CN210152601U - 一种提高导热能力的地热井 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高导热能力的地热井，包括：钻井完成后在地热井内安装的套管、位于岩土层高温段的导热水泥环和位于岩土层低温段的隔热水泥环；其中，在所述套管与井壁之间形成的环形空间上部注入隔热水泥浆，隔热水泥浆凝固后形成所述隔热水泥环，在所述套管与井壁之间形成的环形空间下部注入导热水泥浆，导热水泥浆凝固后形成所述导热水泥环，岩土层的高温段用导热水泥环固井，岩土层的低温段用隔热水泥环固井。本实用新型能使地热井高温段固井水泥环导热系数提高10‑30倍，改变了现有固井工艺固井水泥环的导热状态，大大改善了地热井的导热状况，单井产热量了提高3‑5倍。

Description

一种提高导热能力的地热井

技术领域

本实用新型涉及地热能开发利用领域，具体涉及一种提高导热能力的地热井。

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。目前中深层地岩热利用必须进行钻井、下套管、固井(固井：向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥)才能形成可以取热利用的地热井。但是目前固井使用的水泥浆凝固后的导热系数仅有0.19W/(m·K)～0.65W/(m· K)，比岩石的导热系数(1.6W/(m·K)～3.6W/(m·K))小的多，环形空间固井水泥厚度6～20mm，相当于在钢管外面包了一层绝热层，岩层中的热量很难传入地热井中，地热井产热能力低，从而导致投资成本大，产出低，效益差。

发明内容

针对以上技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种提高导热能力的地热井，能够整体提高地热井的取热量，投资成本低，效益好。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种提高导热能力的地热井，包括：钻井完成后在地热井内安装的套管、位于岩土层高温段的导热水泥环和位于岩土层低温段的隔热水泥环；其中，所述隔热水泥环设置在所述套管与井壁之间形成的环形空间上部，所述设置导热水泥环在所述套管与井壁之间形成的环形空间下部，岩土层的高温段用导热水泥环固井，岩土层的低温段用隔热水泥环固井。

具体的，所述导热水泥环的组分包括水泥及增强导热性能的导热填料，水泥与导热填料的比例为100:5～100:100。

具体的，所述增强导热性能的导热填料为石墨、高导热碳粉、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、铝合金、铜、铝、纳、钼、钨、锌、镍、铁的一种或几种。

具体的，所述导热填料的细度为0.04mm～0.5mm，可以和水泥形成容易泵送的水泥浆。

具体的，所述导热水泥环的导热系数为5W/(m·K)～30W/(m· K)。

具体的，所述导热水泥环的强度为0.69MPa～3.4MPa。

具体的，所述套管的长度为500～7000m。

具体的，所述套管外壁与隔热水泥环对应的部位涂覆有隔热涂层。

本实用新型创造的有益效果在于：

1、本实用新型采用价格低廉的石墨、高导热碳粉、氧化铝、氧化镁、氧化锌等导热填料配制导热水泥浆进行固井，使套管与井壁形成的环形空间的固井材料导热系数提高了10～30倍，改变了现有固井水泥的导热状态，大大降低了成本同时改善了地热井的导热状况，提高地热井产热量。

2、本实用新型在地热井上部地温较低的位置注入隔热水泥形成隔热水泥环，导热系数较小，保温效果好，避免了热量损失；地热井下部的岩土层温度较高，处于地热井下部的导热水泥环导热系数较高，换热效果好，能充分吸收深层地热，整体提高地热井的取热量，结构简单，投资成本低，单井产热量提高3～5倍。

3、本实用新型提高导热能力的地热井，套管外侧壁与井身内侧壁之间形成环形空间，此环形空间全井段采用水泥浆固井，并在地热井下部的固井水泥浆中添加改变导热性能的材料，增强导热水泥环的导热性能，提高地热井的导热效果，整体提高地热井的取热量，经济效益大幅度提高。

4、本实用新型提高导热能力的地热井适宜于浅层和深层地热开发、水热型和干热岩地热开发，只要地热井高温段需要套管固井、换热取热的井段均适宜，井型包括直井、U型对接井、水平对接井，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面对本实用新型所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1为本发明的结构示意图。

图中附图标记说明：

1-岩土层，2-套管，3-导热水泥环，4-隔热水泥环，5-浮箍。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

参见附图1，一种提高导热能力的地热井，包括：钻井完成后在地热井内安装的套管2、位于岩土层高温段的导热水泥环3和位于岩土层低温段的隔热水泥环4；其中，所述隔热水泥环4设置在所述套管2与井壁之间形成的环形空间上部，所述设置导热水泥环3在所述套管2与井壁之间形成的环形空间下部，岩土层的高温段用导热水泥环3固井，岩土层的低温段用隔热水泥环4固井。

导热水泥环3的组分包括水泥及增强导热性能的导热填料；增强导热性能的导热填料为石墨、高导热碳粉、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、铝合金、铜、铝、纳、钼、钨、锌、镍、铁的一种或几种。

工作原理：

上述实施例一种提高导热能力的地热井安装在岩土层1中，安装时，钻井完成后，在地热井内安装套管2，将前置液注入套管2对套管2进行冲洗、稀释，根据导热水泥环3水泥浆填充位置和隔热水泥环4的水泥浆填充位置的长度及套管2与岩土层1井壁的间隙空间，计算导热水泥环3和隔热水泥环4所需要水泥浆的配浆量，将配置好的隔热水泥浆和导热水泥浆依次注入套管2内，到达设计量后，再将胶塞压入套管2内，并刮下套管2内壁上的导热水泥浆，然后向套管 2注入替钻井液，使隔热水泥浆和导热水泥浆填充到环形空间的预定位置，进行碰压、试压试验，当替钻井液将胶塞压到套管2的浮箍5，隔热水泥浆从环形空间内被压到地面时，即停止注入替钻井液，试压结束后，等待环形空间内的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固，环形空间内形成导热水泥环3和隔热水泥环4，即完成提高导热能力的地热井的安装。此提高导热能力的地热井在地热井上部地温较低的位置注入隔热水泥形成隔热水泥环4，导热系数较小，保温效果好，避免了热量损失；地热井下部的岩土层温度较高，处于地热井下部的导热水泥环3导热系数较高，换热效果好，能充分吸收深层地热，整体提高地热井的取热量，结构简单，投资成本低，单井产热量大大增加。

上述实施例提高导热能力的地热井导热水泥环3的导热系数为5 W/(m·K)～30W/(m·K)；导热水泥环3的强度为0.69MPa～3.4MPa。

本实施例中，作为优选的，导热填料的细度为0.04mm～0.5mm，水泥与导热填料的比例为100:5～100:100，套管2的长度为500～ 7000m，套管2外层与隔热水泥环4对应的部位涂覆有隔热涂层，并不限于此。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高导热能力的地热井，其特征在于，包括：钻井完成后在地热井内安装的套管（2）、位于岩土层高温段的导热水泥环（3）和位于岩土层低温段的隔热水泥环（4）；其中，所述隔热水泥环（4）设置在所述套管（2）与井壁之间形成的环形空间上部，所述设置导热水泥环（3）在所述套管（2）与井壁之间形成的环形空间下部。

2.根据权利要求1所述的一种提高导热能力的地热井，其特征在于：所述导热水泥环（3）的导热系数为5 W/( m·K)～30 W/( m·K) 。

3.根据权利要求1所述的一种提高导热能力的地热井，其特征在于：所述导热水泥环（3）的强度为0.69MPa～3.4MPa。

4.根据权利要求1所述的一种提高导热能力的地热井，其特征在于：所述套管（2）的长度为500～7000m。

5.根据权利要求1所述的一种提高导热能力的地热井，其特征在于：所述套管（2）外壁与隔热水泥环（4）对应的部位涂覆有隔热涂层。

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