CN105986800B - 地热井产能增强方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种地热井产能增强方法，包括井内结垢分析计算的步骤、井外岩层裂隙及紧密度分析计算的步骤、出流量与震波强度分析的步骤、流体压缩的步骤、产生震波的步骤、排除结垢与增大岩层裂隙的步骤；借由上述方法，提供一种可方便清除地热井井内结垢，且可扩大井外岩层裂隙与岩层紧密度的地热井产能增强方法。

Description

地热井产能增强方法及其系统

技术领域

本发明为一种地热井产能增强方法及其系统，特别是一种可提高地热井渗透率、清除井内及周遭结垢的方法与系统构造。

背景技术

由于地球在形成的初受陨石频繁的撞击，及放射性物质衰变所释放的巨大能量，使得地表成为高温的熔融状态，待地球冷却后，内部物质分化而形成地壳、地函与地核等三层，地球内部的温度则随离地壳的深度呈正比，且在离地壳表面深度约100公里之处，其温度足以熔化岩石，在地球中心处，温度约高达6000℃，使得地球的核心成熔融状，而借由地球内部的变动，部份熔岩可上升接近至地球表面，使熔岩上方、周遭的岩石、地下水则因受热升温而形成地热能，该地热能主要储存于岩石本身，而少部分则储存在岩石孔隙(pores)或裂隙(fractures)的水中，同时借由地下水于岩层中流动，其可渗出地表而可形成温泉热水；故，地下水是目前地热能的主要输送媒介。

而为取得该地热能、温泉热水，目前皆以设置地热井的方式来取得，上述该地热井是借由埋设一井管，以将储存于岩层内的地热能及温泉热水导出至地表来使用者；但，由于地热井中流动的水液含有许多碳酸钙及多种物、离子，其很容易附着于地热井的管壁而产生层层叠叠的结垢，经年累月下，该结垢则变硬、厚度增加，造成地热井的管径变小而阻塞水液流动，进而降低地热井热水、温泉的输出量，同时降低产能效率。

而查，目前用以将井内结垢清除的方法，主要包括酸洗法及机械洗井法；就以酸洗法而言，其是利用化学药剂将管壁内的结垢予以腐蚀分解来清除，其很容易造成井管腐蚀损坏，且化学药液亦有污染周遭环境及民生用水的疑虑而有不环保的情事；就以机械洗井法而言，其需利用钻头来将结垢钻破崩解，其所产生的应力、剪力很容易造成老旧的井管断裂破损；不论是酸洗法或机械洗井法，其皆需庞大的机械设备，且所费不赀，造成业者成本提高、作业困难，且有造成井管损坏、污染环境之虞。

另，当该地热井周遭的岩盘缝隙或裂隙过小、排列过紧时，则很容易因地下水无法于岩层的缝隙或裂隙中流动，造成地热能、热水、温泉无法有效经地热井传递至地表供利用。

故，如何提高井管除垢、扩张岩盘缝隙作业的方便性、降低作业成本，实为目前急待解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种地热井产能增强方法及其系统，可增强地热井产能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种地热井产能增强方法，包括如下步骤：

a.井内结垢分析计算：计算、探查地热井内结垢的范围、厚度；

b.井外岩层裂隙及紧密度分析计算：计算、探查地热井井外岩层的裂隙及岩层紧密度；

c.出流量与震波强度分析：依据步骤a、b所得的结垢范围、厚度及井外岩层裂隙紧密度大小的数值，计算高压流体的出流量及欲引发震波的强度；

d.流体压缩：依据上述步骤所得的数值压缩流体使形成高压流体；

e.产生震波：将上述步骤d的高压流体排入呈低压状态的空间以形成预设强度的震波；

f.排除结垢与增大岩层裂隙：借由上述步骤e所形成的震波，其可使井内的结垢崩毁、破坏排除，且借由震波传递至岩层，其可将岩层的裂隙震松，以增大裂隙及降低岩层紧密度；

借由上述方法，提供一种可方便清除地热井井内结垢，且可扩大井外岩层裂隙与岩层紧密度的地热井产能增强方法。

本发明的有益效果是，可增强地热井产能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的系统图。

图3是本发明震波产生器的构造图。

图4是本发明震波产生器的构造图，及高压容室内注满流体的示意图。

图5是本发明震波产生器的构造图，及震波平衡阀向上移动使流体冲入井下震波管的示意图。

图6是本发明震波产生器的构造图，及高压容室与井下震波管完全连通且容积控制阀受力向下压缩下弹簧的示意图。

图7是本发明震波产生器的构造图，及容积控制阀受力向上压缩上弹簧的示意图。

图8是本发明的系统图，及震波可传递至岩层的示意图。

图中标号说明：

10 压缩机

20 震波产生器

21A、21B 高压容室

211、212 倾斜端

22 直管部

23 震波开关容室

24 容积控制驱动器

241 容机控制阀

25 震波开启驱动器

26 震波平衡阀

261 上阀体

262 下阀体

27 震波关闭驱动器

28 上限位挡片

281 弹簧

29 下限位挡片

291 弹簧

30 井下震波管

40 震波位置指示器

50 地热井

具体实施方式

如图1所示，实施例中的地热井产能增强方法，包括如下步骤：

a.井内结垢分析计算：计算、探查地热井内结垢的范围、厚度；

b.井外岩层裂隙及紧密度分析计算：计算、探查地热井井外岩层的裂隙及岩层紧密度；

c.出流量与震波强度分析：依据步骤a、b所得的结垢范围、厚度及井外岩层裂隙紧密度大小的数值，计算高压流体的出流量及与欲引发震波的强度；

d.流体压缩：依据上述步骤所得的数值压缩流体使形成高压流体；

e.产生震波：将上述步骤d的高压流体排入呈低压状态的空间以形成预设强度的震波；

f.排除结垢与增大岩层裂隙：借由上述步骤e所形成的震波，其可使井内的结垢崩毁、破坏排除，且借由震波传递至岩层，其可将岩层的裂隙震松，以增大裂隙及降低岩层紧密度；

借由上述方法，将流体压缩形成高压流体，借由高压流体的移动所产生的震波，以破坏排除井内的结垢，排除地热井井内因结垢所产生阻塞，进而提高温泉、地热传递的顺畅性者；同时，借由震波传递至地热井周遭的岩层，其可增大岩层裂隙、降低岩层的紧密度，使储存于岩层中的温泉、地热提高流动性，进而可增强地热井的产能效益。

为进一步说明本发明，兹谨再配合图2所示的系统配置图及图3至图8所示的可行实施例，详细说明如下：

如图2所示，本发明的地热井产能增强系统，包括一压缩机10、震波产生器20及一井下震波管30；其中：

压缩机10(请同时参阅图2所示)，与震波产生器20衔接，用以压缩流体形成高压流体，并将高压流体输送进震波产生器20。

震波产生器20(请同时参阅图3所示)，其内经分隔形成两高压容室21A、21B、一直管部22与一震波开关容室23，该两高压容室21A、21B、直管部22与震波开关容室23成连通状；该高压容室21A、21B下端形成倾斜端211、212，两倾斜端211、212并汇集与直管部22衔接，两高压容室21A、21B上各设有一容积控制驱动器24，该容积控制驱动器24底部设有一容积控制阀241，令容积控制阀241可受容积控制驱动器24的驱动上下滑移以调整高压容室21A、21B的容积；该震波开关容室23设有震波开启驱动器25，震波开启驱动器25连接设有震波平衡阀26，震波平衡阀26伸置于两高压容室21A、21B的倾斜端211、212内，且该震波平衡阀26具有一上阀体261与一下阀体262，该上阀体261与下阀体262的间距与高压容室21A、21B下侧倾斜端211、212的管径相对应，令震波开启驱动器25可驱动震波平衡阀26向上移动使高压容室21A、21B与井下震波管30连通，该震波平衡阀26并枢设有震波关闭驱动器27，震波关闭驱动器27可驱动震波平衡阀26向下移动复位使高压容室21A、21B密合与井下震波管30隔绝关闭。

承上述，较佳的实施例是，该震波产生器20的两高压容室21A、21B内各设有一上限位挡片28与一下限位挡片29，借以限制容积控制驱动器24及容积控制阀241上下位移的距离，且该上限位挡片28与容积控制阀241间设有一上弹簧281，下限位挡片29与容积控制阀241间设有一下弹簧291。

承上述，较佳的实施例是，该震波产生器20的两高压容室21A、21B内各设有一震波位置指示器40。

承上述，较佳的实施例是，该高压流体以二氧化碳(CO₂)气体经压缩形成的超临界流体为佳。

井下震波管30(请同时参阅图3所示)，设于震波产生器20的下方并与直管部22衔接，以供震波产生器20的高压流体的冲入并产生震波。

借由上述构造，先计算探查地热井井内结垢的范围厚度与井外岩层的裂隙及岩层紧密度，计算分析所需震波强度及流体出流量，然将本发明的震波产生器20架设于地热井50的井头，并将井下震波管30伸入地热井内，依据震波强度及流体出流量，利用震波产生器20所设的容积控制驱动器24驱动容积控制阀241向上(或向下)移动至预设位置使高压容室21A、21B的容积达预定值，并利用震波关闭驱动器27驱动震波平衡阀26，使上阀体261封闭于震波开关容室23底端，下阀体262则封闭于直管部22顶端，使两高压容室21A、21B密合与井下震波管30隔绝封闭(如图3所示)，然后利用压缩机10将流体压缩形成高压流体输送至震波产生器20的高压容室21A、21B，使高压流体填满高压容室21A、21B(如图4所示)，使高压容室21A、21B内形成高压状态；接着，利用震波开启驱动器25驱动震波平衡阀26向上移动，当震波平衡阀26的下阀体262向上移动使高压容室21A、21B与直管部22瞬间连通时(如图5所示)，高压容室21A、21B内的高压流体即瞬间向直管部22汇流，并形成一向上的作用力施于下阀体262的下表面，进而将震波平衡阀26快速向上推(如图6所示)，使高压容室21A、21B内的高压流体可完全汇入直管部22，然后再流至井下震波管30，借以引发一定强度的震波，借由该震波可使井内的结垢崩解毁坏，以排除井内因结垢所产生的阻塞，同时，借由震波传递到地热井井外的岩层，其可扩大岩层裂隙使岩层产生些许滑动，降低岩层的紧密度，进而可使温泉水液、地热资源可顺利经地热井排出至地表。

另，由于当高压容室21A、21B内的高压流体汇入井下震波管30时，高压容室21A、21B内的压力会急速向下移动，其会产生强大的真空拉力，造成容积控制阀241受力向下偏移(如图6所示)，该容积控制阀241则会压缩下弹簧291，此时，上弹簧281亦施力于容积控制阀241并使容积控制驱动器24再驱动容积控制阀241向下压缩下弹簧291，接着借由下弹簧291复位的反作用力，使容积控制阀241向上移动并压缩上弹簧281(如图7所示)，然后，再借由上弹簧281复位的反作用力使使容积控制阀241向下移动直至震波经上弹簧281与下弹簧291的作用而减损消失，故，其可令使容积控制阀241于高压容室21A、21B中受力上、下移动，借以将高压容室21A、21B中的高压流体反复推入井下震波管30以产生多次反弹震波(如图8所示)，进而有助于将震波传递至井内结垢以崩解破坏该结垢，并可传递至井外岩层，使井外岩层的裂隙扩大并可降低岩层紧密度与岩层裂隙的结垢。

由是，从以上所述可知，本发明具有如下的优点：

(一)由于本发明的高压容室21A、21B设有容积控制驱动器24与驱动容积控制阀241调整高压容室21A、21B的容积，进而可依据地热井井内的结垢程度、岩层裂隙结垢程度与井外岩层紧密度来调整高压容室21A、21B的容积，进而可调整控制震波的强度，而可提高作业效益。

(二)由于本发明由两高压容室21A、21B汇流并向下衔接井下震波管30，其除了使高压流体往低压的井下震波管30冲入外，并可受地球重力的作用提高汇流速度，进而使高压容室21A、21B内呈稳定状态，并可减少震波产生器20的震动。

(三)借由本发明的高压容室21A、21B内设置有上弹簧271与下弹簧281顶压容积控制阀241，其可于震波产生时提高震波的速度与强度，然后借由容积控制阀241受上弹簧271与下弹簧281的作用力而上、下移动，以反复堆压高压流体使形成数次的反弹震波，借由该反弹震波可提高井内结垢崩解破坏与岩层裂隙扩大的效益。

(四)另，如图3、图4所示，当震波平衡阀26封闭高压容室21A、21B且高压容室21A、21B内充满高压流体时，由于震波平衡阀26的上阀体261下表面与下阀体262上表面的受力面积相等，并形成力平衡状态，因此当需驱动震波平衡阀26向上移动时，仅需施以大于震波平衡阀26与直管部22、震波开关容室23间摩擦力的作用力，即可令震波平衡阀26移动者；因此，该震波开启驱动器25不需配置大型驱动装置来驱动震波平衡阀26，而具有节省成本与省力的优点。

(五)又，由于本发明借由震波平衡阀26的下阀体262隔绝高压容室21A、21B与直管部22，当下阀体262向上移动至下表面脱离直管部22的瞬间，高压容室21A、21B内的高压流体即会冲入低压的直管部22形成震波，同时该向下汇流的高压流体会产生一作用力施于下阀体262的下表面，令震波平衡阀26受力而快速向上移动，促使高压容室21A、21B内的高压流体可快速冲入直管部22、井下震波管30，提高高压流体的出流量，可提高震波的强度与缩短作用时间。

(六)由于本发明是利用压缩机10压缩流体输送震波产生器20形成高压流体，再借由瞬间开启震波平衡阀26使高压流体冲入井下震波管30产生震波，以将井内结垢崩解破坏，并扩大井外岩层裂隙与紧密度，亦可排除井外岩层裂隙中的结垢；因此，本发明无须放置精密设备装置至井下，而仅设置一井下震波管，然后再地表井头制造产生震波，透过井下震波管传递至目标处，故本发明所需的设备较为简易，且其成本较低，施作亦较现有机械洗井法简单，且确可增强地热井的产能及效益。

(七)再，由于本发明是利用震波产生器20内的高压流体瞬间冲入井下震波管30所产生的震波来崩解破坏地热井井内结垢，并扩大井外岩层裂隙与紧密度，而该高压流体可为无色无害的二氧化碳流体经压缩形成的超临界流体，因此，其并不会造成土壤的污染与环境的危害，且确可增强地热井的产能及效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。

Claims (3)

1.一种地热井产能增强系统，其特征在于，包括有一压缩机、震波产生器及一井下震波管；其中：

压缩机，与震波产生器衔接，用以压缩流体形成高压流体，并将高压流体输送进震波产生器；

震波产生器，其内经分隔形成两高压容室、一直管部与一震波开关容室，该两高压容室、直管部与震波开关容室成连通状；该两高压容室下端形成倾斜端，倾斜端并汇集与直管部衔接，高压容室上各设有一容积控制驱动器，该容积控制驱动器底部设有一容积控制阀，令容积控制阀可受容积控制驱动器的驱动上下滑移以调整高压容室的容积；该震波开关容室设有震波开启驱动器，震波开启驱动器连接震波平衡阀，震波平衡阀伸置于两高压容室的倾斜端内，且该震波平衡阀具有一上阀体与一下阀体，该上阀体与下阀体的间距与高压容室下侧倾斜端的管径相对应，令震波开启驱动器可驱动震波平衡阀向上移动使高压容室与井下震波管连通，该震波平衡阀并枢设有震波关闭驱动器，震波关闭驱动器可驱动震波平衡阀向下移动复位使高压容室与井下震波管隔绝关闭；

井下震波管，设于震波产生器的下方并与直管部衔接，以供震波产生器的高压流体的冲入并产生震波；

借由上述构造，提供一种可方便清除地热井井内结垢，且可扩大井外岩层裂隙与岩层紧密度的地热井产能增强系统。

2.根据权利要求1所述的地热井产能增强系统，其特征在于，所述震波产生器的两高压容室内各设有一上限位挡片与一下限位挡片，以限制容积控制驱动器及容积控制阀上下位移的距离，且该上限位挡片与容积控制阀间设有一上弹簧，下限位挡片与容积控制阀间设有一下弹簧。

3.根据权利要求1所述的地热井产能增强系统，其特征在于，所述震波产生器的高压容室内各设有一震波位置指示器。