CN208205484U - 一种干热岩双层水平多分支热交换井 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种干热岩双层水平多分支热交换井，技术方案是，包括注水井和集汽井，注水井和集汽井均伸入地表以下的干热岩层，伸入干热岩层部分的注水井包括水平的注水井水平段，伸入干热岩层部分的集汽井包括水平的集汽井水平段，注水井水平段上设置有与其内腔相连通、呈向两侧水平伸出的多个注水水平段分支井，集汽井水平段上设置有与其内腔相连通、呈向两侧水平伸出的多个集汽水平段分支井，集汽井水平段位于注水井水平段的正上方，集汽水平段分支井位于注水水平段分支井的正上方，本实用新型大大增加干热岩层内注水井和集汽井的热交换面积，提高了热交换的效率，从而热高了干热岩发电的热量利用率，是干热岩热量开发利用上的创新。
Description
技术领域
本实用新型涉及干热岩热交换井，特别是一种干热岩双层水平多分支热交换井。
背景技术
干热岩(HDR)是指地下一种没有水或蒸汽的热岩体，主要是各种变质岩或结晶岩(如花岗岩)类岩体，干热岩受地球深处的热辐射传导或高温岩浆侵入而固化后形成高温岩层，从理论上说，干热岩是一种地热资源。在学术界，干热岩有时被称为“热干岩”，其英文名称为“Hot Dry Rock”。干热岩的分布几乎遍及全球，随着地球向深部的地热增升，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩，因此干热岩又被称为是无处不在的资源。
据美国麻省理工学院2006年报告显示，只要开发地球上3500-7500米深处2％的干热岩资源储量，其所能换热获得的热能量约为12.6X1026J(焦耳)，相当于全球煤炭和石油、天然气等可采储量所含热量的30多倍。
据中国地调局2015年评价结果显示，全国陆域干热岩可采资源量(以2％计)相当于17 万亿吨标准煤，按照2016年的煤炭耗量计算，17万亿吨标准煤可以用3900年。
目前，人们对干热岩的开发利用，主要是发电。干热岩作为一种可再生的清洁能源，可在地热发电中得到广泛利用。干热岩地热发电不仅可大幅度降低发电成本而无任何污染，且不受季节、气候等制约，年均发电时间可达6000小时以上，其发电成本约为风电的1/2-1/3，约为光伏发电的1/5-1/8，具有很强的电价竞争力。干热岩发电的基本原理是：通过深井将高压水注入地下2000～6000米的岩层，使其渗透进入岩层人工压裂造出的缝隙并吸收地热能量；再通过另一个专用深井将岩石裂隙中的高温水蒸气提取到地面；取出的水蒸气温度可达 150～600℃，通过热交换及地面循环装置用于发电；冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。整个过程都是在一个封闭的系统内进行。现有的干热岩换热井型结构单一，多为单支斜井型，它伸入干热岩层的换热面积小，故其换热效率和换热量较低，难以实现高效率、低成本的干热岩发电产业。因此，其改进干热岩换热井型结构，提高换热效率就势在必行。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种干热岩双层水平多分支热交换井，可有效解决现有干热岩换热井系统热交换量小且效率低的问题。
本实用新型解决的技术方案是，一种干热岩双层水平多分支热交换井，包括注水井(又称压裂井)和集汽井(又称生产井、采热井)，注水井和集汽井均伸入地表以下的干热岩层，未伸入干热岩层部分的注水井和集汽井均设置有井壁(又称固井段)，伸入干热岩层部分的注水井包括水平的注水井水平段，伸入干热岩层部分的集汽井包括水平的集汽井水平段，注水井水平段和集汽井水平段均为裸眼井，注水井水平段上设置有与其内腔相连通、呈向两侧水平伸出的多个注水水平段分支井，集汽井水平段上设置有与其内腔相连通、呈向两侧水平伸出的多个集汽水平段分支井，集汽井水平段位于注水井水平段的正上方，集汽水平段分支井位于注水水平段分支井的正上方，注水井和集汽井的上口部均伸出地表，注水井的上口部通过第一输送管路与高压水泵的出水口相连，高压水泵的进水口与蓄水池的出水口相连，集汽井的上口部通过第二输送管路与发电设备的蒸汽进口相连，发电设备的循环水出口与蓄水池的进口相连，构成地热循环发电结构。
所述的注水水平段分支井包括呈左右交错布置在注水井水平段两侧的第一注水分支和第二注水分支，第一注水分支和第二注水分支的长度均呈由靠近注水井井口侧朝向远离注水井井口侧递减；所述的第一注水分支呈向前倾斜状设置在注水井水平段的一侧，第二注水分支呈向前倾斜状设置在注水井水平段的另一侧。
所述的集汽水平段分支井包括呈左右交错布置在集汽井水平段两侧的第一集汽分支和第二集汽分支，第一集汽分支和第二集汽分支的长度均呈由靠近集汽井井口侧朝向远离集汽井井口递减；所述的第一集汽分支呈向前倾斜状设置在集汽井水平段的一侧，第二集汽分支呈向前倾斜状设置在集汽井水平段的另一侧。
所述注水井水平段与未伸入干热岩层部分的注水井之间设置有位于干热岩层内的注水井过渡段(又称造斜段)；所述集汽井水平段与未伸入干热岩层部分的集汽井之间设置有位于干热岩层内的集汽井过渡段(又称造斜段)，注水井过渡段和集汽井过渡段的内壁上均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁。
本实用新型结构新颖独特，简单合理，大大增加干热岩层内注水井和集汽井的热交换面积，提高了热交换的效率，从而提高了干热岩发电的热量利用率，可有效降低干热岩发电成本，是干热岩热量开发利用上的创新，有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型注水井水平段的俯视图。
图3为本实用新型集汽井水平段的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-3给出，本实用新型包括注水井2和集汽井3，注水井2和集汽井3均伸入地表1 以下的干热岩层10，未伸入干热岩层部分的注水井2和集汽井3均设置有井壁，所述井壁由钢套管和混凝土制成，伸入干热岩层部分的注水井包括水平的注水井水平段6，伸入干热岩层部分的集汽井包括水平的集汽井水平段7，注水井水平段6和集汽井水平段7均为裸眼井，注水井水平段6上设置有与其内腔相连通、呈向两侧水平伸出的多个注水水平段分支井8，集汽井水平段7上设置有与其内腔相连通、呈向两侧水平伸出的多个集汽水平段分支井9，集汽井水平段7位于注水井水平段6的正上方，集汽水平段分支井9位于注水水平段分支井 8的正上方，注水井2和集汽井3的上口部均伸出地表，注水井2的上口部通过第一输送管路11与高压水泵15的出水口相连，高压水泵15的进水口与蓄水池16的出水口相连，集汽井3的上口部通过第二输送管路12与发电设备17的蒸汽进口相连，发电设备17的循环水出口与蓄水池16的进口相连，构成地热循环发电结构。
为保证使用效果，所述的注水水平段分支井8包括呈左右交错布置在注水井水平段6两侧的第一注水分支8a和第二注水分支8b，第一注水分支8a和第二注水分支8b的长度均呈由靠近注水井井口侧朝向远离注水井井口侧递减；所述的第一注水分支8a呈向前倾斜状设置在注水井水平段6的一侧，第二注水分支8b呈向前倾斜状设置在注水井水平段6的另一侧，第一注水分支8a和第二注水分支8b与注水井水平段的夹角为20°-50°；
所述的集汽水平段分支井9包括呈左右交错布置在集汽井水平段7两侧的第一集汽分支9a 和第二集汽分支9b，第一集汽分支9a和第二集汽分支9b的长度均呈由靠近集汽井井口侧朝向远离集汽井井口侧递减；所述的第一集汽分支9a呈向前倾斜状设置在集汽井水平段7的一侧，第二集汽分支9b呈向前倾斜状设置在集汽井水平段7的另一侧，第一集汽分支9a和第二集汽分支9b与集汽井水平段的夹角为20°-50°。
所述的发电设备17与蓄水池16之间设置有换热器18，使剩余蒸汽完全转换成水，防止水的流失，所述的发电设备17包含汽轮机和发电机，集汽井3出来的蒸汽进入汽轮机做功通过发电机发电，出来的蒸汽通过热交换器(交换器可以是凝汽器等换热设备)重新回到蓄水池16 循环利用。
所述高压水泵15与注水井2上口部之间的第一输送管路11上设置有第一阀门13，集汽井3 上口部与发电设备17之间的第二输送管路12上设置有第二阀门14；所述第一输送管路11与注水井2上口部之间为密封连接，第二输送管路12与集汽井3上口部之间为密封连接。
所述注水井水平段6与未伸入干热岩层部分的注水井之间设置有位于干热岩层内的注水井过渡段4；所述集气井水平段7与未伸入干热岩层部分的集气井之间设置有位于干热岩层内的集气井过渡段5，注水井过渡段4和集气井过渡段5的内壁上均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁19。
所述的集汽井水平段7与注水井水平段6的间距为30-300m，具体可根据人工压裂裂缝伸展的长度而定，注水井井口和集汽井井口的间距为50-500m，具体井场大小和井深各个因素综合考虑后确定。
本实用新型使用时，先通过高压水泵注入高压冷水到注水井井底，干热的岩石受水热胀冷缩作用形成很多裂隙，干热岩层中原本就有的部分裂隙，当高压注水时，原来已有的裂隙会变宽或错位更大，增强了裂隙间的渗透性，水在这些裂隙间穿过，即通过水力压裂的方式连接干热岩层内的注水井和集汽井，水渗透进入裂隙并吸收干热岩层地热能量，形成高温高压水蒸气，最后从集汽井排出进入发电设备发电，由于在注水井水平段和集汽井水平段两侧都设置有与其内腔相连通分支裸眼井，大大增加了热交换面积，提高了热交换的效率，从而热高了干热岩发电的热量利用率和发电的效率，可有效降低干热岩发电成本，是干热岩开发热量利用技术上的创新，有良好的社会和经济效益。
Claims (10)
1.一种干热岩双层水平多分支热交换井，包括注水井(2)和集汽井(3)，其特征在于，注水井(2)和集汽井(3)均伸入地表(1)以下的干热岩层(10)，未伸入干热岩层部分的注水井(2)和集汽井(3)均设置有井壁，伸入干热岩层部分的注水井包括水平设置的注水井水平段(6)，伸入干热岩层部分的集汽井包括水平设置的集汽井水平段(7)，注水井水平段(6)和集汽井水平段(7)均为裸眼井，注水井水平段(6)上设置有与其内腔相连通、呈向两侧水平伸出的多个注水水平段分支井(8)，集汽井水平段(7)上设置有与其内腔相连通、呈向两侧水平伸出的多个集汽水平段分支井(9)，集汽井水平段(7)位于注水井水平段(6)的正上方，集汽水平段分支井(9)位于注水水平段分支井(8)的正上方，注水井(2)和集汽井(3)的上口部均伸出地表，注水井(2)的上口部通过第一输送管路(11)与高压水泵(15)的出水口相连，高压水泵(15)的进水口与蓄水池(16)的出水口相连，集汽井(3)的上口部通过第二输送管路(12)与发电设备(17)的蒸汽进口相连，发电设备(17)的循环水出口与蓄水池(16)的进口相连，构成地热循环发电结构。
2.根据权利要求1所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述的注水水平段分支井(8)包括呈左右交错布置在注水井水平段(6)两侧的第一注水分支(8a)和第二注水分支(8b)，第一注水分支(8a)和第二注水分支(8b)的长度均呈由靠近注水井井口侧朝向远离注水井井口侧递减。
3.根据权利要求2所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述的第一注水分支(8a)呈向前倾斜状设置在注水井水平段(6)的一侧，第二注水分支(8b)呈向前倾斜状设置在注水井水平段(6)的另一侧。
4.根据权利要求1所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述的集汽水平段分支井(9)包括呈左右交错布置在集汽井水平段(7)两侧的第一集汽分支(9a)和第二集汽分支(9b)，第一集汽分支(9a)和第二集汽分支(9b)的长度均呈由靠近集汽井井口侧朝向远离集汽井井口侧递减。
5.根据权利要求4所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述的第一集汽分支(9a)呈向前倾斜状设置在集汽井水平段(7)的一侧，第二集汽分支(9b)呈向前倾斜状设置在集汽井水平段(7)的另一侧。
6.根据权利要求1所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述的发电设备(17)与蓄水池(16)之间设置有换热器(18)。
7.根据权利要求1所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述高压水泵(15)与注水井(2)上口部之间的第一输送管路(11)上设置有第一阀门(13)，集汽井(3)上口部与发电设备(17)之间的第二输送管路(12)上设置有第二阀门(14)。
8.根据权利要求1所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述第一输送管路(11)与注水井(2)上口部之间为密封连接，第二输送管路(12)与集汽井(3)上口部之间为密封连接。
9.根据权利要求1所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述注水井水平段(6)与未伸入干热岩层部分的注水井之间设置有位于干热岩层内的注水井过渡段(4)；所述集汽井水平段(7)与未伸入干热岩层部分的集汽井之间设置有位于干热岩层内的集汽井过渡段(5)，注水井过渡段(4)和集汽井过渡段(5)的内壁上均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁(19)。
10.根据权利要求1所述的干热岩双层水平多分支热交换井，其特征在于，所述的集汽井水平段(7)与注水井水平段(6)的间距为30-300m，注水井井口和集汽井井口的间距为50-500m。
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