[發明專利]提高地熱井產熱能力的工藝

有效

• 申請號: 201811476503.0
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109403917B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 田振林
• 申請（專利權）人: 田振林
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;E21B43/11;E21B43/26;F24T10/40
• 代理公司: 廣西咕咕狗專利代理事務所(普通合伙) 45137
• 代理人: 朱志寬

本發明涉及地熱能開發技術領域，具體指一種通過導熱固井技術、增導壓裂技術來提高巖層中地熱能導入地熱井的能力，再通過螺旋板式冷凝段重力熱管換熱器完成高效的取熱換熱利用的地熱井新工藝。具體的工藝流程如下：完成地熱井鉆井、下套管后，進行導熱固井，即在地層低溫段注入隔熱水泥漿、在地層高溫段注入導熱水泥漿完成固井；待固井的隔熱水泥漿和導熱水泥漿凝固后，在地層高溫段的套管內進行分段射孔壓裂，在高溫巖層中產生裂縫，并向裂縫內填充導熱材料形成從套管延伸到巖層的導熱帶；最后在地面上安裝與套管對接的重力熱管換熱器冷凝段，最終形成巖層快速傳熱、井筒高效換熱的高產地熱井系統。

技術領域

本發明涉及地熱能開發技術領域，具體指一種提高地熱井產熱能力的工藝。

背景技術

地球地表10km內有豐富的地熱能可供開采，地熱資源是一種無污染的清潔可再生能源，隨著石油、煤炭等傳統能源逐漸枯竭，地熱資源將成為未來能源的一個重要組成部分。地熱可以分為三類：淺層地溫能、水熱型地熱資源、干熱巖。傳統的地熱通常指地熱水，但地熱水資源有限，需要特定的條件才能形成，而干熱巖分布廣泛。地熱提取技術應該做到只取熱，不取水，利用地熱的同時保護地下水資源，提取的地熱可以用于供熱、供冷及發電。

目前地熱采取以一口井注水一口井出水即一注一出或一注二出或一注四出等方式，通過注水井將高壓水注入干熱巖層，充分吸收地層熱量后，將高溫水和蒸汽通過生產井采出，經過熱交換及地面循環裝置處理后，將冷卻水再次注入地下，形成循環系統，實現干熱巖的熱量開發。這種取熱方式，注入井與采出井一般都需要適當規模的壓裂，在地層中制造出一定規模的裂縫，注入井與采出井之間裂縫的連通比較困難。注入井向裂縫系統注入的流體漏失量大。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穩定的地下熱交換系統比較困難，注入量與采出量難以達到動態平衡；水蒸汽、水流中帶出的巖石中的各種成分、雜質多，對地面換熱系統運行造成很大腐蝕、堵塞等。

目前中深層地巖熱利用必須進行鉆井、下套管、固井，固井指的是向井眼和套管之間的環形空間注入水泥的施工作業。由于巖石導熱系僅有1.6-3.6?W/(m·?K)，導熱系數較低，而在套管外注入水泥漿固定后，水泥漿導熱系數僅有0.19?W/(m·?K)?-?0.65?W/(m·K)，相當于在套管與巖石之間形成了一層隔熱層，熱阻很大，遠離地熱井的高溫巖層的熱量很難導入井中，進入井內的水經高溫巖層加熱后通過地層低溫段時產生換熱導致熱量流失，溫度降低，地層高溫段內高溫巖體的熱量很難傳導到井眼附近，單井產熱量很低，導致目前地熱井產熱量低，效益差。另外，現有的地熱井與巖石之間換熱能力差，需要開挖多個相互連通的地熱井以提高換熱效果，這樣不僅增加工程量，而且會改變地下巖層結構，增加地面沉降的風險。地熱井中，按照地面利用所需的溫度界定地層高溫段和低溫段的溫度范圍，高于地面利用所需溫度的地熱井段為高溫段，低于地面利用所需溫度的地熱井段為低溫段。

發明內容

本發明旨在解決現有技術的缺陷，提供一種使地熱井導熱效果好，換熱量大，產熱量高的工藝。

本發明的技術方案如下：

提高地熱井產熱能力的工藝，通過導熱固井技術、增導壓裂技術來提高巖層中地熱能導入地熱井的能力，再通過螺旋板式冷凝段重力熱管換熱器完成高效的取熱換熱利用的地熱井新工藝；具體的工藝流程如下：完成地熱井鉆井、下套管后，進行導熱固井，即在地層低溫段注入隔熱水泥漿、在地層高溫段注入導熱水泥漿完成固井；待固井的隔熱水泥漿和導熱水泥漿凝固后，在地層高溫段的套管內進行分段射孔、壓裂，在高溫巖層中產生裂縫，并向裂縫內填充導熱材料形成從套管延伸到巖層的導熱帶；最后在地面上安裝與套管對接的重力熱管換熱器的冷凝段，最終形成巖層快速傳熱、井筒高效換熱的高產地熱井系統。

所述導熱固井技術的工藝如下：

鉆井達到設計的深度后，向井筒內下入套管，并在套管底部安裝浮箍，套管外徑小于井筒；