CN114688752A - 一种地热井改造方法 - Google Patents

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韩效忠
梁敏
马国强
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Abstract

本发明公开了一种地热井改造方法,包括以下步骤:S1洗井后,在井筒内下新型换热器,在新型换热器的两端加装止水器;S2下入中心管至井底,在中心管和套管形成的环形空间设置测温光纤;S3抽取井筒内的流体至换热站,由换热站输送到客户,回水由井筒与中心管之间的空隙注回井筒之中,本发明适用于地热井改造技术领域,通过在废弃地热井花管段加装新型换热管等技术手段对废弃地热井进行技术改造,达到“取热不取水”技术要求,解决废弃地热井废弃问题,达到变废为宝的目的,实现地热资源的清洁高效利用,延长地热井的服务年限,提高其经济效益。

Description

一种地热井改造方法
技术领域
本发明属于地热井改造技术领域,具体是一种地热井改造方法。
背景技术
对于中深层中低温水型地热资源,我国现有的地热开采方式是通过抽取地下热水到地面,由地面供热管网输送到客户,通过热交换的方式将热水的热能交换出来,以达到冬季取暖的目的,广泛应用于供暖、理疗、种植、养殖等领域。按照我国现行的地热开发利用规范要求,必须对地热供暖尾水进行回灌处理,回灌率要达至95%以上。但我国地热井的回灌率普遍低于50%,大量地热井面临关停的风险。
由于我国前期地热资源粗放式的开发利用,地热供暖尾水的大量排放,不但造成了资源严重浪费,并且还导致了热储压力不断下降、抽水耗能不断增加,高矿化度地热尾水对周边地表水、地下水及土壤造成了污染;同时,由于粗放式的地热开发,加剧了我国北方缺少地区超采地下水的现状,加剧了地面沉降、地裂缝等地质灾害。
由于砂岩热储地质条件复杂、储层压力巨大,造成了地热尾水回灌难度大,热储层易发生堵塞而使回灌量迅速衰减,尾水回灌成本高。同时,尾水回灌还有可能造成储层污染,进而污染整合深层地下水系统,形成生态灾难。
我国现有数量众多的传统取热方式的地热井,如果其不能达到“取热不取水”技术要求,在不久的将来将全部关停。如果直接将这些采用传统取热技术的地热井全部关闭废弃,将是巨大的资源浪费。本发明立足于废弃地热井的改造,采用“取热不取水”技术对其进行改造,使其符合生态环保的要求,使地热能真正成为一种绿色环保、低碳节能、可循环利用的可再生清洁经济能源。
对于中深层中低温水型地热资源,我国现有的地热开采方式是通过抽取地下热水,通过热交换的方式将热水的热能交换出来,以达到取热的目的。地热供暖尾水的大量排放,不但造成了资源浪严重费,而且还导致了热储压力不断下降、抽水耗能不断增加、周边水土污染;同时,加剧了地面沉降、地裂缝等地质灾害。如果进行尾水回灌,由于砂岩热储地质条件复杂、储层压力巨大,造成了尾水回灌难度大,热储层易发生堵塞而使回灌量衰减迅速,尾水回灌成本高;同时,尾水回灌还有可能造成储层污染,进而污染整合深层地下水系统,形成生态灾难。
对于中深层中低温水型地热资源普遍埋深在2000米以下,钻井成本较高,同时由于现有“取热不取水”技术存在热功效低,仅为传统地热取热技术热功效的十分之一,造成“取热不取水”难以推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种地热井改造方法。
为实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种地热井改造方法,包括以下步骤:
S1洗井后,在井筒内下新型换热器,在新型换热器的两端加装止水器;
S2下入中心管至井底,在中心管和套管形成的环形空间设置测温光纤;
S3抽取井筒内的流体至换热站,由换热站输送到客户,回水由井筒与中心管之间的空隙注回井筒之中。
优选的,所述步骤S1中,洗井包括:将地热井内的泥沙洗出,疏通热储层。
优选的,所述步骤S1中,新型换热器与花管之间空隙为10mm,新型换热器的长度大于热储层的厚度,二开套管直径≥177.8×9.19mm。
优选的,所述步骤S1中,新型换热器材质采用7075铝合金、6061铝合金、2024铝合金其中之一。
优选的,所述步骤S1中,止水器采用倒伞状结构,其内径与新型换热器的外径一致,其外径大于其内径20mm,其材质为氯橡胶,适用温度-280℃~240℃。
优选的,所述步骤S2中,中心管为PEC保温管,根据井底温度的变化调节抽采流量,速率为0~30m3/h,回水温度高于0℃。
优选的,回水温度为5℃~10℃。
优选的,回水温度过低时减少抽采流量;回水温度≤0℃,换热系统工作机组停机。
优选的,所述步骤S2中,还包括:在中心管下部加装井下换热器深度以下部分以及井下换热器深度以上10m部分,开设圆形孔洞,圆形孔洞直径为10~20mm,采用螺旋式布设,孔间距50~100mm。
优选的,所述步骤S3中,供热交换器管网将热量换给用户管网,热水流经集水器,根据取暖需求,分区泵送至各采暖单位,回水经过滤器除锈、除垢,再次进入梯级供热交换器管网取热,循环往复;
当回水温度降至设计的回水温度,换热站内的水泵将回水通过井筒与中心管之间的空隙注回井筒之中,循环往复。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明中,通过在废弃地热井花管段加装新型换热管等技术手段对废弃地热井进行技术改造,达到“取热不取水”技术要求,解决废弃地热井废弃问题,达到变废为宝的目的,实现地热资源的清洁高效利用,延长地热井的服务年限,提高其经济效益。
附图说明
图1是本发明一种地热井改造方法中地热井整体结构示意图。
附图标记:1、地层;2、热储层;3、井壁;4、套管壁;5、一开套管;6、二开套管;7、花管;8、砾料;9、中心管;10、中心管开孔段;11、止水器;12、新型换热器;13、一开套管;14、二开套管;15、中心管与二开套管之间的空隙;16、新型换热器与花管之间的空隙。
具体实施方式
以下结合附图1,进一步说明本发明一种地热井改造方法的具体实施方式。本发明一种地热井改造方法不限于以下实施例的描述。
实施例1:
本实施例给出一种地热井改造方法的具体实施方式,如图1所示,包括以下步骤:
S1洗井后,在井筒内下新型换热器12,在新型换热器12的两端加装止水器11,阻断热储层2与井筒之间的联系,使井筒、新型换热器12成为一个封闭空间,阻断了热储层2流体与井筒内流体之间的物质交换,通过热传层将热储层2内的热量传递到井筒之中,加热井筒内的流体;
S2下入中心管9至井底,在中心管9和套管形成的环形空间设置测温光纤;
S3抽取井筒内的流体至换热站,由换热站输送到客户,回水由井筒与中心管9之间的空隙注回井筒之中。
进一步的,图1中,1为地层;2为热储层;3为井壁;4为套管壁;5为一开套管;6为二开套管;7为花管;8为砾料;9为中心管;10为中心管开孔段;11为伞状止水器;12为新型换热器;13为一开套管;14为二开套管;15为中心管与二开套管之间的空隙;16为新型换热器与花管之间的空隙。
进一步的,步骤S1中,洗井包括:将地热井内的泥沙洗出,疏通热储层2,增加热储层2的渗透率。
进一步的,步骤S1中,新型换热器与花管之间空隙16为10mm,新型换热器12的长度大于热储层2的厚度,二开套管6直径≥177.8×9.19mm。
进一步的,步骤S1中,新型换热器12材质采用7075铝合金、6061铝合金、2024铝合金其中之一。
其中:
7075铝合金是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性,其参数如下:抗拉强度≥524Mpa,0.2%屈服强度≥455Mpa:伸长率11%,弹性模量71Gpa,硬度≥150HB,密度2810kg/m3,热传导系为173/m·K。外径直径≥157.8mm,厚度≥8.94mm;
2024铝合金为铝-铜-镁系中的典型硬铝合金,属可热处理合金,强度高,易加工,易车削,抗腐蚀性一般。2024铝棒经热处理后,机械性能显著提高,其参数如下:抗拉强度≥470MPa,0.2%屈服强度≥325MPa,伸长率10%,疲劳强度≥105MPa,硬度120HB。密度2730kg/m3。热传导系为236/m·K;
6061铝合金主要含有镁和硅两种元素,是一种冷处理铝锻造产品,适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好,容易涂层,加工性好。其参数如下:抗拉强度≥290MPa,0.2%屈服强度≥240MPa,伸长率8%,疲劳强度≥62MPa,硬度88HB。密度2800kg/m3。热传导系为209/m·K。
进一步的,步骤S1中,止水器11采用倒伞状结构,其内径与新型换热器12的外径一致,其外径大于其内径20mm,其材质为氯橡胶,适用温度-280℃~240℃,具有耐高温、耐腐蚀、抗静电的特点。
进一步的,地层1岩土内的热量以钢质井筒的媒介通过热传导将热量传导给井筒内的流体并将其加热,二者之间通过井筒进行热量交换。
进一步的,步骤S2中,中心管9为PEC保温管,根据井底温度的变化调节抽采流量,速率为0~30m3/h,回水温度高于0℃。
进一步的,回水温度为5℃~10℃。
进一步的,回水温度过低时减少抽采流量;回水温度≤0℃,换热系统工作机组停机。
进一步的,步骤S2中,还包括:由于在花管7段增加了新型换热器12,井下换热器与中心管9之间的空隙减少。为了防止由于井下换热器与中心管9之间的空隙减少而造成的水泵功耗增加,在中心管9下部加装井下换热器深度以下部分以及井下换热器深度以上10m部分,开设圆形孔洞,圆形孔洞直径为10~20mm,采用螺旋式布设,孔间距50~100mm。
进一步的,步骤S3中,供热交换器管网将热量换给用户管网,热水流经集水器,根据取暖需求,分区泵送至各采暖单位,回水经过滤器除锈、除垢,再次进入梯级供热交换器管网取热,循环往复;
当回水温度降至设计的回水温度,换热站内的水泵将回水通过井筒与中心管9之间的空隙注回井筒之中,循环往复。
通过采用上述技术方案:
本发明立足于废弃地热井的改造,采用“取热不取水”技术对其进行改造,使其只换取热储层和地层岩土内的热量,与外界不进行物质交换,使地热能真正成为一种绿色低碳、可循环利用的可再生清洁能源。
对于中深层中低温水型地热资源,我国现有的地热开采方式是通过抽取地下热水到地面,由地面供热管网输送到客户,通过热交换的方式将热水的热能交换出来,以达到冬季取暖的目的。传统的地热井热储层部分下的是花管,井筒与热储是连通,取热需要抽取地下水,存在资源浪费、环境污染以及引发地面沉降地质灾害等一系列资源环境问题。
通过洗井,将废弃地热井内的泥沙洗出,保持井底干净,同时疏通热储层,增加热储层的渗透率;在热储层段(花管段)下新型换热器12,以止水伞将新型换热器12上下两端进行封堵,阻断热储层2与井筒之间的联系,使井筒、新型换热器12成为一个封闭空间,热储层2通过新型换热器12传导将热能传导给井筒内的流体,同时地层内岩土热量通过井筒的热传导将热能亦传导给井筒内的流体,将井筒内的流体加热。由于在花管段增加了新型换热器12,新型换热器12与中心管9之间的空隙减少。为了防止由于新型换热器12与中心管9之间的空隙减少而造成的水泵功耗增加,在中心管9下部即与加装新型换热器12深度以下部分以及新型换热器12深度以上10m部分,设置圆形孔洞,真径为10~20mm,圆孔采用螺旋式布设。通过中心管9抽取井底的热水至地面,进入换热站,由换热站输送到客户,经过热交换水温降低,回水由井筒与中心管9之间空隙的注回井筒之中。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地热井改造方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1洗井后,在井筒内下新型换热器,在新型换热器的两端加装止水器;
S2下入中心管至井底,在中心管和套管形成的环形空间设置测温光纤;
S3抽取井筒内的流体至换热站,由换热站输送到客户,回水由井筒与中心管之间的空隙注回井筒之中。
2.如权利要求1所述的一种地热井改造方法,其特征在于,所述步骤S1中,洗井包括:将地热井内的泥沙洗出,疏通热储层。
3.如权利要求1所述的一种地热井改造方法,其特征在于,所述步骤S1中,新型换热器与花管之间空隙为10mm,新型换热器的长度大于热储层的厚度,二开套管直径≥177.8×9.19mm。
4.如权利要求1所述的一种地热井改造方法,其特征在于,所述步骤S1中,新型换热器材质采用7075铝合金、6061铝合金、2024铝合金其中之一。
5.如权利要求1所述的一种地热井改造方法,其特征在于,所述步骤S1中,止水器采用倒伞状结构,其内径与新型换热器的外径一致,其外径大于其内径20mm,其材质为氯橡胶,适用温度-280℃~240℃。
6.如权利要求1所述的一种地热井改造方法,其特征在于,所述步骤S2中,中心管为PEC保温管,根据井底温度的变化调节抽采流量,速率为0~30m3/h,回水温度高于0℃。
7.如权利要求6所述的一种地热井改造方法,其特征在于:回水温度为5℃~10℃。
8.如权利要求7所述的一种地热井改造方法,其特征在于:回水温度过低时减少抽采流量;回水温度≤0℃,换热系统工作机组停机。
9.如权利要求1所述的一种地热井改造方法,其特征在于,所述步骤S2中,还包括:在中心管下部加装井下换热器深度以下部分以及井下换热器深度以上10m部分,开设圆形孔洞,圆形孔洞直径为10~20mm,采用螺旋式布设,孔间距50~100mm。
10.如权利要求1所述的一种地热井改造方法,其特征在于:所述步骤S3中,供热交换器管网将热量换给用户管网,热水流经集水器,根据取暖需求,分区泵送至各采暖单位,回水经过滤器除锈、除垢,再次进入梯级供热交换器管网取热,循环往复;
当回水温度降至设计的回水温度,换热站内的水泵将回水通过井筒与中心管之间的空隙注回井筒之中,循环往复。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117190515A (zh) * 2023-10-24 2023-12-08 河南省地质研究院 一种废弃井地热资源利用系统

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