[發明專利]一種地熱開發系統及其施工方法

在審

• 申請號: 201710022053.7
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106704123A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 唐春安;趙堅;王思敬;馬天輝;楊菊英
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;力軟科技(大連)股份有限公司
• 主分類號: F03G4/00
• 分類號: F03G4/00;F24J3/08
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 郭偉紅

技術領域

本發明屬于地熱開發技術領域，具體涉及一種地熱開發系統及其施工方法。

背景技術

隨著世界能源供需日趨緊張，并且傳統的能源面臨著短缺和高碳排放的問題，所以開發利用新能源成為研發的熱點，其中對3000-10000米深部地熱能資源的研發越來越受到人們的關注，但是受到鉆井技術的局限，地熱資源的開發利用率并不高。地熱主要來自地球內部的放射性衰變產熱，熱源具有億年尺度的可持續性，深地熱開發是解決人類未來能源問題的根本出路。

利用地熱能可以解決當前的環境污染和能源短缺問題，目前開采地熱能采用增強型地熱系統EGS(Enhanced Geothermal System)，由于采用鉆井技術，鉆孔孔徑小，水力壓裂困難，即在巖體的溫度足夠，而巖體卻沒有足夠的滲透性和流體性，導致不能產生足夠的熱能來發電，增強型地熱系統EGS(Enhanced Geothermal System)就是通過人工來提高巖體的滲透性，增加產出熱能，提高發電量。該方法與當前能源相比，開發成本高，不經濟，并且巖體的滲透性和流體性逐漸會降低，管路受液體雜質影響還容易被堵塞，所以還沒有被廣泛使用。

我國地表及淺部礦產資源大多已被發現和利用，大量深部資源又不具備經濟開采條件，很多礦業公司面臨資源匱乏的嚴峻形式，如何走出目前困境和使其能夠持續發展成為各礦業首要任務。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種基于深立井的地熱開發系統，不僅能夠解決老礦井面臨的資源匱乏和破產等問題，也可能使一些不能滿足開采經濟指標的深部資源，可以結合深地熱開發而具備開采價值。

本發明的另一目的是提供一種地熱開發系統的施工方法，避免現有開采方法中的眾多缺點，同時也可利用現有礦井或與深部采礦結合進行地熱開采，能夠降低工程成本，減少不必要的重復建設。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種地熱開發系統，包括井筒以及沿井筒內壁設置的注入管道和收集管道，注入管道通過干熱巖中的鉆孔與收集管道相連通，注入管道和收集管道均與設置在地面上的發電工作平臺相連從而形成封閉循環。

優選地，所述注入管道通過注入巷道與鉆孔的一端開口連通，收集管道通過收集巷道與鉆孔的另一端開口連通。

優選地，所述注入管道與注入巷道相連處為注入口，收集管道與收集巷道相連處為收集口，注入口和收集口位于同一水平面。

優選地，所述注入巷道與收集巷道的斷面形狀為矩形、梯形、馬蹄形、半圓拱形、圓形或者橢圓形中的一種。

優選地，所述鉆孔中鋪設有導熱管，導熱管的一端與注入管道相連，導熱管的另一端與收集管道相連。

優選地，所述導熱管由耐腐蝕和導熱性能好的材料制成。

優選地，所述注入管道和收集管道由耐高溫、高壓以及隔熱的材料制成。

優選地，所述鉆孔通過鉆孔、液體或蒸氣媒介致裂結合爆破的方式建設成。

一種地熱開發系統的施工方法，包括以下步驟：

S1、通過豎井施工技術建設井筒，到達目的層后，利用平巷施工技術沿目的層橫向開拓注入巷道和收集管道；

S2、通過鉆孔、液體或蒸氣媒介致裂結合爆破的方式，將目的層壓裂；

S3、沿井筒內壁鋪設注入管道和收集管道，注入管道連接發電工作平臺和目的層的注入巷道，收集管道連接發電工作平臺和收集管道，形成封閉循環。

優選地，所述步驟S2中，在目的層中的鉆孔中鋪設導熱管，步驟S3中，將導熱管的一端與注入管道相連，將導熱管的另一端與收集管道相連，從而形成封閉循環。

本發明的有益效果是：

1、本發明所提供的地熱開發系統，通過建設深立井或者在礦山原有井筒上繼續建設井筒，開挖到目的地層后進行水平巷道的開挖，從而提高液體的流量及其液體與熱源的接觸面積，并通過鉆孔、爆破等措施對熱干巖進行導通和破裂，提高其滲透性和流體性，或者在熱干巖中鋪設導熱管，再利用收集管道收集攜帶熱能的液體媒介，通過井筒輸送到發電工作平臺進行發電。

2、相對于傳統的增強型地熱系統EGS采用兩個小口徑井眼并使媒介液體在目標干熱巖層橫向流動吸收熱量，該發明采用一口大直徑井筒進行地熱能的采集，可以使得媒介液體在目標干熱巖層縱向流動和橫向流動均可，該開采地熱能的方法減少了鉆井數量和地面平臺占用面積。