竖直换热器中竖井的灌浆回填系统及方法
【专利摘要】本发明涉及竖直换热器中竖井的灌浆回填系统及方法，属于井眼的钻进和下套管同时进行的钻井装置技术领域。其解决了现有技术存在的回填方式费用较高且容易造成管材的浪费的问题。本发明的方法包括如下步骤：根据地下条件及灌浆材料的特性和竖直换热器系统的预期运行温度，确认回填料的类型；竖直地埋管和灌浆管的安装；对竖直地埋管和灌浆管进行试压验收；灌浆回填封孔。本发明的系统包括竖直地埋管、灌浆管和固定支架卡，竖直地埋管和灌浆管通过固定支架卡紧紧固定在一起，竖直地埋管的腔体内设置有水且竖直地埋管端口密封设置。本发明通过回填时结合灌水作业，分多次回填密实，回填成本低且不易造成管材浪费。
【专利说明】
竖直换热器中竖井的灌浆回填系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及竖直换热器中竖井的灌浆回填系统及方法，属于井眼的钻进和下套管同时进行的钻井装置技术领域。
【背景技术】
[0002]“热栗”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，将低温热能转换为高温热能，提供可被人们所用的热能的装置。地源热栗是利用浅层地热能进行供暖制冷的新能源技术，是热栗的一种。土壤源热栗是地源热栗的一种形式，是以大地为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术。土壤源热栗还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季把热量从地下土壤转移到建筑物内，夏季是把地下土壤的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环，土壤源热栗提高能源的有效利用率，是一种新型的可再生能源技术。
[0003]现有技术采用的是加压回填。回填栗采用进口高压力的柱活塞栗，由孔底部位注入填料向上反填，逐步排除竖井空气，确保无回填空隙、空腔，保证了埋管换热器与土壤的充分接触，保证了传热效果，但此种回填方式费用较高，并且容易造成管材的浪费。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有灌浆回填方法存在的上述缺陷，提出了一种竖直换热器中竖井的灌浆回填系统及方法，通过回填时结合灌水作业，分多次回填密实，回填成本低且不易造成管材浪费。
[0005]本发明是采用以下的技术方案实现的:一种竖直换热器中竖井的灌浆回填方法，包括如下步骤:
[0006]步骤一:根据地下条件及灌浆材料的特性和竖直换热器系统的预期运行温度，确认回填料的类型；
[0007]步骤二:竖直地埋管和灌浆管的安装，包括以下小步:
[0008]第一步:下管前，对埋管换热器进行试压、冲洗验收；
[0009]第二步:验收合格后，将竖直地埋管的两个端口密封处理；
[0010]第三步:试验合格后，将竖直地埋管和灌浆管通过固定支架卡捆绑在一起，竖直地埋管的U形管设防护装置，竖直地埋管内应充满水；
[0011 ]第四步:将竖直地埋管和灌浆管一起插入孔中，直至孔底；
[0012]步骤三:对竖直地埋管和灌浆管进行试压验收；
[0013]步骤四:验收合格后，灌浆回填封孔:灌浆前计算好每个孔需要的混合浆量，且须保证一次灌楽完毕。
[0014]进一步地，灌浆回填料采用膨润土、细砂和水泥的混合浆或专用灌浆材料，优选地，膨润土:细沙:水泥= 1:5:4。
[0015]进一步地，步骤四中，灌浆时应根据灌浆栗的速度将灌浆管逐渐抽出，使灌浆回填料自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实、无空腔。
[0016]进一步地，步骤四中，管孔中的竖直地埋管和灌浆管埋设后应等待3_4h，待管孔中泥浆沉淀后用粗砂回填，必须将管和管孔之间的空隙填实，确保换热效果。
[0017]进一步地，步骤四中，回填过程的检验与地埋管换热器的安装必须同步进行。
[0018]一种竖直换热器中竖井的灌浆回填系统，包括竖直地埋管、灌浆管和固定支架卡，竖直地埋管和灌浆管通过固定支架卡紧紧固定在一起，竖直地埋管包括进水管、出水管和U形管，进水管和出水管的底部连接有U形管，竖直地埋管的腔体内设置有水且竖直地埋管端口密封设置。
[0019]进一步地，固定支架卡均匀设置于竖直地埋管和灌浆管上，固定支架卡至少设置有两个。
[0020]进一步地，固定支架卡每隔2_4m设置有一个。
[0021]进一步地，固定支架卡的预紧力保证竖直地埋管不变形且灌浆管灌浆过程中容易O
[0022]进一步地，灌浆管位于竖直地埋管的进水管和出水管之间，灌浆管的下端位于U形管上方。
[0023]本发明的有益效果是:本发明所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填系统及方法，通过回填时结合灌水作业，分多次回填密实，回填成本低且不易造成管材浪费。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的方法流程图。
[0025]图2是本发明的灌浆回填系统的结构示意图。
[0026]图中:I进水管;2出水管;3U形管;個定支架卡;5回填料;6端口；7灌浆管。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0028]如图2所示，一种竖直换热器中竖井的灌浆回填系统，包括竖直地埋管、灌浆管7和固定支架卡4，竖直地埋管和灌浆管7通过固定支架卡4紧紧固定在一起，竖直地埋管包括进水管1、出水管2和U形管3，进水管I和出水管2的底部连接有U形管3，竖直地埋管的腔体内设置有水且竖直地埋管端口 6密封设置；固定支架卡4均匀设置于竖直地埋管和灌浆管7上，固定支架卡4至少设置有两个，固定支架卡4每隔2-4m设置有一个;固定支架卡4的预紧力保证竖直地埋管不变形且灌浆管7灌浆过程中容易；灌浆管7位于竖直地埋管的进水管I和出水管2之间，灌浆管7的下端位于U形管3上方。
[0029]本发明采用机械下管的方法。下管前，应对组对好的埋管换热器进行试压、冲洗，然后将U形管3两个端口 6密封，防止杂物进入。压力试验合格后，将灌浆管7与U形管3捆绑在一起。捆绑结应疏密适中，既要保证3根管竖直不弯，又不能捆绑过紧，增加灌浆管7灌浆过程中提升的困难;U形管3头部设防护装置，以防止在下管过程中的损伤;U形管3内应充满水，增加自重，减少下管过程中的浮力。当一个钻孔好且孔壁固化后，应立即下管。钻好的孔搁置时间不宜过长，否则有可能出现管孔局部堵塞，导致下管困难。下管速度要缓慢均匀，防止下管发明过程中损坏支架、刮伤管材。如果遇有障碍或不顺畅现象，暂停下管，待查明原因并作好处理后才能继续下管。
[0030]下放U形管3时必须保证管道不会扭曲、变形。下管时，应将灌浆管7和U形管3—起插入空中，直至孔底。U形管3的长度应比孔深略长，以使其能够露出地面500mm，以便后续施工。下管过程中，U型管内充满水，并每隔2-4m设管卡，将U形管3两支管分开，避免各支管间的热量回流，U形管3安装完毕后，立即灌浆回填封孔，隔离含水层。换热管道下到位后，应提起下管钻杆。提干过程中应防止U形管3上浮，如发现上浮立即采取措施使其固定，确保下管到位。竖直地埋管换热器U形管3安装完毕后，应及时对管道进行试压验收，合格后立即灌浆回填封孔。如在试压过程中发现不能稳压，必须及时将管道拉出重新埋入试压合格的管道，并分析事故的原因，提出整改办法。确认U形管3无渗漏后方可封孔。
[0031]竖直地埋管换热器灌浆回填料5宜采用膨润土和细砂(或水泥)的混合浆或专用灌浆材料。当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基料灌浆回填。当钻孔时钻出的泥砂浆凝固后收缩性小，可以作为回填材料。水平地埋管换热器回填料5应细小、松散、均匀，且不应含石块及土块。发明竖井灌浆时，回填料5及配比应符合设计要求。
[0032]在完成I个成孔后，进行下一个孔钻孔时，让循环泥浆经过上一个已经下管的成孔内，泥浆循环中的沉淀物会沉淀在上一个成孔内，表层不能填满部分采用回填料5填实。回填时结合灌水作业，分多次回填密实，此种回填方式目前较为常用。
[0033]如图1所示，灌浆施工要求及步骤:对灌浆的选择取决于地下条件及灌浆材料的特性和地埋管换热器的预期运行温度。灌注合适的灌浆可以加强土壤和换热器之间的热接触，防止污染物从地面向下渗漏，防止地下各水层之间的移动。竖直地埋管换热器U形管3安装完毕后，应立即灌浆回填封孔。回填材料选用膨润土和细沙或水泥的混合浆，膨润土:细沙:水泥=1:5:4，灌浆前计算好每个井需要的混合浆量，且须保证一次灌浆完毕。灌浆时应根据灌浆栗的速度将灌浆管7逐渐抽出，灌浆管7与水管材质相同，整根灌浆管7中间无接头，使灌浆自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实、无空腔。回填料5灌浆时，要求高压回填确保无回填空隙，回填料5凝固后应具有良好的导热能力。在灌浆回填管道须进行保压，一旦发现压力出现异常，立即停止，查明原因并进行处理后方可继续回填。管孔中的PE管埋完后应等待3-4h，待井中泥浆沉淀后用粗砂回填，必须将管和管孔之间的空隙填实，确保换热效果。第一次填完后应多次检查。钻孔时取出的泥砂浆凝固后如收缩很小时，也可用作灌浆材料。如果钻孔区域在冻土层下非常密实后坚硬的土壤或岩石时，应采用水泥基料灌浆。当埋管深度超过40m时，灌浆回填应在周围临近钻孔均钻凿完毕后进行。回填完后将留在地面的管道管口进行封堵保护，防止后续施工造成损坏。回填过程的检验与地埋管换热器的安装必须同步进行。
[0034]当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
【主权项】
1.一种竖直换热器中竖井的灌浆回填方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一:根据地下条件及灌浆材料的特性和竖直换热器系统的预期运行温度，确认回填料(5)的类型； 步骤二:竖直地埋管和灌浆管(7)的安装，包括以下小步: 第一步:下管前，对埋管换热器进行试压、冲洗验收； 第二步:验收合格后，将竖直地埋管的两个端口(6)密封处理； 第三步:试验合格后，将竖直地埋管和灌浆管(7)通过固定支架卡(4)捆绑在一起，竖直地埋管的U形管(3)设防护装置，竖直地埋管内应充满水； 第四步:将竖直地埋管和灌浆管(7) —起插入孔中，直至孔底； 步骤三:对竖直地埋管和灌浆管(7)进行试压验收； 步骤四:验收合格后，灌浆回填封孔:灌浆前计算好每个孔需要的混合浆量，且须保证一次灌浆完毕。2.根据权利要求1所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填方法，其特征在于:灌浆回填料(5)采用膨润土、细砂和水泥的混合浆或专用灌浆材料，优选地，膨润土:细沙:水泥=1:5:4。3.根据权利要求2所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填方法，其特征在于:步骤四中，灌浆时应根据灌浆栗的速度将灌浆管(7)逐渐抽出，使灌浆回填料(5)自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实、无空腔。4.根据权利要求1所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填方法，其特征在于:步骤四中，管孔中的竖直地埋管和灌浆管(7)埋设后应等待3-4h，待管孔中泥浆沉淀后用粗砂回填，必须将管和管孔之间的空隙填实，确保换热效果。5.根据权利要求1所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填方法，其特征在于:步骤四中，回填过程的检验与地埋管换热器的安装必须同步进行。6.—种采用权利要求1-5中任意一项所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填方法的系统，其特征在于:包括竖直地埋管、灌浆管(7)和固定支架卡(4)，竖直地埋管和灌浆管(7)通过固定支架卡(4)紧紧固定在一起，竖直地埋管包括进水管(I)、出水管(2)和U形管(3)，进水管(I)和出水管(2)的底部连接有U形管(3)，竖直地埋管的腔体内设置有水且竖直地埋管端口(6)密封设置。7.根据权利要求6所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填系统，其特征在于:固定支架卡(4)均匀设置于竖直地埋管和灌浆管(7)上，固定支架卡(4)至少设置有两个。8.根据权利要求7所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填系统，其特征在于:固定支架卡(4)每隔2-4m设置有一个。9.根据权利要求7或8所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填系统，其特征在于:固定支架卡(4)的预紧力保证竖直地埋管不变形且灌浆管(7)灌浆过程中容易。10.根据权利要求6所述的竖直换热器中竖井的灌浆回填系统，其特征在于:灌浆管(7)位于竖直地埋管的进水管(I)和出水管(2)之间，灌浆管(7)的下端位于U形管(3)上方。
【文档编号】E21F15/00GK105927271SQ201610423491
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王洪选, 曹兆军, 付长春
【申请人】青岛建设集团有限公司, 青建集团股份公司