CN109403917B - 提高地热井产热能力的工艺 - Google Patents
提高地热井产热能力的工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109403917B CN109403917B CN201811476503.0A CN201811476503A CN109403917B CN 109403917 B CN109403917 B CN 109403917B CN 201811476503 A CN201811476503 A CN 201811476503A CN 109403917 B CN109403917 B CN 109403917B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- sleeve
- conducting
- pipe
- stratum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 91
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 19
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 7
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/11—Perforators; Permeators
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明涉及地热能开发技术领域，具体指一种通过导热固井技术、增导压裂技术来提高岩层中地热能导入地热井的能力，再通过螺旋板式冷凝段重力热管换热器完成高效的取热换热利用的地热井新工艺。具体的工艺流程如下：完成地热井钻井、下套管后，进行导热固井，即在地层低温段注入隔热水泥浆、在地层高温段注入导热水泥浆完成固井；待固井的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的套管内进行分段射孔压裂，在高温岩层中产生裂缝，并向裂缝内填充导热材料形成从套管延伸到岩层的导热带；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器冷凝段，最终形成岩层快速传热、井筒高效换热的高产地热井系统。
Description
技术领域
本发明涉及地热能开发技术领域，具体指一种提高地热井产热能力的工艺。
背景技术
地球地表10km内有丰富的地热能可供开采，地热资源是一种无污染的清洁可再生能源，随着石油、煤炭等传统能源逐渐枯竭，地热资源将成为未来能源的一个重要组成部分。地热可以分为三类：浅层地温能、水热型地热资源、干热岩。传统的地热通常指地热水，但地热水资源有限，需要特定的条件才能形成，而干热岩分布广泛。地热提取技术应该做到只取热，不取水，利用地热的同时保护地下水资源，提取的地热可以用于供热、供冷及发电。
目前地热采取以一口井注水一口井出水即一注一出或一注二出或一注四出等方式，通过注水井将高压水注入干热岩层，充分吸收地层热量后，将高温水和蒸汽通过生产井采出，经过热交换及地面循环装置处理后，将冷却水再次注入地下，形成循环系统，实现干热岩的热量开发。这种取热方式，注入井与采出井一般都需要适当规模的压裂，在地层中制造出一定规模的裂缝，注入井与采出井之间裂缝的连通比较困难。注入井向裂缝系统注入的流体漏失量大。水通过深井注入地下干热岩体，渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量，即在干热岩体内形成稳定的地下热交换系统比较困难，注入量与采出量难以达到动态平衡；水蒸汽、水流中带出的岩石中的各种成分、杂质多，对地面换热系统运行造成很大腐蚀、堵塞等。
目前中深层地岩热利用必须进行钻井、下套管、固井，固井指的是向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。由于岩石导热系仅有1.6-3.6 W/(m· K)，导热系数较低，而在套管外注入水泥浆固定后，水泥浆导热系数仅有0.19 W/(m· K) - 0.65 W/(m·K)，相当于在套管与岩石之间形成了一层隔热层，热阻很大，远离地热井的高温岩层的热量很难导入井中，进入井内的水经高温岩层加热后通过地层低温段时产生换热导致热量流失，温度降低，地层高温段内高温岩体的热量很难传导到井眼附近，单井产热量很低，导致目前地热井产热量低，效益差。另外，现有的地热井与岩石之间换热能力差，需要开挖多个相互连通的地热井以提高换热效果，这样不仅增加工程量，而且会改变地下岩层结构，增加地面沉降的风险。地热井中，按照地面利用所需的温度界定地层高温段和低温段的温度范围，高于地面利用所需温度的地热井段为高温段，低于地面利用所需温度的地热井段为低温段。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的缺陷，提供一种使地热井导热效果好，换热量大，产热量高的工艺。
本发明的技术方案如下：
提高地热井产热能力的工艺，通过导热固井技术、增导压裂技术来提高岩层中地热能导入地热井的能力，再通过螺旋板式冷凝段重力热管换热器完成高效的取热换热利用的地热井新工艺；具体的工艺流程如下：完成地热井钻井、下套管后，进行导热固井，即在地层低温段注入隔热水泥浆、在地层高温段注入导热水泥浆完成固井；待固井的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的套管内进行分段射孔、压裂，在高温岩层中产生裂缝，并向裂缝内填充导热材料形成从套管延伸到岩层的导热带；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器的冷凝段，最终形成岩层快速传热、井筒高效换热的高产地热井系统。
所述导热固井技术的工艺如下：
钻井达到设计的深度后，向井筒内下入套管，并在套管底部安装浮箍，套管外径小于井筒；
固井：先向套管内注入隔热水泥浆，再向套管内注入导热水泥浆，注入的隔热水泥浆与导热水泥浆通过浮箍进入套管与井筒之间的环形空间内，由井筒底部向上填充，隔热水泥浆和导热水泥浆注入量达到设计量后，将胶塞置入套管内，并使胶塞密封浮箍，使得先注入的隔热水泥浆处于地层低温段的环形空间进行固定，形成隔热水泥环，后注入的导热水泥浆处于地层高温段的环形空间进行固定，形成导热水泥环，完成导热固井。
所述的增导压裂技术工艺如下：
（1）射孔：完成导热固井工艺并待隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的不同高度上从套管内进行分段射孔，射出的通孔射穿套管、导热水泥环及高温地层；
（2）压裂：射孔后以水为压裂液采用压裂系统向通孔处进行水力压裂，使岩层破裂产生裂缝，岩层产生裂缝后，采用压裂系统向裂缝中高压注入带有导热填料的填充液，使裂缝向前延伸并填以导热填料，直至裂缝延伸到预设的长度；
（3）保压：压裂结束后对地热井保压、缓慢降压，填充液中的水回流到套管内，导热填料沉降停留在裂缝中并闭合裂缝，形成导热带，再在射出的通孔处下入封堵短管，用胀管方法封堵射孔压裂时管壁上的孔，胀管处应能承受套管内的压力，避免套管管壁泄压，完成增导压裂工艺。
所述重力热管换热器的冷凝段与套管对接安装，所述的冷凝段包括壳体、螺旋板，螺旋板安装于壳体内，冷凝段的壳体内安装竖直的螺旋板作为重力热管换热器的管程，套管和与其连接的壳体一起作为重力热管换热器的管壳，套管对应于导热水泥环段为重力热管换热器的蒸发段，套管对应隔热水泥环段为重力热管换热器的绝热段；所述螺旋板的内部中空，该螺旋板的中心位置处沿着其轴线方向上设置有一出水管，所述出水管的上端贯穿壳体顶端并向外延伸，所述出水管与该螺旋板的中心端连通，所述螺旋板的外围端设置有一横向的进水管，所述进水管的一端与螺旋板的外围端连通，所述进水管的另一端贯穿壳体侧壁并向外延伸；壳体的侧壁上还设置一连通管。
所述固井技术工艺中的隔热水泥浆由普通水泥与水混合配置，所述导热水泥浆由普通水泥、导热填料和水混合配置，所述导热水泥浆中普通水泥与导热填料的重量配比为100:（5-100），其中导热填料的细度为0.04mm-0.5mm。
所述固井技术工艺中向井筒内下入的套管，对应于地层低温段的套管外壁上涂覆绝热涂层；所述重力热管换热器冷凝段的壳体外壁涂覆绝热涂层，出水管的外壁涂覆绝热涂层。
所述增导压裂技术中的填充液为水与导热填料的混合液，水与导热填料的重量配比为100:（5-60），其中导热填料为粉末状或粒径为0.15-0.45mm、0.45-0.90mm或0.85-1.20mm的颗粒状。
所述的固井工艺技术或增导压裂技术中的导热填料均可采用包括石墨烯、高导热碳粉、银、铜、金、铝、钠、钼、钨、锌、镍、铁、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种成分。
所述重力热管换热器冷凝段的壳体直径大于套管的直径，壳体的下端与套管的连接部程上大下小的锥形。
本发明的有益效果在于：
1. 本发明所述的地热井，在地层的高温段采用导热水泥浆固井，并且在地层高温段设置具有高导热能力的导热带，从而将远离井筒的岩层中的热量快速且源源不断的导入套管进行热交换，为套管内的液体产生足够的热量从而产生汽化，大大加快套管内液体的加热效率；由于在地层的低温段采用普通水泥浆固井，相当于在套管与地层之间形成一层隔热层，并在对应地层低温段的套管外涂覆隔热涂层，从而有效地避免了汽化上升的蒸汽产生热量散失，使得地层的热源能最大限度地输出，上升蒸汽与地面上螺旋板内的冷水最大限度地进行热量交换，提高地热的使用效率，大大提高地热井的产热量。
2. 本发明在单井内实现封闭的循环，仅施工一口干热岩井便可实现高温岩层内热能的提取，具有只取热不取水的特点，利用过程不影响地下水位及地下水环境，能够有效保护地热资源，消除地下水位下降和地面沉降的不利影响；井筒的套管内使用的循环水处于密闭状态，不与地层直接接触，有效避免地面换热系统运行中的腐蚀、堵塞等问题，能使设备表面腐蚀和杂质沉积的问题最小化。
3. 本发明仅施工一口干热岩井便可实现地热能提取，相对于多井取热来说减少了水量需求，节约钻井费用，且系统运行简单，可控程度高。
附图说明
图1为本发明地热井及换热器结构示意图；
图2位本发明所述换热器俯视剖视图；
图中各序号及对应的结构名称如下：
1-井筒，2-套管，3-浮箍，4-导热水泥环，5-隔热水泥环，6-通孔，7-导热带，8-换热器，9-壳体，10-螺旋板，11-出水管，12-进水管，13-连通管，14-连接部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
提高地热井产热能力的工艺，通过导热固井技术、增导压裂技术来提高岩层中地热能导入地热井的能力，再通过螺旋板式冷凝段重力热管换热器完成高效的取热换热利用的地热井新工艺；具体的工艺流程如下：完成地热井钻井、下套管后，进行导热固井，即在地层低温段注入隔热水泥浆、在地层高温段注入导热水泥浆完成固井；待固井的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的套管内进行分段射孔、压裂，在高温岩层中产生裂缝，并向裂缝内填充导热材料形成从套管延伸到岩层的导热带；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器的冷凝段，最终形成岩层快速传热、井筒高效换热的高产地热井系统。
所述导热固井技术的工艺如下：
（1）钻井达到设计的深度后，向井筒1内下入套管2，并在套管2底部安装浮箍3，套管外径小于井筒；
（2）固井：先向套管2内注入隔热水泥浆，再向套管2内注入导热水泥浆，注入的隔热水泥浆与导热水泥浆通过浮箍3进入套管2与井筒之间的环形空间内，由井筒底部向上填充，隔热水泥浆和导热水泥浆注入量达到设计量后，将胶塞置入套管内，并使胶塞密封浮箍3，使得先注入的隔热水泥浆处于地层低温段的环形空间进行固定，形成隔热水泥环5，后注入的导热水泥浆处于地层高温段的环形空间进行固定，形成导热水泥环4，完成导热固井。
所述的增导压裂技术工艺如下：
（1）射孔：完成导热固井工艺并待隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的不同高度上从套管2内进行分段射孔，射出的通孔6射穿套管2、导热水泥环4及高温地层；
（2）压裂：射孔后以水为压裂液采用压裂系统向通孔6处进行水力压裂，使岩层破裂产生裂缝，岩层产生裂缝后，采用压裂系统向裂缝中高压注入带有导热填料的填充液，使裂缝向前延伸并填以导热填料，直至裂缝延伸到预设的长度；压裂采用限流压裂技术或水力喷砂压裂技术；
（3）保压：压裂结束后对地热井保压、缓慢降压，填充液中的水回流到套管2内，导热填料沉降停留在裂缝中并闭合裂缝，形成导热带7，再在射出的通孔6处下入封堵短管，用胀管方法封堵射孔压裂时管壁上的孔，胀管处应能承受套管内的压力，避免套管2管壁泄压，完成增导压裂工艺。
所述重力热管换热器的冷凝段与套管2对接安装，所述的冷凝段包括壳体9、螺旋板10，螺旋板10安装于壳体9内，冷凝段的壳体9内安装竖直的螺旋板10作为重力热管换热器的管程，套管2和与其连接的壳体9一起作为重力热管换热器的管壳，套管2对应于导热水泥环4的管段为重力热管换热器8的蒸发段，套管2对应隔热水泥环5的管段为重力热管换热器的绝热段；所述螺旋板10的内部中空，该螺旋板10的中心位置处沿着其轴线方向上设置有一出水管11，所述出水管11的上端贯穿壳体9顶端并向外延伸，所述出水管11与该螺旋板10的中心端连通，所述螺旋板10的外围端设置有一横向的进水管12，所述进水管12的一端与螺旋板的外围端连通，所述进水管12的另一端贯穿壳体9侧壁并向外延伸；壳体9的侧壁上还设置一连通管13。所述螺旋板10的高度由外围至中心依次递增。
连通管13外连接抽真空装置对该重力热管换热器的内部进行抽真空，抽真空之后再通过所述连通管13往该重力热管换热器的内部加入液态工质，然后将所述连通管密封。液态工质会在蒸发段吸收来自地热层的热量，然后液态工质升温汽化，沿着套管2上升，汽化的工质上升到地面以上的冷凝段时，会与所述螺旋板10内的冷水进行换热工作，换热之后汽态工质会变成液态，在重力的作用下回流到蒸发段再次受热蒸发，如此循环，所述螺旋板10内的水在吸热升温之后变成热水，最后会在外部水泵的作用下从所述出水管11出来。
所述固井技术工艺中的隔热水泥浆由普通水泥与水混合配置，所述导热水泥浆由普通水泥、导热填料和水混合配置，所述导热水泥浆中普通水泥与导热填料的重量配比为100:（5-100），其中导热填料的细度为0.04mm-0.5mm。
所述固井技术工艺中向井筒1内下入的套管2，对应于地层低温段的套管外壁上涂覆绝热涂层，避免上升的蒸汽与地层低温段进行热量交换，造成热量散失；所述重力热管换热器冷凝段的壳体9外壁涂覆绝热涂层，出水管11的外壁涂覆绝热涂层，减小换热过程中的热量损失，使螺旋板10内的常温水能最大限度地吸收来自高温地层的热量。
所述增导压裂技术中的填充液为水与导热填料的混合液，水与导热填料的重量配比为100:（5-60），其中导热填料为粉末状或粒径为0.15-0.45mm、0.45-0.90mm或0.85-1.20mm的颗粒状。
所述的固井工艺技术或增导压裂技术中的导热填料均可采用包括石墨烯、高导热碳粉、银、铜、金、铝、钠、钼、钨、锌、镍、铁、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种成分。
所述重力热管换热器冷凝段的壳体9直径大于套管2的直径，壳体9的下端与套管2的连接部14程上大下小的锥形，便于上升的蒸汽冷凝后回流到地热井的套管2内。
本发明所述的地热井工作原理如下：如图1-2所示，以下入井筒1内的套管2和壳体9连接作为重力热管换热器的管壳，再在井筒顶部上方安装螺旋板式的冷凝段，在生产时，将外部抽真空装置与连通管13连接，对套管2及冷凝段套管内进行抽真空形成负压，然后再通过连通管2向套管2内加入常温水，水进入井筒内部，由于地层高温段的固井材料为导热水泥环4，且在地层高温段填充有高导热材料的导热带7，可将远离井筒的岩层中的热量快速且源源不断的进入套管2进行热量交换，进入井筒底部的常温水在地层高温段得到快速加热，升温汽化后蒸汽在压差下上升到重力热管换热器的冷凝段，在冷凝段内的螺旋板10通过进水管12注入常温水，螺旋板10内的水与上升的蒸汽进行换热，换热加热后的热水从出水管11输出，供地面取暖等，换热之后的蒸汽凝结成水滴，在重力作用下通过锥形的连接部回流到套管2内，并在套管2内的地层高温段再次进行加热汽化，完成一个循环过程，这样周而复始地循环，将地热源源不断地向外输出进行利用。
本发明所述的地热井，在地层的高温段采用导热水泥浆固井，并且在地层高温段设置具有高导热能力的导热带，从而将远离井筒的岩层中的热量快速且源源不断的导入套管进行热交换，为套管2内的液体产生足够的热量从而产生汽化，大大加快套管2内液体的加热效率；由于在地层的低温段采用普通水泥浆固井，相当于在套管与地层之间形成一层隔热层，并在对应地层低温段的套管外涂覆隔热涂层，从而有效地避免了汽化上升的蒸汽产生热量散失，使得地层的热源能最大限度地输出，上升蒸汽与地面上螺旋板10内的冷水最大限度地进行热量交换，提高地热的使用效率，大大提高地热井的产热量。
本发明在单井内实现封闭的循环，仅施工一口干热岩井便可实现高温岩层内热能的提取，具有只取热不取水的特点，利用过程不影响地下水位及地下水环境，能够有效保护地热资源，消除地下水位下降和地面沉降的不利影响；井筒的套管内使用的循环水处于密闭状态，不与地层直接接触，有效避免地面换热系统运行中的腐蚀、堵塞等问题，能使设备表面腐蚀和杂质沉积的问题最小化。
本发明仅施工一口干热岩井便可实现地热能提取，相对于多井取热来说减少了水量需求，节约钻井费用，且系统运行简单，可控程度高。
在本发明中地热井的设置形式为直井，除了本发明所列举的形式，任何其它形式的地热井，如U型对接井、L型井等，利用本发明形式，都在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.提高地热井产热能力的工艺，其特征在于，通过导热固井技术、增导压裂技术来提高岩层中地热能导入地热井的能力，再通过螺旋板式冷凝段重力热管换热器完成高效的取热换热利用的地热井新工艺；具体的工艺流程如下：完成地热井钻井、下套管后，进行导热固井，即在地层低温段注入隔热水泥浆、在地层高温段注入导热水泥浆完成固井；待固井的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的套管内进行分段射孔、压裂，在高温岩层中产生裂缝，并向裂缝内填充导热材料形成从套管延伸到岩层的导热带；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器的冷凝段，最终形成岩层快速传热、井筒高效换热的高产地热井系统；
所述导热固井技术的工艺如下：(1)钻井达到设计的深度后，向井筒(1)内下入套管(2)，并在套管(2)底部安装浮箍(3)，套管外径小于井筒；(2)固井：先向套管(2)内注入隔热水泥浆，再向套管(2)内注入导热水泥浆，注入的隔热水泥浆与导热水泥浆通过浮箍(3)进入套管(2)与井筒之间的环形空间内，由井筒底部向上填充，隔热水泥浆和导热水泥浆注入量达到设计量后，将胶塞置入套管内，并使胶塞密封浮箍(3)，使得先注入的隔热水泥浆处于地层低温段的环形空间进行固定，形成隔热水泥环(5)，后注入的导热水泥浆处于地层高温段的环形空间进行固定，形成导热水泥环(4)，完成导热固井；
所述的增导压裂技术工艺如下：(1)射孔：完成导热固井工艺并待隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的不同高度上从套管(2)内进行分段射孔，射出的通孔(6)射穿套管(2)、导热水泥环(4)及高温地层；(2)压裂：射孔后以水为压裂液采用压裂系统向通孔(6)处进行水力压裂，使岩层破裂产生裂缝，岩层产生裂缝后，采用压裂系统向裂缝中高压注入带有导热填料的填充液，使裂缝向前延伸并填以导热填料，直至裂缝延伸到预设的长度；(3)保压：压裂结束后对地热井保压、缓慢降压，填充液中的水回流到套管(2)内，导热填料沉降停留在裂缝中并闭合裂缝，形成导热带(7)，再在射出的通孔(6)处下入封堵短管，用胀管方法封堵射孔压裂时管壁上的孔，胀管处应能承受套管内的压力，避免套管(2)管壁泄压，完成增导压裂工艺；
所述重力热管换热器的冷凝段与套管(2)对接安装，所述的冷凝段包括壳体(9)、螺旋板(10)，所述螺旋板(10)安装于壳体(9)内，冷凝段的壳体(9)内安装竖直的螺旋板(10)作为重力热管换热器的管程，套管(2)和与其连接的壳体(9)一起作为重力热管换热器的管壳，套管(2)对应于导热水泥环(4)段为重力热管换热器(8)的蒸发段，套管(2)对应隔热水泥环(5)段为重力热管换热器的绝热段；所述螺旋板(10)的内部中空，该螺旋板(10)的中心位置处沿着其轴线方向上设置有一出水管(11)，所述出水管(11)的上端贯穿壳体(9)顶端并向外延伸，所述出水管(11)与该螺旋板(10)的中心端连通，所述螺旋板(10)的外围端设置有一横向的进水管(12)，所述进水管(12)的一端与螺旋板的外围端连通，所述进水管(12)的另一端贯穿壳体(9)侧壁并向外延伸；壳体(9)的侧壁上还设置一连通管(13)。
2.如权利要求1所述提高地热井产热能力的工艺，其特征在于：所述固井技术工艺中的隔热水泥浆由普通水泥与水混合配置，所述导热水泥浆由普通水泥、导热填料和水混合配置，所述导热水泥浆中普通水泥与导热填料的重量配比为100:(5-100)，其中导热填料的细度为0.04mm-0.5mm。
3.如权利要求2所述提高地热井产热能力的工艺，其特征在于：所述固井技术工艺中向井筒(1)内下入的套管(2)，对应于地层低温段的套管外壁上涂覆绝热涂层；所述重力热管换热器冷凝段的壳体(9)外壁涂覆绝热涂层，出水管(11)的外壁涂覆绝热涂层。
4.如权利要求1所述提高地热井产热能力的工艺，其特征在于：所述增导压裂技术中的填充液为水与导热填料的混合液，水与导热填料的重量配比为100:(5-60)，其中导热填料为粉末状或粒径为0.15-0.45mm、0.45-0.90mm或0.85-1.20mm的颗粒状。
5.如权利要求2或4任一项所述提高地热井产热能力的工艺，其特征在于：所述的导热填料包括石墨烯、高导热碳粉、银、铜、金、铝、钠、钼、钨、锌、镍、铁、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种成分。
6.如权利要求1所述提高地热井产热能力的工艺，其特征在于：所述重力热管换热器冷凝段的壳体(9)直径大于套管(2)的直径，壳体(9)的下端与套管(2)的连接部(14)程上大下小的锥形。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811476503.0A CN109403917B (zh) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | 提高地热井产热能力的工艺 |
| PCT/CN2019/088844 WO2020113914A1 (zh) | 2018-12-05 | 2019-05-28 | 提高地热井产热能力的工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811476503.0A CN109403917B (zh) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | 提高地热井产热能力的工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109403917A CN109403917A (zh) | 2019-03-01 |
| CN109403917B true CN109403917B (zh) | 2023-07-11 |
Family
ID=65457192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811476503.0A Active CN109403917B (zh) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | 提高地热井产热能力的工艺 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109403917B (zh) |
| WO (1) | WO2020113914A1 (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021528584A (ja) | 2018-06-20 | 2021-10-21 | マクベイ, デイビッド アランMCBAY, David Alan | 地熱塩水流体から熱エネルギーを抽出するための方法、システム及び装置 |
| CN109403917B (zh) * | 2018-12-05 | 2023-07-11 | 田振林 | 提高地热井产热能力的工艺 |
| CN109931036A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-06-25 | 田振林 | 石油或天然气开采中地热与油气共采的方法 |
| CN110311456B (zh) * | 2019-07-02 | 2020-09-04 | 刘荣华 | 一种下拉地热式新能源发电设备组 |
| CN111517730A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-08-11 | 付万春 | 自生导热渗透石的压裂水泥浆及应用 |
| CN111750551B (zh) * | 2020-06-24 | 2021-02-02 | 中建一局集团建设发展有限公司 | 一种基于多功能袖阀管的能源桩预埋管路系统和方法 |
| CN113374659B (zh) * | 2021-06-18 | 2023-05-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种基于二氧化碳闭式循环的干热岩发电系统 |
| CN113704941B (zh) * | 2021-09-01 | 2024-06-07 | 北京中地金石科技有限公司 | 一种深层套管换热器传热模型计算方法 |
| CN113865128A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-31 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种增强型超长重力热管地热开发系统 |
| CN114370382A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-04-19 | 四川纳川致远新能源科技有限公司 | 基于微波辅助加热的单井循环取热废弃井发电系统 |
| CN114961657A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-30 | 吉林大学 | 一种井下高效换热系统构建方法 |
| CN114876439A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-08-09 | 张�林 | 一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2211300C1 (ru) * | 2001-12-27 | 2003-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Подземгазпром" | Способ ремонта скважин подземных резервуаров |
| KR20170016802A (ko) * | 2015-08-04 | 2017-02-14 | 산동 아카데미 오브 에그리컬쳐 사이언스 | 열교환기, 지중 열교환기 및 지열 히트 펌프 공조 시스템 |
| CN207620781U (zh) * | 2017-03-06 | 2018-07-17 | 中国石油集团钻井工程技术研究院 | 一种增强水热型地热完井系统 |
| CN207863940U (zh) * | 2018-01-30 | 2018-09-14 | 程煦 | 一种利用热管技术的页岩气开采系统 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4094356A (en) * | 1977-01-06 | 1978-06-13 | Whewell Frank Ash | Geothermal heat recovery system |
| AT358081B (de) * | 1977-10-28 | 1980-08-25 | Kabel Metallwerke Ghh | Vorrichtung zum transport von waermeenergie |
| US8418465B2 (en) * | 2009-07-23 | 2013-04-16 | Foi Group, Llc | Geothermal heat transfer and intensification system and method |
| WO2013004277A1 (en) * | 2011-07-01 | 2013-01-10 | Statoil Petroleum As | Subsea heat exchanger and method for temperature control |
| WO2013112900A2 (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Deep Well Power, LLC | Single well, self-flowing geothermal system for energy extraction |
| JP2016118078A (ja) * | 2014-12-23 | 2016-06-30 | ソリューション・クリエイターズ株式会社 | 地熱抽出の促進方法及び地熱抽出促進型閉ループ循環地熱発電システム |
| CN105863569A (zh) * | 2016-04-14 | 2016-08-17 | 中国石油大学(华东) | 一种单井压裂重力自循环开采干热岩地热方法 |
| CN108691527A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-10-23 | 尚世龙 | 一种单井携热介质开发水热型地热能的方法 |
| CN207348838U (zh) * | 2017-03-06 | 2018-05-11 | 中国石油集团钻井工程技术研究院 | 一种单井循环增强型地热完井系统 |
| CN106948795B (zh) * | 2017-03-30 | 2019-09-06 | 中国石油大学(北京) | 一种多分支水平井闭式循环开发水热型地热的方法 |
| CN107676996A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-09 | 上海中金能源投资有限公司 | 地热井内换热器及地热井固井工艺 |
| CN107975953B (zh) * | 2017-12-01 | 2023-09-08 | 西安交通大学 | 一种提取干热岩地热能内翅换热结构及梯级利用方法 |
| CN108332440A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-07-27 | 吉林大学 | 一种中深层地热地下增强型换热系统及换热方法 |
| CN109403917B (zh) * | 2018-12-05 | 2023-07-11 | 田振林 | 提高地热井产热能力的工艺 |
-
2018
- 2018-12-05 CN CN201811476503.0A patent/CN109403917B/zh active Active
-
2019
- 2019-05-28 WO PCT/CN2019/088844 patent/WO2020113914A1/zh active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2211300C1 (ru) * | 2001-12-27 | 2003-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Подземгазпром" | Способ ремонта скважин подземных резервуаров |
| KR20170016802A (ko) * | 2015-08-04 | 2017-02-14 | 산동 아카데미 오브 에그리컬쳐 사이언스 | 열교환기, 지중 열교환기 및 지열 히트 펌프 공조 시스템 |
| CN207620781U (zh) * | 2017-03-06 | 2018-07-17 | 中国石油集团钻井工程技术研究院 | 一种增强水热型地热完井系统 |
| CN207863940U (zh) * | 2018-01-30 | 2018-09-14 | 程煦 | 一种利用热管技术的页岩气开采系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109403917A (zh) | 2019-03-01 |
| WO2020113914A1 (zh) | 2020-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109403917B (zh) | 提高地热井产热能力的工艺 | |
| US4912941A (en) | Method and apparatus for extracting and utilizing geothermal energy | |
| US8650875B2 (en) | Direct exchange geothermal refrigerant power advanced generating system | |
| CN101832673B (zh) | 利用油层套管传导地下热能再利用的方法及装置 | |
| CN101696829A (zh) | 地热能远距离传热储能的方法、其装置及应用 | |
| CN104034074A (zh) | 一种动力辅助巨型热管的地热能开发系统 | |
| CN206478882U (zh) | 一种u型井深层地热热传导系统 | |
| CN110986401B (zh) | 采用多分支径向水平井的地热资源开发系统及其方法 | |
| CN105546860A (zh) | 一种提取利用地热能的装置及方法 | |
| CN106839478A (zh) | 一种深层地热热传导根系的建造方法 | |
| CN112682974A (zh) | 一种开采干热岩地热的重力热管地下换热系统及施工方法 | |
| CN112923592A (zh) | 一种中深层无干扰地热能高效同轴换热装置 | |
| CN1206097A (zh) | 提取地热能量的方法和装置 | |
| CN201858918U (zh) | 万米单深井重力热管传热装置 | |
| CN109931036A (zh) | 石油或天然气开采中地热与油气共采的方法 | |
| CN207540178U (zh) | 中深层地热井内蓄热换热器 | |
| CN207585119U (zh) | 双套管式中深层地热井内换热器 | |
| CN106813411B (zh) | 废地热井再利用系统及其施工方法 | |
| CN205561323U (zh) | 一种提取利用地热能的装置 | |
| CN206683260U (zh) | 废地热井再利用系统 | |
| CN214371898U (zh) | 一种具有真空隔热机构的双层油套管式井下换热器 | |
| JPH0733819B2 (ja) | 地熱エネルギを抽出して利用する方法 | |
| CN112303942B (zh) | 一种干热岩非压裂对接井取热装置 | |
| CN106885385B (zh) | 单井干热岩热能提取系统 | |
| CN206785571U (zh) | 单井干热岩发电系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |