20世纪60年代以来,随着对海洋石油资源勘探开发程度的不断深入,越来越多的海洋地质灾害事件给海洋工程带来了巨大危害和损失[1]。特别是近年来,深水油气勘探开发投资快速增长,从2003年的127亿美元增至2007年的约215亿美元。2007年深水油气产量约占海上油气总产量的15%,预计未来几年这一比例将提高到20%[2]。

伴随深水油气勘探开发逐渐深入的同时,危及深水钻井安全的海洋地质灾害问题也日益突出,1999年在德克萨斯州里格市召开的高压浅水流钻探会议上,工业部门报告深水钻井大约30%的花费用于解决安全事故,其中大部分是用于因地质灾害而引起的安全事故[3]。

因此,为避免在超深水钻井作业过程中由浅层地质灾害带来的巨大损失、防范安全事故的发生,确保钻井进程顺利实施。在钻井开始之前对井场区域可能存在的浅层地质灾害事故进行正确认识和评估,显得非常有必要。

2引发浅层地质灾害的主要种类分析

由于超深水钻井所涉及的钻井环境温度特殊,钻井液及水泥浆用量大,海底泥页岩的活跃,稳定性差、破裂压力梯度低并伴随有浅层流体以及气体水合物的形成等一系列问题[4],给作业带来了诸多困难。越来越多的海洋地质灾害事件也说明了这一点。

目前,超深水钻井过程中可能引起的工程地质灾害因素包括海底滑坡、浅部断层、浅层气、天然气水合物、浅层高压水流、古河谷、泥穿刺与泥火山、异常高压、埋藏古河道和潮流沙脊等[5]。而能够引起浅层地质灾害的流体主要是海底浅层气、天然气水合物和浅水流这三种,因此,本文主要对以上三类地质灾害进行了分析。

2.1浅层气

浅层气是指海床1000m以下浅聚积的有机气体[6],它是大量陆缘碎屑物质带来的丰富的生物碎屑和有机质,在海底沉积时,经甲烷菌分解逐步转化成气体而形成的浅层气藏。海底浅层气主要分布于河口与陆架海区,我国各大河口与陆架海区均有广泛分布,尤以南海浅层气的分布更为典型,如北部湾盆地、莺歌海盆地、琼东南盆地、万安盆地、珠江口盆地、台西南盆地,以及油气富集的广大海区均分布有浅层气[7]。

浅层气一旦生成,它在岩层中时刻都在运移与聚集,因为它不断受到上覆水层、土层、岩层压力的作用,这一作用过程对浅层气的运移极其重要,在经过一定地质时期的运移与聚集后,浅层气一般会被稳定地埋藏于海底之下。通常,浅层气以4种形态赋存于海底(图1)。

(1)层状浅层气:海底埋藏着的古湖泊、古河道、古三角洲地区,沉积物中的有机质分解成的气体,与沉积物相伴生,呈大面积的层状分布;

(2)团(块)状浅层气:由于海区各地沉积物中富集的有机质的含量不同,沉积物孔隙率的大小不同,浅层气通常不是均匀分布的,常常成团(块)地相对富集于某一区块或某几个区块;

(3)高压气囊:深部天然气沿岩层的孔隙、裂隙、断层面上升到海底浅部,为不透气层(如粘土)覆盖,随着时间的推移,压力越来越大,形成高压气囊;

(4)气底辟:高压气囊在长期强大的压力下,向上部覆盖层的薄弱处冲挤,出现气底辟。图展示了高压气囊先后发生的2次气底辟,浅层气上升了2个层位,它们将会冲破全部覆盖层向海底直接喷逸,导致钻井过程中安全事故的发生。

2.2天然气水合物

天然气水合物是一种以甲烷为主的烃类气体分子与水分子组成的类冰状的固态结晶体[8],它的形成与地质条件关系密切,如岩性、沉积速率、有机碳含量、沉积环境等。在海洋深水钻井作业中,由于同时存在适当的温度、压力、水和天然气这些条件,所以很容易产生天然气水合物。

在超深水钻井过程中,天然气水合物的分解可以产生170多倍的体积增加量,它可能导致地层抗压强度变弱,井眼扩大、固井失败以及井眼清洁方面的问题[9]。深水钻井作业中,天然气水合物的形成不仅是一个经济问题,更是一个安全问题[10]。海底附近或井中溶解的水合物受到冷却后易在隔水管和压井阻流管线上重新凝结,尤其是在节流管线、钻井隔水导管、防喷器以及海底的井口里,一旦形成气体水合物,就会堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器等,从而造成严重的事故。

2.3浅水流

浅层流是海底沉积物中有机质分解的甲烷气体或地层深部油气运移产生的高压气层以及快速沉积产生的高压盐水层[11]。在深水环境下,浅层流的存在形式较为复杂,一般体积较小难以预测;而且,浅层流所处的层位浅,常常突然出现,使报警反应时间短,并可能使浅层流在几乎没有报警的情况下到达地面。浅层流的压力一般较高,一旦井喷,能使井眼迅速卸载,使所有的钻井液喷出,继而失去井控的机会。在产生浅水流的情况下,由于深水表层地层薄弱,一旦发生井喷,还不能强行关井,关井易憋裂地层,使之失去控制,造成更大的井喷、爆炸起火、井口塌陷、钻机烧毁等等事故的发生。许多情况下,由于在浅井段钻进时,一般施工作业人员对浅水流危险性认识不足更易于引起事故。浅层流的主要灾害包括:

(1)地层坍塌:浅层流的存在,使沉积物中孔隙水压力增加,地层有效压力相应减小,地层强度变低,浅层流溢出后出现局部塌陷[12]。高压浅层流引起海底土层膨胀,原来土层的骨架受到破坏,土层在自重作用下的固结作用过程减慢,从而增大了土层的压缩性。由于自重作用下的固结作用,海底松散沉积物的抗剪强度随深度增大,而含高压浅层流的地层这种增长率明显减小;一旦高压浅层流释放后,土层将产生相对较大的沉降量,导致基础的相应下沉或失稳。因此,含高压浅层流的沉积物的这种高压缩、低强度的特征,使其成为深水海底作业的安全隐患。高压浅层流释放时,压力将急剧下降,快速的流体对土层产生强烈的冲刷作用,大范围地扰动地层,同时严重扰动上覆或下卧地层。由于高压浅层流的分布经常是不均匀的,压力大小不等,会造成地层承载力的差异,引起地层不均匀沉降,对桩基及锚链造成危害。

(2)井喷及平台倾覆:钻井施工到含高压浅层流时,在上覆土层压力小于高压浅层流的地层压力时,高压浅层流会从孔内逸出,当压力差足够大时,会出现强烈的井喷,周围的泥沙会涌入孔内,发生孔壁坍塌等事故,甚至造成施工平台下陷、倾覆及至发生火灾,严重威胁着施工人员的生命安全。

具体资料请下载文案：

TD-016C型 RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套先进的基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取先进的ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

超深水井浅层地质灾害的种类分析

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