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當前國內多數(shù)溫泉地熱田開發(fā)管理仍處于粗放運維階段，地下熱儲演化過程看不見摸不著，溫泉井溫度、水位、流量、井下成像巡檢等監(jiān)測數(shù)據(jù)分散獨立，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴重；溫泉開采?尾水回灌動態(tài)平衡狀態(tài)難以直觀管控，水溫水量衰減隱患無法提前預警。隨著智慧地熱建設推進，溫泉文旅項目亟需一套可視化、數(shù)字化、一體化智慧監(jiān)管平臺。本文搭建適配溫泉康養(yǎng)項目的地熱2D?3D數(shù)字孿生監(jiān)測系統(tǒng)，集成井下高清成像歷次井筒內窺影像、深井分層測溫?水位長期時序監(jiān)測數(shù)據(jù)、溫泉出水流量水質監(jiān)測、熱泵機組運行臺賬、區(qū)域地熱地質檔案多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，構建溫泉地熱井?地層熱儲三維可視化數(shù)字鏡像模型。平臺實現(xiàn)溫泉井溫度水位動態(tài)實時預警、開采效果仿真模擬、井筒病害演化趨勢推演、溫泉采灌均衡仿真分析。結合山東某大型溫泉度假區(qū)運行實例，分析數(shù)字孿生平臺在地熱溫泉長效保護、地熱采灌均衡調控、溫泉文旅項目智慧運維、地熱資源數(shù)字化監(jiān)管方面應用價值，為國內溫泉地熱智慧監(jiān)測平臺建設提供新的技術思路與工程范本。
關鍵詞：溫泉地熱田；數(shù)字孿生；3D可視化；地熱動態(tài)監(jiān)測；溫泉智慧運維；地熱采灌均衡；地熱大數(shù)據(jù)平臺；溫泉康養(yǎng)
溫泉康養(yǎng)文旅產業(yè)已經(jīng)成為我國休閑經(jīng)濟重要板塊，一大批溫泉度假區(qū)、溫泉康養(yǎng)小鎮(zhèn)相繼建成運營。溫泉地熱資源屬于緩慢再生資源，長期高強度開采如果缺少科學管控，很容易造成地下水位下降、熱儲降溫、溫泉出水衰減，一旦地熱資源退化，溫泉度假區(qū)將面臨巨大經(jīng)營危機?，F(xiàn)階段國內絕大多數(shù)溫泉項目運維管理模式仍然比較傳統(tǒng)。溫度、水位、流量監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在不同設備終端，井下電視巡檢視頻單獨存檔，鉆井地質資料保存在紙質檔案當中，各類監(jiān)測數(shù)據(jù)互不連通，形成一個個獨立的數(shù)據(jù)孤島。運維管理人員很難把地層地質條件、井筒健康狀況、長期開采動態(tài)數(shù)據(jù)結合起來綜合分析，溫泉井病害往往等到故障爆發(fā)之后才被動搶修，突發(fā)性故障容易造成溫泉度假區(qū)停業(yè)損失。
數(shù)字孿生技術是新一代數(shù)字化智慧管理技術，通過物理地熱田實體在虛擬計算機空間建立一比一三維鏡像模型，把地下地層、地熱井、監(jiān)測設備、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)全部映射到孿生模型當中，實現(xiàn)物理實體與虛擬模型實時聯(lián)動。近年來數(shù)字孿生技術逐步在地熱供暖、礦山監(jiān)測領域開展試點應用，但是面向溫泉康養(yǎng)文旅項目的地熱數(shù)字孿生監(jiān)測平臺案例仍然較少。北京鴻鷗成運依托井下雙目成像、深井分層測溫硬件監(jiān)測設備，配套開發(fā)溫泉地熱專用2D?3D數(shù)字孿生智慧平臺，實現(xiàn)溫泉地熱田多源監(jiān)測數(shù)據(jù)融合管理。本文圍繞溫泉地熱數(shù)字孿生監(jiān)測系統(tǒng)架構、功能模塊、工程應用案例展開研究，探索溫泉地熱田智慧運維新模式。
溫泉地熱2D?3D數(shù)字孿生監(jiān)測平臺整體架構自下而上分為四層：感知硬件層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)中臺層、數(shù)字孿生仿真應用層。
感知硬件層就是部署在溫泉地熱田現(xiàn)場的各類監(jiān)測設備，也是數(shù)字孿生模型的數(shù)據(jù)來源。硬件設備主要包含：深井分層測溫水位監(jiān)測系統(tǒng)、溫泉出水流量在線監(jiān)測設備、水質監(jiān)測傳感器、雙目/單目井下成像檢測設備。在線監(jiān)測設備7×24小時不間斷采集溫泉井溫度、水位、流量實時數(shù)據(jù)；井下成像設備定期開展井筒巡檢，留存井筒高清影像檔案。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)、影像資料統(tǒng)一上傳至平臺。
采用4G/5G無線傳輸為主，光纖有線傳輸為輔的數(shù)據(jù)傳輸方案。野外溫泉度假區(qū)監(jiān)測點位大多分布范圍廣，無線傳輸部署靈活，施工成本低，監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳云端服務器。
數(shù)據(jù)中臺是整個數(shù)字孿生平臺的數(shù)據(jù)倉庫。集中存儲溫泉項目全部歷史資料：地熱井鉆井地質檔案、地層剖面圖、歷次井下成像巡檢視頻與病害報告、多年溫度?水位?流量時序監(jiān)測數(shù)據(jù)、溫泉開采臺賬、洗井維修維保記錄。中臺完成多源數(shù)據(jù)清洗、分類、存儲，打通地質數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、運維檔案之間的數(shù)據(jù)壁壘，解決以往數(shù)據(jù)孤島問題。
該層面向管理人員提供可視化操作界面。2D平面視圖展示溫泉地熱田井群平面分布、監(jiān)測點位位置、監(jiān)測數(shù)據(jù)實時列表；3D可視化模塊構建地下地層?熱儲?地熱井井筒三維立體模型，直觀展示地下深部熱儲空間分布；井筒歷次內窺影像直接掛載在三維井筒模型對應深度位置，點擊井筒某一深度，即可調取該位置歷史井下視頻影像；實時監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線在孿生界面動態(tài)刷新。管理人員在電腦、手機移動端就可以遠程查看溫泉地熱田整體運行狀態(tài)。
導入溫泉項目地質勘探資料，建立地下地層三維模型，直觀展示恒溫帶、熱儲含水層、隔水層空間分布位置，各個開采井、回灌井井筒在三維地層當中的空間關系一目了然。幫助管理人員建立地下地熱空間整體認知。
溫度、水位、流量實時數(shù)據(jù)接入孿生平臺，系統(tǒng)內置溫泉開采預警閾值。當溫泉水位下降過快、出水溫度降低超出預警區(qū)間，平臺自動發(fā)出聲光預警消息，推送預警信息至管理人員手機，實現(xiàn)溫泉資源衰減隱患早發(fā)現(xiàn)、早處置。
歷次井下成像巡檢影像、病害檢測報告全部掛載到三維井筒模型。系統(tǒng)自動對比不同年份同一深度井筒影像變化，自動分析套管腐蝕、結垢病害演化趨勢，預判井筒故障發(fā)生時間，從過去被動搶修轉變?yōu)橹鲃宇A防性維保。
針對同時具備開采井、尾水回灌井的大型溫泉度假區(qū)，平臺可以根據(jù)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)仿真模擬不同開采流量、不同回灌水量條件下地下熱儲溫度、水位變化趨勢。管理人員在虛擬孿生平臺當中調整開采方案，提前預判開采效果，優(yōu)化溫泉井群開采調度計劃，維持地熱田采灌動態(tài)均衡，保護溫泉地熱資源。
溫泉井洗井、維修、設備檢修記錄全部錄入孿生平臺，建立完整運維電子檔案，實現(xiàn)溫泉地熱井全生命周期數(shù)字化臺賬管理。
山東某大型溫泉康養(yǎng)度假區(qū)，占地1200畝，建有溫泉酒店、溫泉水樂園、康養(yǎng)中心等業(yè)態(tài)，共有開采地熱井3口，地熱尾水回灌井2口，溫泉年開采規(guī)模較大。項目運營前期監(jiān)測數(shù)據(jù)分散，溫度水位記錄存儲在獨立監(jiān)測終端，井下檢測視頻單獨保存，管理人員無法直觀掌握整個地熱田運行狀態(tài)。曾經(jīng)出現(xiàn)一口溫泉井水溫突然下降，事后才發(fā)現(xiàn)套管腐蝕破損，淺層冷水涌入井筒，造成溫泉酒店停業(yè)維修18天，產生較大經(jīng)濟損失。
為提升地熱田運維管理水平，度假區(qū)引入鴻鷗成運地熱2D?3D數(shù)字孿生監(jiān)測系統(tǒng)。現(xiàn)場部署深井分層測溫水位在線監(jiān)測設備，5口地熱井全部接入實時監(jiān)測網(wǎng)絡；定期采用雙目井下成像系統(tǒng)巡檢井筒，影像數(shù)據(jù)上傳至孿生平臺；收集整理項目歷年地質鉆井資料、運維檔案，完成溫泉地熱田三維地層?井筒數(shù)字孿生模型搭建。平臺運行之后，管理人員通過3D孿生界面就能夠直觀查看每一口地熱井實時溫度水位數(shù)據(jù)，隨時調取井筒歷史內窺影像。平臺設置溫泉水位水溫預警閾值，當監(jiān)測數(shù)據(jù)臨近警戒值自動推送預警消息。運行一年以來，平臺提前預警2次水位異常波動隱患，運維人員及時調整開采流量，隱患得到快速處置，沒有再發(fā)生溫泉井突發(fā)性故障停業(yè)事件。平臺仿真推演功能幫助度假區(qū)優(yōu)化開采?回灌調度方案，溫泉出水溫度穩(wěn)定性明顯提升，數(shù)字孿生智慧運維顯著。
目前溫泉地熱數(shù)字孿生技術推廣落地還存在部分難點。第一，部分老舊溫泉度假區(qū)早期地質資料不全，三維地層建?；A資料缺失；第二，溫泉項目運維人員數(shù)字化操作水平有待提升；第三，數(shù)字孿生平臺建設一次性投入成本相對較高。針對以上問題提出優(yōu)化對策：對于地質檔案缺失的老舊溫泉項目，可以補充開展深井分層測溫、井下成像檢測，補齊地下數(shù)據(jù)；加強運維管理人員數(shù)字化平臺操作培訓；中小型溫泉項目可優(yōu)先選用輕量化2D監(jiān)測平臺，分步建設3D孿生系統(tǒng)，降低前期投入門檻；后期逐步升級優(yōu)化。
基于2D?3D數(shù)字孿生的溫泉地熱田智慧監(jiān)測平臺，打通了地質檔案、實時監(jiān)測、井下可視化巡檢、運維臺賬多源數(shù)據(jù)，構建溫泉地熱田虛擬鏡像，實現(xiàn)溫泉運行狀態(tài)可視化監(jiān)管、隱患智能預警、開采方案仿真推演，改變傳統(tǒng)粗放式溫泉運維管理模式。山東溫泉度假區(qū)工程案例證明數(shù)字孿生平臺可以有效降低溫泉井突發(fā)性故障風險，提升溫泉地熱田采灌均衡管控能力。未來數(shù)字孿生技術將在全國更多溫泉康養(yǎng)度假區(qū)推廣應用，成為溫泉地熱資源長效保護、智慧運維管理重要技術手段，推動溫泉文旅產業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻
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800米深井測溫系統(tǒng)，高精度數(shù)字溫度變送器，深井耐壓傳感器，屏蔽式耐高溫傳輸電纜，多路信號采集主機，電動絞車下放裝置，水位傳感模塊，低功耗物聯(lián)網(wǎng)模塊，4G無線傳輸模塊
地熱井分層測溫，長線纜數(shù)字信號傳輸，多點同步采集，地溫梯度測試，10米間隔密集測點，溫度?水位一體化監(jiān)測，地溫梯度曲線生成
地熱云監(jiān)測平臺，移動端小程序，無人值守在線監(jiān)測，遠程數(shù)據(jù)采集，溫度異常AI預警，監(jiān)測數(shù)據(jù)導出
地源熱泵，淺層地熱資源，復合熱泵系統(tǒng)，地熱換熱井，井筒結垢堵塞故障診斷，回灌通道監(jiān)測，地熱井洗井運維，水文地質勘察，冀中坳陷地熱勘察
友商淺層測溫瓶頸（150?300m），北京鴻鷗成運，國產化深井監(jiān)測裝備，800m深度技術突破，地下空間分層檢測升級，中深層地熱井監(jiān)測研發(fā)
地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)/地源熱泵測溫／多功能鉆孔成像分析儀／井下電視／鉆孔成像儀／地熱井鉆孔成像儀／井下鉆孔成像儀/數(shù)字超聲成像測井系統(tǒng)/多功能超聲成像測井系統(tǒng)/超聲成像測井系統(tǒng)/超聲成像測井儀/成像測井系統(tǒng)/多功能井下超聲成像測井儀/超聲成象測井資料分析系統(tǒng)/超聲成像
關鍵詞：地熱水資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)／地熱井監(jiān)測系統(tǒng)／地熱井監(jiān)測／水資源監(jiān)測系統(tǒng)／地熱資源回灌遠程監(jiān)測系統(tǒng)／地熱管理系統(tǒng)／地熱資源開采遠程監(jiān)測系統(tǒng)／地熱資源監(jiān)測系統(tǒng)／地熱管理遠程系統(tǒng)／地熱井自動化遠程監(jiān)控／地熱資源開發(fā)利用監(jiān)測軟件系統(tǒng)／地熱水自動化監(jiān)測系統(tǒng)／城市供熱管網(wǎng)無線監(jiān)測系統(tǒng)／供暖換熱站在線遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案／換熱站遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案/干熱巖溫度監(jiān)測/干熱巖監(jiān)測/干熱巖發(fā)電／干熱巖地溫監(jiān)測統(tǒng)／地源熱泵自動控制／地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)／地源熱泵溫度傳感器／地源熱泵中央空調中溫度傳感器/地源熱泵遠程監(jiān)測系統(tǒng)/地源熱泵自控系統(tǒng)/地源熱泵自動監(jiān)控系統(tǒng)/節(jié)能減排自動化系統(tǒng)/無人值守地源熱泵自控系統(tǒng)/地熱遠程監(jiān)測系統(tǒng)
地熱管理系統(tǒng)（geothermal management system）是為實現(xiàn)地熱資源的可持續(xù)開發(fā)而建立的管理系統(tǒng)。
我司深井地熱監(jiān)測產品系列介紹：
1.0-1000米單點溫度檢測（普通表和存儲表）／0-3000米單點溫度檢測（普通顯示，只能顯示溫度，沒有存儲分析軟件功能）
2.0-1000米淺層地溫能監(jiān)測（采集器采用低功耗、攜帶方便；物聯(lián)網(wǎng)NB無線傳輸至WEB端B/S架構網(wǎng)絡；單總線結構，可擴展256個點；進口18B20高精度傳感器，在10-85度范圍內，精度在0.1-0.2度）
3. 4.0-10000米分布式多點深層地溫監(jiān)測（采用分布式光纖測溫系統(tǒng)細分兩大類：1.井筒測試 2.井壁測試）
4.0-2000米NB型液位／溫度一體式自動監(jiān)測系統(tǒng)（同時監(jiān)測溫度和液位兩個參數(shù)，MAX耐溫125攝氏度）
5.0-7000米全景型耐高溫測溫成像一體井下電視（同時監(jiān)測溫度和視頻圖片等）
6. 微功耗采集系統(tǒng)／遙控終端機——地熱資源監(jiān)測系統(tǒng)淺層／地熱管理系統(tǒng)（可在換熱站同時監(jiān)測溫度／流量／水位／泵內溫度／壓力／能耗等多參數(shù)內容，可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控，24小時無人值守）
有此類深井地溫項目，歡迎新老客戶朋友垂詢！北京鴻鷗成運儀器設備有限公司
關鍵詞：地熱井分布式光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)／分布式光纖測溫系統(tǒng)／深井測溫儀／深水測溫儀／地溫監(jiān)測系統(tǒng)／深井地溫監(jiān)測系統(tǒng)／地熱井井壁分布式光纖測溫方案／光纖測溫系統(tǒng)／深孔分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)/深井探測儀/測井儀/水位監(jiān)測/水位動態(tài)監(jiān)測/地下水動態(tài)監(jiān)測/地熱井動態(tài)監(jiān)測/高溫水位監(jiān)測/水資源實時在線監(jiān)控系統(tǒng)/水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)軟件/水資源實時監(jiān)控/高溫液位監(jiān)測/壓力式高溫地熱地下水水位計/溫泉液位測量/涌井液位測量監(jiān)測/高溫涌井監(jiān)測水位計方案/地熱井水溫水位測量監(jiān)測系統(tǒng)/地下溫泉怎么監(jiān)測水位/ 深井水位計/投入式液位變送器 /進口擴散硅/差壓變送器
