CN112303942A - 一种干热岩非压裂对接井取热装置 - Google Patents

一种干热岩非压裂对接井取热装置 Download PDF

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Abstract

一种干热岩非压裂对接井取热装置，所述装置包括注入井、采出井、热交换管、循环泵、封隔器和发电部分；所述注入井和采出井均设置在地下；所述热交换管设置在采出井内；所述热交换管在靠近地表的一端连接发电部分；所述封隔器的一端连接注入井末端，封隔器的另一端连接采出井末端，且采出井内的热交换管穿设封隔器连通至注入井内；所述采出井内增设有隔断板；所述隔断板设置在热交换管外壁和采出井内壁之间；所述采出井靠近地表的一端连接循环泵。本发明最大限度降低了对干热岩层的结构破坏，保障了生产作业的稳定进行，降低了生产成本。

Description

一种干热岩非压裂对接井取热装置
技术领域
本发明涉及一种取热装置，特别是一种不用对干热岩地层进行压裂，只需要对井内进行热交换的取热方法，属于干热岩热能利用技术领域。
背景技术
随着地球能源的枯竭，寻找其他新能源成了人类共同的议题，其中，干热岩以清洁、环保和能源潜力巨大等优势得到了各国的青睐；现对干热岩地层的能源的利用常用方法是建立EGS系统来进行取热发电；EGS系统的原理主要是从地面向地下深处建立两口或多口注入井与采出井形成井组，注入井与采出井井底之间通过人工压裂的方法形成复杂的裂缝网络而连通，通过向注入井中注入常温或低温的高压流体，经由注入井与采出井之间的裂缝流动至采出井并到达地表用于发电，流体在裂缝的流动过程中被有效加热至一定温度，从而实现发电的目的；但是，人工压裂造缝在施工的过程中带来了一系列的问题，干热岩层进行压裂的时候，会打破原有的地质结构，破坏地层稳定性，甚至会影响施工现场周围居住人群的人身安全，所以压裂作业时常会被迫终止；因此，需要一种能够去除人工压裂环节的干热岩取热方法，避免因压裂引起的地下活动事件对居民生产生活造成不利影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种干热岩非压裂对接井取热装置，它不仅能够去除人工压裂环节，降低干热岩层的腐蚀冲刷损害，而且还能够降低生产成本。
本发明所述问题是通过以下技术方案解决的：
一种干热岩非压裂对接井取热装置，所述装置包括注入井、采出井、热交换管、循环泵、封隔器和发电部分；所述注入井和采出井均设置在地下；所述热交换管设置在采出井内；所述热交换管在靠近地表的一端连接发电部分；所述封隔器的一端连接注入井末端，封隔器的另一端连接采出井末端，且采出井内的热交换管穿设封隔器连通至注入井内；所述采出井内增设有隔断板；所述隔断板设置在热交换管外壁和采出井内壁之间，且隔断板设置在采出井直径方向上，隔断板关于采出井轴心对称设置；所述隔断板靠近封隔器的一端不与封隔器接触；所述采出井靠近地表的一端连接循环泵。
上述干热岩非压裂对接井取热装置，所述注入井和热交换管内填充流体；所述采出井和热交换管之间的空腔内填充高温换热介质；所述高温换热介质的流速大于流体的流速。
上述干热岩非压裂对接井取热装置，所述采出井和热交换管之间的空腔被隔断板一分为二，分为两份的空腔分别连接循环泵的注入口和输出口。
上述干热岩非压裂对接井取热装置，所述热交换管的轴心线和采出井的轴心线在相同段内保持一致。
上述干热岩非压裂对接井取热装置，增设有换热片；所述换热片设置在采出井的外壁上，所述换热片的延长线方向和采出井的轴心线方向相同。
本发明通过注入井和采出井的直接结合，不再需要对干热岩层进行人工压裂作业，避免了以往压裂作业带来的安全隐患、成本高和效率低下等问题，大大提高了作业效率；而且，流体不再和干热岩层直接接触，避免了以往流体在干热岩层内流动的时候溶解矿物质导致生产设备结垢的问题，提高了生产设备的使用寿命。
另外，由于流体全程都在管道内流动，不再直接接触干热岩，所以流体的回收率得到了提升，提高了循环利用率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明剖视结构示意图；
图2为本发明采出井部分横截面结构示意图；
图3为本发明采出井部分立体结构示意图；
图4为本发明采出井末端部分半剖式结构示意图。
图中各标号清单为：1.注入井，2.采出井，3.热交换管，4.循环泵，5.高温换热介质，6.封隔器，7.流体，8.隔断板，9.换热片。
具体实施方式
参看图1、2、3和图4，本发明包括注入井1、采出井2、热交换管3、循环泵4、封隔器6和发电部分；在地下钻井眼，将注入井1和采出井2埋设在地下；注入井1为直井；所述注入井1和采出井2均设置有套管以维持井眼稳定，采出井2在生产段下入套管但是不进行固井作业，因为固井水泥的导热性差，会影响干热岩的热量传导到套管内；所述热交换管3设置在采出井2内，热交换管3用于装载流体7，热交换管3的轴心线和采出井2的轴心线在相同段内保持一致，也就是说，热交换管3设置在采出井2每一段的中心位置，这保证了热交换管3内的流体7受到来自采出井2内的高温换热介质5的热量是均匀的；所述热交换管3在靠近地表的一端连接发电部分；流体7在热交换管3被加热后，变成蒸汽，此蒸汽涌出地表进入发电部分推动汽轮机转动从而实现发电的目的；所述封隔器6的一端与注入井1的末端接触，封隔器6的另一端与采出井2的末端接触，且采出井2内的热交换管3穿设封隔器6连通至注入井1内；封隔器6主要是为了隔断高温换热介质5和流体7，避免高温换热介质5和流体7的混合；高温换热介质5在采出井2内是循环流动状态，为了满足这个状态，将热交换管3和采出井2之间的空腔一分为二，两个分隔开的空腔呈反方向流动，实现了循环的目的，所述采出井2内增设有隔断板8；所述隔断板8设置在热交换管3外壁和采出井2内壁之间，且隔断板8设置在采出井2直径方向上，隔断板8关于采出井2轴心对称设置；所述隔断板8靠近封隔器6的一端不与封隔器6接触，之所以隔断板8并没有延伸到封隔器6处，是为了让高温换热介质5能够从采出井2的末端导通循环，使高温换热介质5直接在采出井2末端由半个空腔内流向另半个空腔，从而实现整体循环的目的；为了保证高温换热介质5循环的稳定，以及为了保证高温换热介质5流动的速度大于流体7流动的速度，设置有循环泵4，所述采出井2靠近地表的一端连接循环泵4，循环泵4为采出井2内的高温换热介质5提供循环动力；所述采出井2和热交换管3之间的空腔被隔断板8一分为二，分为两份的空腔分别连接循环泵4的注入口和输出口。
所述注入井1和热交换管3内填充流体7；流体7在热交换管3内流动的过程中不断从高温换热介质5处进行吸热，为了使流体7全程都能够被高温换热介质5充分加热，在采出井2的地表处设置有循环泵4，加速高温换热介质5的循环速度，所述采出井2和热交换管3之间的空腔内填充高温换热介质5；所述高温换热介质5的流速大于流体7的流速。
为了增大采出井2对干热岩的吸热能力，增设有换热片9；所述换热片9设置在采出井2的外壁上，所述换热片9的延长线方向和采出井2的轴心线方向相同；换热片9能够增大采出井2侧壁与干热岩之间的相对接触面积，从而提高热交换效率。
作业步骤如下：
1)将低温或常温的高压地表纯净水由注入井1注入，并沿注入井1到达井底；
2)流体7到达井底之后进入采出井2水平段内部的热交换管3，并在热交换管3中被加热；
3)高温换热介质5吸收地层中的热能被加热，并将热能传导给热交换管3中的换热流体7；
4)高温换热介质5在采出井2与热交换管3之间的环空中循环流动，对热交换管3的换热流体7进行持续加热；
5)被加热后的流体7再经过采出井2内部的热交换管3上返至地面用于发电等利用；
6)发电利用后的流体7再经过加压后进入注入井1，循环往复加热利用。

Claims (5)

1.一种干热岩非压裂对接井取热装置，其特征在于：所述装置包括注入井(1)、采出井(2)、热交换管(3)、循环泵(4)、封隔器(6)和发电部分；所述注入井(1)和采出井(2)均设置在地下；所述热交换管(3)设置在采出井(2)内；所述热交换管(3)在靠近地表的一端连接发电部分；所述封隔器(6)的一端连接注入井(1)末端，封隔器(6)的另一端连接采出井(2)末端，且采出井(2)内的热交换管(3)穿设封隔器(6)连通至注入井(1)内；所述采出井(2)内增设有隔断板(8)；所述隔断板(8)设置在热交换管(3)外壁和采出井(2)内壁之间，且隔断板(8)设置在采出井(2)直径方向上，隔断板(8)关于采出井(2)轴心对称设置；所述隔断板(8)靠近封隔器(6)的一端不与封隔器(6)接触；所述采出井(2)靠近地表的一端连接循环泵(4)。
2.根据权利要求1所述的干热岩非压裂对接井取热装置，其特征在于：所述注入井(1)和热交换管(3)内填充流体(7)；所述采出井(2)和热交换管(3)之间的空腔内填充高温换热介质(5)；所述高温换热介质(5)的流速大于流体(7)的流速。
3.根据权利要求2所述的干热岩非压裂对接井取热装置，其特征在于：所述采出井(2)和热交换管(3)之间的空腔被隔断板(8)一分为二，分为两份的空腔分别连接循环泵(4)的注入口和输出口。
4.根据权利要求3所述的干热岩非压裂对接井取热装置，其特征在于：所述热交换管(3)的轴心线和采出井(2)的轴心线在相同段内保持一致。
5.根据权利要求4所述的干热岩非压裂对接井取热装置，其特征在于：增设有换热片(9)；所述换热片(9)设置在采出井(2)的外壁上，所述换热片(9)的延长线方向和采出井(2)的轴心线方向相同。
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