CN112113358A - 深层地热开发完井取热装置及完井取热装置制造方法 - Google Patents

深层地热开发完井取热装置及完井取热装置制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深层地热开发完井取热装置及完井取热装置制造方法，该装置包括：外管以及设置在所述外管内的至少一个取热循环管，取热循环管中设置有取热介质，取热循环管与外部取热装置连接；所述深层地热开发完井取热装置进入至少一个地热源；与地热源对应位置处的外管和取热循环管之间设置有第一填充料，不与地热源对应位置处的外管和取热循环管之间设置有第二填充料，与地热源对应位置处的外管和取热循环管采用导热系数大于或等于100W/mK的材料，不与地热源对应位置处的外管和取热循环管采用导热系数小于或等于0.2W/mK的材料。本发明解决了现有技术的深层地热开发回灌水容易造成地层污染的技术问题。

Description

深层地热开发完井取热装置及完井取热装置制造方法
技术领域
本发明涉及地热开采领域，具体而言，涉及一种深层地热开发完井取热装置及完井取热装置制造方法。
背景技术
地热是一种重要的能源，其可以分为浅层地热、深层地热等。深层地热的开发方式与传统钻井、采油类似，通过打井到深层的优质地热源(干热岩等)，从地层中取热水获得热能。在深层地热的开发中，一般要求取出的水要百分之百回灌，保证地层的压力平衡，同时回灌水必须清洁无污染。在深层地热井钻完井之后，可以通过从油管注入，从油套环空取热水的方式进行热能开采，或者从油套环空注入，从油管采出的方式进行热能开采。上述深层地热的开采方式面临着地层污染、回灌不充分等诸多问题。
为了解决上述的现有技术中的至少一个技术问题，本发明提出了一种深层地热开发完井取热装置及完井取热装置制造方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种深层地热开发完井取热装置及完井取热装置制造方法，以解决现有技术的深层地热开发的回灌水容易造成地层污染的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种深层地热开发完井取热装置，该装置包括：外管以及设置在所述外管内的至少一个取热循环管，其中：
所述取热循环管中设置有取热介质，所述取热循环管与外部取热装置连接；所述深层地热开发完井取热装置进入至少一个地热源；所述深层地热开发完井取热装置与所述地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管之间设置有第一填充料，所述深层地热开发完井取热装置不与所述地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管之间设置有第二填充料；所述深层地热开发完井取热装置与所述地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管采用导热系数大于或等于100W/mK的材料，所述深层地热开发完井取热装置不与所述地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管采用导热系数小于或等于0.2W/mK的材料。
进一步的，所述第一填充料的导热系数大于或等于10W/mK。
进一步的，所述第二填充料的导热系数小于或等于0.5W/mK。
进一步的，还包括：下接头，所述下接头设置在所述外管的底部。
进一步的，所述下接头包括引鞋或筛管。
进一步的，所述取热循环管包括：U形管。
进一步的，所述取热介质包括：液体取热介质或气体取热介质。
进一步的，所述外管为圆管。
为了实现上述目的，基于本发明的另一方面，提供了一种完井取热装置制造方法，用于制造上述深层地热开发完井取热装置，该完井取热装置制造方法包括：
获取目标完井的地质信息，并根据所述地质信息确定至少一个目标地热源距地面的距离；
根据最深的目标地热源的所述距离确定外管以及取热循环管的尺寸；
采用导热系数大于或等于100W/mK的材料制作与所述目标地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管，采用导热系数小于或等于0.2W/mK的材料制作不与所述目标地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管；
在与所述目标地热源对应的位置处的所述外管和所述取热循环管之间装填第一填充料，在不与所述目标地热源对应的位置处的所述外管和所述取热循环管之间装填第二填充料。
进一步的，所述第一填充料的导热系数大于或等于50W/mK，所述第二填充料的导热系数小于或等于0.3W/mK。
本发明的有益效果为：本发明针对基于完井的深层地热的开发，提出了一种深层取热完井管柱，其可以保证水等取热介质在取热循环管中封闭循环，不会造成地层的污染，同时具有生产完井施工过程安全、便利、高效等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明实施例深层地热开发完井取热装置的剖面示意图；
图2是本发明实施例深层地热开发完井取热装置的示意图；
图3是本发明实施例完井取热装置制造方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。
在本发明中，术语“上”、“下”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例深层地热开发完井取热装置的剖面示意图，如图1所示，本发明实施例的深层地热开发完井取热装置包括：外管1、取热循环管2、填充料3以及下接头4。
如图1和图2所示，取热循环管2设置在外管1内，取热循环管2和外管1之间通过填充料3进行固定，取热循环管2的循环口从外管1的顶端伸出。下接头4设置在外管1的底部，用于保护取热循环管2。
在本发明的实施例中，取热循环管2包括取热介质入口和取热介质出口，取热介质入口和取热介质出口均设置在外管1的顶端。工作时，取热循环管2中充满取热介质，取热介质入口和取热介质出口与外部取热装置连接。该外部取热装置用于提供取热循环管2内取热介质循环的动力，并从取热介质中获得热能。在本发明的可选实施例中，外部取热装置包括取热泵。
在本发明的实施例中，外管1内也可以设置多个取热循环管2，用于进一步提高取热的效果及效率。在本发明的可选实施例中，取热循环管2可以采用多种形状，例如如图1所示的实施例中的U形管。在本发明的其他实施例中，取热循环管2也可以采用螺旋管、环形管等。
如图2所示，在本发明的实施例中，外管1为规则的圆管，无接箍，便于与井口连接，便于井口防喷器操作，或者是不压井作业。
在本发明的实施例中，下接头4可以是引鞋或筛管等其他工具，能够起到保护取热循环管2的作用，以及用于提升取热循环管2的传热效果。
在本发明的实施例中，取热循环管2中的取热介质可以采用水以及其他液体取热介质，在本发明的其他可选实施例中，取热介质也可以采用二氧化碳等气体取热介质。
在本发明的实施例中，取热循环管2的长度和外管1的长度大致相同，取热循环管2和外管1的长度与完井中目标地热源的深度相关。本发明实施例的深层地热开发完井取热装置在使用时直接下入完井中，该完井取热装置在完井中经过一个或多个地热源，地热源为取热循环管2中循环流动的取热介质进行加热。在本发明的实施例中，该完井取热装置的长度，即取热循环管2和外管1的长度，由最深的目标地热源的深度决定，以使该完井取热装置能够至少部分伸入最深的目标地热源。
在本发明的实施例中，由于地热源的深度往往在几十米甚至上百米，为了在较深的地热源进行取热，取热循环管2和外管1的长度往往也需要达到几十米甚至上百米。在本发明的实施例中，取热循环管2和外管1采用多个连续管进行分段焊接的方式形成，实现长度较长的连续管体。在本发明的可选实施例中，在进行连续管焊接时优选采用直缝焊接的工艺。
在本发明的实施例中，为了进一步提高取热效果及效率，在深层地热开发完井取热装置与目标地热源对应位置处的外管1和取热循环管2之间设置高导热的填充料，采用高导热的填充料能够辅助取热循环管2吸取目标地热源中的热能。同时，在深层地热开发完井取热装置不与目标地热源对应位置处的外管1和取热循环管2之间设置隔热材料作为填充料，该隔热材料用于减少取热介质在取热循环管2中的热损失，将更多的热能带到地面。
在本发明的可选实施例中，上述高导热的填充料为导热系数大于或等于10W/mK的填充料，上述隔热材料为导热系数小于或等于0.5W/mK的材料。
在本发明的可选实施例中，为了进一步提高取热效果及效率，在深层地热开发完井取热装置与目标地热源对应位置处的外管1和取热循环管2可以采用高导热材料，优选的，采用导热系数大于或等于100W/mK的高导热材料，例如某些金属材料。在深层地热开发完井取热装置不与目标地热源对应位置处的外管1和取热循环管2可以采用隔热材料，优选的，采用导热系数小于或等于0.2W/mK的材料。
在本发明的可选实施例中，为了进一步提高取热效果及效率，与目标地热源对应位置处的取热循环管2在外管1内螺旋排列，形成螺旋管，以增大与地热源的接触面积，吸收更多的热量。在不与目标地热源对应位置处的取热循环管2在外管1内直线，形成直管，以减小与地热源的接触面积，减小热量损失。
从以上描述可以看出，本发明实施例的深层地热开发完井取热装置至少具有如下有益效果：
1、水等取热介质可以在取热循环管中封闭循环，与原来使用油管、油套环空循环工质相比，使用该种取热循环管取热不会造成地层的污染，也不会有采出水回灌的问题。
2、由于外管为规则的圆管，无接箍，其与井口的连接方便，便于防喷器操作，或者是不压井作业。使用该圆管进行完井取热，便于平台井、丛式井的地热开发。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种完井取热装置制造方法，用于制造上述实施例所述的深层地热开发完井取热装置，如下面的实施例所述。由于完井取热装置制造方法解决问题的原理与深层地热开发完井取热装置相似，因此完井取热装置制造方法的实施例可以参见上述深层地热开发完井取热装置的实施例，重复之处不再赘述。
图3是本发明实施例完井取热装置制造方法的流程图，如图3所示，本发明实施例的完井取热装置制造方法包括步骤S101至步骤S104。
步骤S101，获取目标完井的地质信息，并根据所述地质信息确定至少一个目标地热源距地面的距离。
步骤S102，根据最深的目标地热源的所述距离确定外管以及取热循环管的尺寸。
步骤S103，采用导热系数大于或等于100W/mK的材料制作与所述目标地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管，采用导热系数小于或等于0.2W/mK的材料制作不与所述目标地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管。
步骤S104，在与所述目标地热源对应的位置处的所述外管和所述取热循环管之间装填第一填充料，在不与所述目标地热源对应的位置处的所述外管和所述取热循环管之间装填第二填充料。
在本发明的可选实施例中，第一填充料为高导热材料，上述高导热材料的导热系数应大于或等于10W/mK。第二填充料为隔热材料，该隔热材料的导热系数应小于或等于0.5W/mK。
在本发明的实施例中，上述第一填充料可以采用导热系数大于或等于50W/mK的高导热材料，上述第二填充料可以采用导热系数小于或等于0.3W/mK的隔热材料。
需要说明的是，在附图的流程图示出的部分步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深层地热开发完井取热装置，其特征在于，包括：外管以及设置在所述外管内的至少一个取热循环管，其中：
所述取热循环管中设置有取热介质，所述取热循环管与外部取热装置连接；所述深层地热开发完井取热装置进入至少一个地热源；所述深层地热开发完井取热装置与所述地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管之间设置有第一填充料，所述深层地热开发完井取热装置不与所述地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管之间设置有第二填充料；所述深层地热开发完井取热装置与所述地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管采用导热系数大于或等于100W/mK的材料，所述深层地热开发完井取热装置不与所述地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管采用导热系数小于或等于0.2W/mK的材料。
2.根据权利要求1所述的深层地热开发完井取热装置，其特征在于，所述第一填充料的导热系数大于或等于10W/mK。
3.根据权利要求1所述的深层地热开发完井取热装置，其特征在于，所述第二填充料的导热系数小于或等于0.5W/mK。
4.根据权利要求1所述的深层地热开发完井取热装置，其特征在于，还包括：下接头，所述下接头设置在所述外管的底部。
5.根据权利要求4所述的深层地热开发完井取热装置，其特征在于，所述下接头包括引鞋或筛管。
6.根据权利要求1所述的深层地热开发完井取热装置，其特征在于，所述取热循环管包括：U形管。
7.根据权利要求1所述的深层地热开发完井取热装置，其特征在于，所述取热介质包括：液体取热介质或气体取热介质。
8.根据权利要求1所述的深层地热开发完井取热装置，其特征在于，所述外管为圆管。
9.一种完井取热装置制造方法，用于制造如权利要求1-8任意之一所述的深层地热开发完井取热装置，其特征在于，包括：
获取目标完井的地质信息，并根据所述地质信息确定至少一个目标地热源距地面的距离；
根据最深的目标地热源的所述距离确定外管以及取热循环管的尺寸；
采用导热系数大于或等于100W/mK的材料制作与所述目标地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管，采用导热系数小于或等于0.2W/mK的材料制作不与所述目标地热源对应位置处的所述外管和所述取热循环管；
在与所述目标地热源对应的位置处的所述外管和所述取热循环管之间装填第一填充料，在不与所述目标地热源对应的位置处的所述外管和所述取热循环管之间装填第二填充料。
10.根据权利要求9所述的完井取热装置制造方法，其特征在于，所述第一填充料的导热系数大于或等于50W/mK，所述第二填充料的导热系数小于或等于0.3W/mK。
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