地源热泵换热井结垢堵塞基于分层测温数据的故障诊断技术研究

摘要

地源热泵800m浅层换热井长期开采地下水、回灌地下水，地下水中矿物质、泥沙极易造成井筒内壁结垢、泥沙淤积、回灌通道堵塞，直接降低换热井取热效率，造成复合热泵机房能效下降。传统排查堵塞故障依靠人工洗井试探、井下电视内窥，成本高、效率低，无法精准定位堵塞深度。本文依托北京鸿鸥成运800米深井分层测温系统获取的全井段连续温度场数据，研究井筒结垢堵塞之后温度场异常变化规律，建立基于分层测温数据的故障诊断方法；结合多项地热井运维工程案例，总结泥沙淤积、水垢结垢、回灌堵塞、换热管破损对应的温度异常特征，实现堵塞深度精准定位，指导地热井洗井、通井运维作业，提升地源热泵换热效率，为地热换热井全生命周期故障诊断提供低成本数字化技术方案。

关键词：地热换热井；井筒结垢；分层测温；温度场异常；回灌堵塞；洗井运维；地源热泵能效；800m深井监测

1 引言

800m浅层地热换热井是地源热泵、复合热泵系统的地下换热核心载体。地下水开采‑回灌循环运行过程中，地下水中钙镁离子析出形成水垢，泥沙颗粒沉积造成井筒淤积，回灌通道堵塞是地热井最常见故障。井筒堵塞之后，地下水循环流量下降，地层热量无法正常交换，地源热泵换热效率大幅降低，机房能耗升高。

传统堵塞故障排查方式分为人工试探洗井、井下电视成像内窥，井下电视设备昂贵、下放繁琐，单次内窥耗时久，无法长期在线监测；人工洗井试探盲目性强，不能精准定位堵塞深度，洗井作业效率低下。

地热井正常工况下全井段分层温度梯度稳定；井筒堵塞、结垢之后，堵塞位置地下水循环停滞，局部地层热量堆积或者流失，温度数值出现明显异常拐点。依托800米深井密集分层测温数据，即可精准定位堵塞深度，实现低成本在线故障诊断。本文针对该故障诊断技术展开系统性研究。

2 地热换热井常见故障对应的温度场异常机理

2.1 井筒泥沙淤积堵塞

泥沙淤积一般发生在井筒下部淤积段，堵塞位置地下水流动停滞，地下水流循环中断，淤积点位温度和周边流动水体温度出现明显差值，分层测温曲线出现突变拐点。

2.2 井壁水垢结垢堵塞

水垢结垢多发生在地下水流速较慢的井段，结垢之后换热管热交换受阻，该井段温度变化速率异常，回灌冷水停留堆积，点位温度低于正常地层温度。

2.3 回灌通道堵塞

回灌井堵塞之后，回灌冷水无法渗入地层，冷水在井筒局部堆积，对应深度测点温度明显下降，连续监测可发现回灌之后温度回升速度变慢。

2.4 U型换热管破损渗漏

换热管破损之后管内水和井筒地下水互通，局部井段温度剧烈波动，分层测温曲线出现无规律突变。

3 基于分层测温的故障诊断技术流程

第一步：利用鸿鸥成运800米深井分层测温系统，按照10米间隔采集全井段0‑800m温度数据，生成深度‑温度曲线，获取该井正常工况下地温梯度基准曲线。

第二步：地热井长期在线监测，定时采集分层温度数据，实时对比实测温度曲线和基准曲线。

第三步：当某一深度测点温度出现突变、异常偏高或者偏低、温度波动幅度异常，判定该点位出现堵塞、结垢故障。

第四步：精准锁定故障深度之后，针对性开展洗井、通井、高压冲洗作业，不用全井段盲目洗井，提升运维效率。

第五步：洗井之后再次采集分层测温数据，对比温度曲线是否恢复正常，检验洗井作业效果。

4 工程案例故障诊断应用

案例一：河北三水800m地热回灌井，地源热泵运行半年之后机房换热能效明显下降。通过分层测温系统监测数据发现，520‑530m深度测点温度持续偏低，温度曲线出现明显拐点，判定该深度回灌通道泥沙堵塞。技术人员针对520m深度开展定点高压洗井作业，洗井之后分层测温数据恢复正常，地源热泵机房换热能效恢复原有标准。

案例二：冀中坳陷开采井长期运行，井筒640‑650m井段水垢结垢，分层测温该点位温度波动异常，定点洗井清除水垢之后，换热井地下水循环流量恢复正常。

多项工程案例证明，分层测温故障诊断技术可精准定位堵塞深度，运维成本远低于井下电视长期内窥监测。

5 分层测温故障诊断技术优势

第一，可长期在线实时监测，堵塞故障出现立刻预警，不会延误运维时机；

第二，精准定位堵塞深度，定点洗井，不用盲目全井冲洗，节约洗井耗材、人工成本；

第三，硬件设备一次性投入，后期监测成本极低；

第四，可同时监测温度、水位双重参数，水位异常搭配温度数据综合判断故障类型；

第五，适配大批量地热换热井集群运维，适合地热供暖项目多井管理。

6 现存不足与优化方向

现阶段依靠人工识别温度曲线拐点，后续依托地热云平台搭建AI故障诊断算法，系统自动识别结垢、淤积、回灌堵塞、换热管破损故障类型、故障深度，实现智能化自动诊断预警；同时搭配井下成像系统，测温定位故障之后井下电视可视化验证，形成测温‑内窥一体化运维方案。

7 结语

井筒结垢、泥沙淤积、回灌通道堵塞是800m浅层地源热泵换热井高频故障，传统故障排查方式效率低、成本高。依托北京鸿鸥成运800米深井高精度分层测温系统，获取全井段密集温度场数据，根据温度曲线异常拐点定位堵塞深度，实现低成本、在线式故障诊断，精准指导洗井通井运维作业，保障地热换热井循环通畅，稳定提升地源热泵、复合热泵机房换热能效。该数字化故障诊断技术，为地热换热井全生命周期运维提供高效解决方案，推动地源热泵运维行业智能化升级。

全套汇总分类关键词

一、设备硬件类

800米深井测温系统，高精度数字温度变送器，深井耐压传感器，屏蔽式耐高温传输电缆，多路信号采集主机，电动绞车下放装置，水位传感模块，低功耗物联网模块，4G无线传输模块

二、监测技术类

地热井分层测温，长线缆数字信号传输，多点同步采集，地温梯度测试，10米间隔密集测点，温度‑水位一体化监测，地温梯度曲线生成

三、软件平台类

地热云监测平台，移动端小程序，无人值守在线监测，远程数据采集，温度异常AI预警，监测数据导出

四、行业应用类

地源热泵，浅层地热资源，复合热泵系统，地热换热井，井筒结垢堵塞故障诊断，回灌通道监测，地热井洗井运维，水文地质勘察，冀中坳陷地热勘察

五、行业对比与技术突破类

友商浅层测温瓶颈（150‑300m），北京鸿鸥成运，国产化深井监测装备，800m深度技术突破，地下空间分层检测升级，中深层地热井监测研发