[發明專利]面向單井閉式地熱開采的井下擾流式傳熱強化系統

在審

• 申請號: 202211718105.1
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116067027A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 黃文博;蔣方明;陳娟雯;岑繼文;李志斌;馬青山
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: F24T10/17
• 分類號: F24T10/17;F24T10/00;F28F13/12
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 勞劍東;莫瑤江

1.一種井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，包括：

地下井筒，其至少部分井段埋設在地下，所述地下井筒包括封閉式井段和連接在所述封閉式井段下的開放式井段，所述封閉式井段與非目標地層接觸，開放式井段與目標地層接觸并連通；

單井閉式換熱裝置，其至少部分管道設置于所述地下井筒內且至少部分管道與所述地下井筒內的流體接觸換熱；

地面熱利用裝置，其用于利用所述單井閉式換熱裝置所提供的熱量或/和冷量進行發電、供暖、或/和制冷；以及，

井內液壓擾動裝置，其用于改變所述封閉式井段底部的液體壓力大小，使所述目標地層中的流體與所述開放式井段中的流體周期性受控地往復流動，以增加單井閉式換熱裝置獲得的熱量。

2.根據權利要求1所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，所述井內液壓擾動裝置包括：設置于所述地下井筒外的儲液箱，所述儲液箱通過抽液管連接有井下泵，所述井下泵浸沒于所述地下井筒的流體內，所述儲液箱還通過帶有回液閥的回液管與所述地下井筒連通，其中，一過程為：所述井下泵將所述地下井筒內的流體經所述回液管抽送至所述儲液箱中，從而使所述地下井筒內的液位降低，進而使所述目標地層中的流體流入所述地下井筒中；另一過程為：所述井下泵停機后，打開所述回液管上的所述回液閥，使流體從所述儲液罐流入所述地下井筒內，從而使所述地下井筒內的液位升高，進而使所述地下井筒內的流體進入所述目標地層中。

3.根據權利要求1所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，所述井內液壓擾動裝置包括：設置于所述地下井筒外的氣泵和設置在所述地下井筒頂部的排氣口，所述氣泵通過管道與所述地下井筒連通，其中，一過程為：通過開啟所述氣泵增加所述地下井筒內的氣體壓力，進而使所述地下井筒內的流體進入所述目標地層中；另一過程為：通過打開所述排氣口降低所述地下井筒內的氣體壓力，進而使所述目標地層中的流體流入所述地下井筒中。

4.根據權利要求1所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，所述井內液壓擾動裝置包括：設置于所述地下井筒外的儲液箱，所述儲液箱通過帶有排液閥的排液管與所述地下井筒連通，所述排液管上設有排空口；所述儲液箱還通過帶有注液泵的注液管與所述地下井筒連通，其中，一過程為：通過所述排空口向所述地下井筒注入密度小于所述地下井筒內的流體的液體工質，從而將所述地下井筒內的液位升高至地面并與所述儲液箱中液位連通；關閉所述排空口，通過所述注液泵將所述儲液箱內的流體注入所述地下井筒內，增加所述地下井筒內的壓力，進而使所述井筒內的流體進入所述目標地層中；另一過程為：關閉所述注液泵，通過打開所述排液閥使所述地下井筒與所述儲液箱連通，降低所述地下井筒內的壓力，進而使所述目標地層中的流體流入所述地下井筒中。

5.根據權利要求1至4任一所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，所述單井閉式換熱裝置為采用單相工質的同軸套管或U型管、兩相工質的熱管式井下換熱器的任一種。

6.根據權利要求1至4任一所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，所述地下井筒的封閉式井段采用鋼管、套管或水泥的任一種或組合固井方式；所述地下井筒的開放式井段采用裸眼、篩管或射孔的任一種或組合連通方式。

7.根據權利要求1至4任一所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，所述地面熱利用裝置采用壓縮式、吸收式或吸附式的任一種或組合熱泵機組；以及采用ORC、閃蒸式或蒸汽直驅式的任一種或組合發電機組。

8.根據權利要求1至4任一所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，所述井內液壓擾動裝置的運行時間、擾動頻率和擾動強度根據所述地下井筒的埋設地溫地質條件而調整。

9.根據權利要求1至4任一所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，通過對所述目標地層進行水力、和/或化學人工壓裂手段，或在所述目標地層中注入石英和/或陶瓷支撐劑以提升所述目標地層與所述地下井筒之間的連通性。

10.根據權利要求1至4任一所述的井下擾流式傳熱強化系統，其特征在于，所述目標地層為具有天然滲透性的含水地層或通過人工手段對井外巖體進行改造后的可滲透地層；所述目標地層中的液體為天然存在的水、油或氣的原生地層流體，或人工注入的水、油或CO₂的流體工質。