[發明專利]一種地熱井下多回路換熱方法

在審

• 申請號: 201810225487.1
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108489124A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 鮮保安;畢延森;傅繹琳;張曉斌;王鵬濤;張洲;田林
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: F24T10/15
• 分類號: F24T10/15;E21B43/30
• 代理公司: 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

本發明公開了一種地熱井下多回路換熱方法，該方法通過在地熱儲層中鉆出一個注水井、采水井和若干換熱分支井，換熱分支井為連通注水井和采水井的水平井，注水井中有中心注水管、井管封隔器和井底封堵座，采水井中有的中心采水管、井下封堵器和井底封堵座，中心采水管通過井管封隔器固定在采水井中，注水井、采水井、換熱分支井和井下封堵器、井管封隔器之間形成的蛇形換熱回路，換熱介質在蛇形換熱回來中流動完成與地熱儲層的熱交換。本發明能夠減少地質預測風險，減少壓裂風險，使用可控制的工程施工方法，達到熱交換的目的，并提出定點注入模式，控制熱交換效率，增加了工程可操作性，提高地熱儲層的熱能利用率。

技術領域

本發明涉及地熱井采取地下熱能技術領域，特別是涉及一種地熱井下多回路換熱方法。

背景技術

干熱巖是指埋深超過2000m、溫度超過150℃的地下高溫巖體，其特點是巖體中很少有地下流體存在。干熱巖的熱能賦存于各種變質巖或結晶巖類巖體中，較常見的干熱巖有黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長巖等。一個溫度超過150℃的地下高溫巖體的存在，一定會給周圍的地溫環境帶來很大的異常，所以許多研究人員也把地溫梯度是否超異常來研究地下是否存在干熱巖體。

目前，人們對干熱巖的開發利用，主要是發電。干熱巖發電的基本原理是：通過深井將高壓水注入地下2000～6000m的巖層，使其滲透進入巖層的縫隙并吸收地熱能量；再通過另一個專用深井（相距約200～600m左右）將巖石裂隙中的高溫水、汽提取到地面；取出的水、汽溫度可達150～200℃，通過熱交換及地面循環裝置用于發電；冷卻后的水再次通過高壓泵注入地下熱交換系統循環使用。水通過深井注入地下干熱巖體，滲透進入巖層的縫隙并吸收地熱能量，即在干熱巖體內形成熱交換，包括三種模式：

1.人工高壓裂隙模式：即通過人工高壓注水到井底，干熱的巖石受水冷縮作用形成很多裂隙，水在這些裂隙間穿過，即可完成進水井和出水井所組成的水循環系統熱交換過程；

2.天然裂隙模式：即充分利用地下已有的裂隙網絡。已有的裂隙雖然一方面阻止了人工高壓注水裂隙的發育，但另一方面當人工注水時，原先的裂隙會變寬或錯位更大，增強了裂隙間的透水性。在這種模式下，可進行熱交換的水量更大，而且熱量交換得更充分；

3.天然裂隙－斷層模式：這種模式除了利用地下天然的裂隙，還利用天然的斷層系統，這兩者的疊加使得熱交換系統的滲透性更好。該模式的最大優勢也是最大的挑戰，即不需通過人工高壓裂隙的方式連接進水井和出水井，而是通過已經存在的斷層來連接位于進水井和出水井之間的裂隙系統。

干熱巖的開采主要是建立地下熱交換系統，而上述人工高壓裂隙模式、天然裂隙模式、天然裂隙－斷層模式，需要對地下地質條件有高度的認識，工程風險大，鉆采成功率難以控制。由于干熱巖的熱能賦存于各種變質巖或結晶巖類高強度的巖體（黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長巖等）中，人工壓裂連通的成本大，且成功率也難以控制。另外對于中溫地熱儲層的地熱利用，溫度在150℃以下，這部分地熱利用也可以通過換熱利用，通常采用單井同心雙層管換熱，但換熱效率低。

發明內容

針對現有技術存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種地熱井下多回路換熱方法，提高注入水與地熱儲層接觸面積與接觸時間，并使用注水井的中心管定點注水工藝控制熱交換效率，與使用自然裂隙連通、人工壓裂連通相比，增加了工程可操作性，提高熱儲層的地熱利用率。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種地熱井下多回路換熱方法，所述地熱井包括注水井、采水井和換熱分支井，所述多回路換熱方法包括以下步驟：

Step1、在施工區域開設若干地質探井，對地下地熱儲層的地層溫度和巖性信息進行采集；

Step2、根據Step1中收集的地熱儲層溫度和孔隙率、巖石強度等巖性信息計算注水井和采水井的間距，以及連通注水井和采水井的水平井井眼直徑；