CN103644673A - 一种盐类矿床中地热能的开采方法 - Google Patents

一种盐类矿床中地热能的开采方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盐类矿床中地热能的开采方法，包括以下步骤：1)在盐类矿床上钻凿一对至多对水平对接井；2)在水平井中放置一条连续的筛管，用于防止水平井段因塑性变形闭合；3)通过注液井注入饱和盐水或者其他非溶盐液体进入盐层，通过水平井向出液井流动，再流向地热转换装置中，再注入注液井中，不断循环。本发明的优点在于利用盐类矿床的可溶性特征，在地下可以建造相当规模的通道，与背景技术已经存在的方法相比，具有更充足的热交换空间，因此换热效率更高。

Description

一种盐类矿床中地热能的开采方法
技术领域
本发明属于地热能采集利用技术领域。更具体地，本发明涉及一种盐类矿床中地热能的开采方法。
背景技术
利用地热能发电作为一种清洁长效的发电方式，越来越受到人们的青睐。其主要的地热采集方法是对地下深层的岩石进行钻探，把水注入地下这些人工产生的、张开的连通裂隙带中。水与岩体接触后被加热，这些高温水产生蒸汽就可用于发电。这个概念本身模仿的是天然发生的热水型地热循环系统。目前，全球70多个国家运用地热发电都是采用的这种增强型地热系统。
目前，超深钻井技术发展到了相当的水平，盐类矿床的水平对接钻井技术已经成熟，以及深埋型盐类矿床的大量存在，使在盐类矿床中，利用水平对接钻井，对流循环溶解矿层形成通道，在通道中完成地层与循环介质的热能交换成为可能。但是，现阶段就盐类矿床地层的地热能采集利用而言，尚没有较为科学高效的方法，现有方法普遍存在着换热效率不高的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术所存在的不足，提供一种盐类矿床中地热能的开采方法，其具有更充足的热交换空间，循环能耗更小、换热效率更高。
本发明实现上述发明目的所采取的技术方案是：一种盐类矿床中地热能的开采方法，包括以下步骤：1)在盐类矿床上钻凿一对至多对水平对接井；2)可以在水平井中放置一条连续的筛管，用于防止水平井段因塑性变形闭合；3)通过注液井注入饱和盐水或者其他非溶盐液体进入盐层，经水平井向出液井流动，流向地热转换装置，再注入注液井中，不断循环。
本发明的优点在于，利用盐类矿床的可溶性特征，在地下可以建造相当规模的通道，与背景技术已经存在的方法相比，具有更充足的热交换空间，因此换热效率更高。考虑到开采地热的盐矿，一般选择深度很大的矿层，盐层塑性变形比较严重，可以在水平井中放置一条连续的筛管，如同支架，防止水平井段因塑性变形闭合。利用饱和盐水不再溶解盐的特性，将通道中的循环液改为饱和盐水，从而保持通道的稳定性。通过控制循环液的浓度，调节循环液对通道的溶解程度，可以保持通道的永久性安全使用。同时用饱和盐水作循环介质，注入井和返出井中的循环介质比重一致，因注入淡水与返出卤水的比重差异产生的能耗已经不存在，运行能耗仅为克服循环管道和通道沿程阻力的能耗，故而循环能耗更低。同时用饱和盐水作为导热介质，比纯淡水要优越，因为饱和盐水的比热容高于纯淡水。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例：山东省东营市垦利县岩盐矿床，埋深达3800-4200米，矿层厚度40米左右，盐矿品位90％，井下地层温度达120℃左右。是目前世界上拟开发的深度最大的岩盐矿床。盐层厚度不大，钻井深度大，开发成本是相当高的：一是钻井投入高，单对水平井投入超过5000万元，若形成一定生产规模，将要钻井10对左右；二是运行成本高，将卤水从4000米深下举出地面，采卤能耗将很高。
以山东东营垦利盐矿为例说明发明要点。
1.钻井
按一般盐矿水平对接井建造对井。钻直井A深度4000米左右至盐矿层E点，并淡水循环建造溶腔；距直井A地面距离550米左右钻定向井B，定向井于3850米左右C点造斜，曲率半径150米左右，至盐层D点开始水平钻进，与直井在E点溶腔内对接连通。
2.建槽
盐层中的水平井段长度400米左右，地层温度120℃。建槽就是扩大盐层中水平井段的直径到一定规模，防止水平井段因岩盐塑性变形而闭合。根据采盐一般要求，认为通道直径2米时可以有效防止通道闭合。为保险起见，正向建槽3天后，再逆向建槽3天，保证防止通道闭合的可靠性。
3.循环水力计算
为了计算更真实，设定如下条件：注水与回卤主管各长500米，管径500，钢管，5对井共用按流量按750m3/h计算阻力。注水与回卤支管各长300米，管径200，钢管。井内套管，内径150，直井长度4000米，水平井长度4085.5米。通道长度400米，直径2米。
正常采卤生产单井组采卤流量按150m3/h，采注比1.2，注水流量为180m3/h。按水力学计算沿程阻力损失：10.5mH2O，通道中因为流速太低，沿程阻力损失忽略不计。
按比重差异产生的水头损失：计算本例中的比重差异产生的水头损失为800mH2O。
即正常采卤过程中水头损失为810.5mH2O。
如果以卤水作为作地热开采的循环介质，卤水循环的沿程阻力比采卤时略高，而因比重差产生的水头损失接近为0。卤水循环水头损失11mH2O。由此可见饱和卤水循环开采地热时的能耗仅为采卤生产时循环能耗的1.36％。
4.能量计算
注淡水采卤时消耗的能量：以5对地热井规模计算能量平衡，注水流量为900m3/h，循环扬程高达810.5mH2O，卤水循环轴功率为2837kW，配用电机3400kW，小时消耗电能为3400kWh。
饱和卤水循环消耗的电能：以5对地热井规模计算能量平衡，循环流量750m3/h，循环扬程仅为11mH2O，卤水循环轴功率为39kW，配用电机50kW，小时消耗电能为50kWh。卤水循环能耗仅为淡水采卤时的1.47％。
4.2.开采的地热能计算
小时循环量G=750×1210=907500(kg)
以出卤温度为120℃，热能转化后卤水温度降到40℃，即温度下降80℃，卤水比热容0.8kCal/(kg·℃)计算，每天开采热量为58080000kCal，1kCal=0.001162kWh，即67489kWh。与循环能耗比较，能效比为1349.78倍。
如果用于冬季采暖，热能利用率可达90％，即可以达到52272000kCal，每小时能够利用的热量相当于7.467t标煤，一天179.208t标煤，一年按运行333天计算59676.264t标煤。
由于目前地热发电利用率仅达到6.8％，发电功率仅为4590kW。实际能效比还能达到91.8倍。
在实际应用过程中，卤水降温后，会出现盐析现象，析出盐经过脱水，热空气烘干，可以作为商品。
该方法，还可以作为盐矿连通井开采后“盐穴”利用的一种新方式，即利用连通“盐穴”开采地热的方法。
循环液除饱和卤水外，还可以选择比热容高，流动阻力小，不溶解岩盐，理化性质稳定的液体作为采热循环介质。本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种盐类矿床中地热能的开采方法，其特征在于包括以下步骤：1)在盐类矿床上钻凿一对至多对水平对接井；2)在水平井中放置一条连续的筛管，用于防止水平井段因塑性变形闭合；3)通过注液井注入饱和盐水或者其他非溶盐液体进入盐层，经水平井向出液井流动，再流向地热转换装置再注入注液井中，不断循环。
2.根据权利要求l所述的一种盐类矿床中地热能的开采方法，其特征在于：利用盐矿水平对接井形成的相当规模的通道，通过饱和盐水类介质的连续循环采集矿床中的地热能。
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