何种施工技术，对我国很多地区进行的地热井检测和调查的结果表明，地热井的水量不断减少，井管的错位、破裂和腐蚀现象十分严重，出现上述问题的地热井又会引起水量减少、水质恶化、水温下降、出混水和涌砂的现象，最终导致地区性的地面沉降和深层水污染问题。

　　2、地热井使用问题

　　地热井在使用五年之后，都会出现水量不断减少，井管的错位、破裂和腐蚀等现象，出现上述问题的地热井又会引起水量减少、水质恶化、水温下降、出混水和涌砂的现象。对于煤田系统和石油系统的地热井来说，很容易出现水量降低的问题，但是在地矿体系的地热井之中，很容易产生出混水、涌砂、水质恶化和水温下降的问题。尤其是在河南地区，地热井在使用了三年之后，就会出现上述问题。

　　(一)地热井水量减少

　　一般水井在使用了2到6年之后，都会出现水量减少的问题，尤其是地热井的现象更为严重，主要是由以下几个方面的原因组成的。

　　客观上，首先，地层中的砂和粘土等颗粒和水中的有机物，会在重力和水流的作用下，在地热井的井底沉淀，最终造成淤积，使含水层受到填充和掩埋。第二，地下水中还有大量的钙离子和镁离子等，这些离子和水之中的硫酸根和碳酸根等阴离子产生了反应，产生的沉淀物在裂缝中沉淀并胶结，最终使含水层堵塞。第三，在地下水的缺氧条件下，铁离子会以无色的形式存在，一旦进行抽水，或者动水位和静水位的水与空气接触之后，水中出现化学反应，产生了黄色沉淀物，随着时间的增长，沉淀物不断增加，这些沉淀物又和其它沉淀物一起在井内淤积，使水井的深度减少，掩埋了大部分的进水通道，最终造成了水量的不断减少。第四，地热井中的井管结垢和腐蚀现象十分普遍，尤其是地热井之中的沉淀胶结会进一步增加金属腐蚀的速度，腐蚀物通过进一步的反应又会产生新的结垢物，随着时间的增加不断增多，尤其是在滤水管缝隙之中充满了高强度结垢物之后，会对进水通道造成了堵塞。第五，地热井之中的微生物粘泥还会造成堵塞，厌氧菌、硫酸盐和铁细菌都会造成堵塞地热井井管的现象。上述微生物能够通过自身的大量繁殖产生结垢的现象，另一方面上述微生物会产生大量的分泌物，分泌物和其它物质发生化学反应，最终在地热井中产生胶结物。在地热井的金属井管中经常会看见由很多铁细菌繁殖产生的锈蚀，铁细菌只能在含有铁的水中进行生长，并在在铁化合物之中包裹，铁细菌是一种好氧菌，但是水的含氧量不能太多，最终在水中生长出红棕色的沉淀物。

　　(二)地热井金属井管错位、破裂和腐蚀

　　随着环境对土壤和地下水造成的重要污染，金属井管会产生严重的腐蚀，产生腐蚀的环境主要有土壤和地下水介质两种。在金属井管破裂、腐蚀之后，会造成水质恶化、水温下降、出混水和水井涌砂的现象。当地热井金属井管具有很高杂质含量并且表面粗糙的特征，水介质中的井管会产生腐蚀电池。腐蚀学上将较为活泼的地点称为阳极，将不活泼的地点称为阴极，阴极很容易受到腐蚀，在一般的水中，会产生氧化还原反应。在一些旧的地热井之中，经常会出现黑色水和黄色水的现象，这也是金属井管被腐蚀的现象，产物在干燥之后会形成粉末状，具有密度较小的特征，存在于地热井的缝隙之中。

　　金属井管普遍存在着被腐蚀的现象，但是一些地区的井管受到多种类型的腐蚀，以局部孔蚀为主，腐蚀的类型主要有以下几种。第一，均匀腐蚀，指的是在腐蚀过程中，金属井管的暴露面上受到均匀的腐蚀，金属井管变薄，在一些地下水的酸碱度偏低的地区很容易出现上述状况。第二，电偶腐蚀，指的是在一些导电性很强的水介质之中存在着不同的金属，因为金属具有不同的电位电极，很容易造成电子的行动，最终形成腐蚀电池。第三，缝隙腐蚀，指的是在井管的缝隙之中存在着静止流体，最终形成腐蚀电池，在任何地热井之中都存在着这种类型的腐蚀，产生的主要沉积物有微生物黏泥、水垢、腐蚀产物和泥沙等。同时，还存在着孔蚀、磨损腐蚀和应力腐蚀等。

　　金属井管在土壤之中的腐蚀原理和在水中的腐蚀原理相同，因为土壤具有固定性、不均匀性和多相性的特征，最终导致腐蚀电池的产生。土壤的含盐量、酸度、电阻率、含水量和孔隙度都会对井管的腐蚀程度产生影响。当温度在三十摄氏度左右的时候，土壤中存在着大量的硫酸盐，这些厌氧菌参与了整个电极的反应过程。在一些地区，金属井管在较短的时间中就出现了严重的腐蚀现象，这是由于多种腐蚀造成的。

　　总之，金属井管的腐蚀和胶结成垢是一种十分常见的现象，会对地热井的使用寿命造成影响，同时，腐蚀和结垢相互促进、相互影响和相互伴生，结垢能够加快腐蚀的速度，腐蚀能够加快结垢的速度。金属井管的错位主要发生在裂缝区、采煤区，主要是因为地层应力不均匀和地质应力不均匀造成的。

　　3、结语

　　总之，在我国目前的技术水平和经济水平之下，无法从根本上避免上述问题，但是可以通过相关的施工手段进行解决，随着知识经济的来临，地热钻探技术的新方法、新技术、新研究不断发展，应该制定规范的工程验收标准和施工规范，对地热井市场进行科学化的管理，投入大量的人力、物力、财力对新工艺和新材料进行应用和研究，加快过滤器的推广和研制工作，同时，定期对旧井进行处理，使地热井出现的问题能够及时解决。

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