[發明專利]一種新型地熱井下換熱器結構及其施工方法

在審

• 申請號: 202111563234.3
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114440479A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 王行軍;王梓桐;康建同;呂立娜;馬國強;王福國;蔣喆;趙京;劉亞然;方福康;李津;白維燦;孫英策;李成祥
• 申請（專利權）人: 中煤地質集團有限公司
• 主分類號: F24T10/17
• 分類號: F24T10/17;E21B7/00;E21B33/13;E21B47/07
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理有限公司 11368
• 代理人: 仲伯煊

本發明公開了一種新型地熱井下換熱器結構，包括位于地層內的熱儲層、穿插于地層和熱儲層的一開固井段、設置于一開固井段下方的二開固井段，以及穿插于一開固井段和二開固井段內的中心管；一開固井段包括一開套管，二開固井段包括二開套管，一開套管和二開套管外側均依次套設有套管壁和井壁，還公開了一種新型地熱井下換熱器結構施工方法，適用于地熱開采技術領域，通過采用新型井下換熱器，解決現有中深層中低溫水型地熱“取熱不取水”技術換熱量低、換熱速度慢的技術問題，提高采用“取熱不取水”技術地熱井的換熱量、換熱速度，增強采用“取熱不取水”技術地熱井的經濟性，促進“取熱不取水”技術的推廣。

技術領域

本發明屬于地熱開采技術領域，具體是一種新型地熱井下換熱器結構及其施工方法。

背景技術

對于中深層中低溫水型地熱資源，我國現有的地熱開采方式是通過抽取地下熱水到地面，由地下供熱管網輸送到客戶，通過熱交換的方式將熱水的熱能交換出來，以達到冬季取暖的目的，廣泛應用于供暖、理療、種植、養殖等領域。

由于我國前期地熱資源粗放的開發利用，地熱供暖尾水大量排放，不但造成了資源浪費、造成水土污染，而且加劇了地面沉降、地裂縫等地質災害。由于我國砂巖熱儲地質條件復雜、儲層壓力巨大，造成了尾水回灌難度大，尾水回灌成本高。同時，尾水回灌還有可能造成儲層污染，進而污染整合深層地下水系統，形成生態災難。

但是，現有中深層中低溫水型地熱“取熱不取水”的井下換熱器，存在以下缺點：1、換熱量低，換熱量僅為傳統抽取地下熱水換熱量的1/10不到；2、換熱速度慢，井底溫度不能快速恢復；3、經濟效益差，投資回報率低，成本回收周期長。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種新型地熱井下換熱器結構及其施工方法。

為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種新型地熱井下換熱器結構及其施工方法，包括位于地層內的熱儲層、穿插于地層和熱儲層的一開固井段、設置于一開固井段下方的二開固井段，以及穿插于一開固井段和二開固井段內的中心管；

所述一開固井段包括一開套管，所述二開固井段包括二開套管，所述一開套管和所述二開套管外側均依次套設有套管壁和井壁。

優選的，包括穿過熱儲層的固井水泥層，固井水泥層內側設置有井下換熱器，井下換熱器內部包括設置于其中心處的中心管，以及井下換熱器與中心管之間的隔層。

一種新型地熱井下換熱器結構施工方法，包括以下步驟：

步驟1：采用Ф444.5mm鉆頭鉆進至一開位置，下一開套管，用固井材料進行固井；

步驟2：采用Ф311mm鉆頭鉆進至井底，下二開套管，用固井材料進行固井，使井筒成為一個封閉空間；

步驟3：進行測井工作，檢查固井質量、井徑變化，測量井筒內不同深度溫度變化情況。

步驟4：下入中心管至井底，在中心管和井筒形成的環形空間內設置測溫光纖，監測100米-井底不同深度的溫度，根據井底溫度的變化調節抽采流量,保證回水溫度高于0℃。

優選的，還包括：

中心管作為抽水口抽取井筒內的流體，抽取至換熱站，由換熱站輸送到客戶，經過熱交換水溫降低，回水由井筒與中心管之間的空隙注回井筒之中；

供熱交換器管網將熱量換給用戶管網，熱水流經集水器，根據取暖需求，分區泵送至各采暖單位，回水流經過濾器除銹、除垢，再次進入梯級供熱交換器管網取熱，循環往復。

優選的，步驟1中，一開套管采用鋼質石油套管，規格為Ф339.7mm×9.65mm，鋼級為J55，屈服強度為379～552MPa,抗拉強度≥517MPa。