一种浅层与中深层复合换热井结构的制作方法

本发明涉及地热资源开采，具体涉及一种浅层与中深层复合换热井结构。

背景技术：

1、地热资源作为一种清洁、稳定的可再生能源具有广阔的应用前景。按深度不同可分为浅层地热能和中深层地热能。随着地层埋深的增加，地层温度逐渐增加，平均增温率约为3℃/100m，推算埋深500m的地层温度约为30℃左右。目前，地热资源的开发利用方式主要为水热型开采和换热型开采两种，其中换热型开采因不抽取地下水资源、对地质环境影响小，近年来受到越来越多的关注。

2、在换热型地热开采方式中，中深层换热井是常见的工程形式。施工时，为了保护浅层地下水免受钻井液及深层流体的污染，需要在浅部地层中安装表层套管并实施固井止水，该表层套管井段（一开井段）通常为地面至地下约500m的深度范围，随后在该表层套管内部继续向下钻进至目标深度（二开井段），下入生产套管和中心管，形成中深层地热换热系统。但是一开井段的功能仅限于保护浅层地下水，其生产套管与表层套管之间的环形空间在运行期间处于闲置状态，不参与任何热交换过程。换言之，在0~500m的浅部地层范围内，已有约30℃左右的温度可供利用的低品位热能未被利用。

技术实现思路

1、本发明提供一种浅层与中深层复合换热井结构，在保证地下水安全的前提下充分挖掘已施工井段的热能潜力，解决一开井段储存的浅层地热能未被利用，造成资源浪费的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种浅层与中深层复合换热井结构，包括中深层换热井结构，所述中深层换热井结构包括由外向内依次套设的表层套管、生产套管和中心管，所述表层套管和所述生产套管之间形成第一环状间隙，所述生产套管和所述中心管之间形成第二环状间隙，还包括：

3、悬挂止水器，所述悬挂止水器设于所述第一环状间隙中，用于将所述第一环状间隙在预设深度处封隔；

4、多个浅层换热管，多个浅层换热管沿生产套管的周向间隔设置在生产套管的外壁上，并位于所述悬挂止水器的上方；以及

5、井口单元，所述井口单元包括浅层换热管路和深层换热管路，所述浅层换热管路分别与所述第一环状间隙及所述浅层换热管相连通，所述深层换热管路分别与所述第二环状间隙及所述中心管相连通；

6、其中，所述第一环状间隙与所述浅层换热管的底部相连通，形成闭合的浅层换热循环回路；所述第二环状间隙与所述中心管的底部相连通，形成闭合的深层换热循环回路。

7、优选地，所述悬挂止水器包括同轴连接的悬挂座和悬挂止水头，所述悬挂座连接于所述表层套管并位于所述悬挂止水头的下方，所述悬挂止水头连接于所述生产套管并与所述表层套管密封连接。

8、优选地，所述悬挂止水器还包括套设于所述悬挂止水头的上端外的密封件，所述密封件用于封隔所述第一环状间隙；和/或，所述悬挂止水器还包括套设于所述悬挂止水头的下端外的密封带，所述悬挂座和所述悬挂止水头的连接处通过所述密封带密封连接。

9、优选地，所述悬挂止水头的下端设有第一密封斜面，所述悬挂座的上端设有与所述第一密封斜面相配合的第二密封斜面；当所述悬挂座与所述悬挂止水头安装到位时，所述第一密封斜面与所述第二密封斜面相互贴合。

10、优选地，所述表层套管包括上表层管和下表层管，所述悬挂座的上端和下端分别与所述上表层管和所述下表层管螺纹连接；所述生产套管包括上生产管和下生产管，所述悬挂止水头的上端和下端分别与所述上生产管和下生产管螺纹连接。

11、优选地，所述浅层换热管通过一对固定器安装于所述生产套管，一对所述固定器分别设于所述浅层换热管的上端和下端。

12、优选地，每个所述固定器为钢制卡箍，所述钢制卡箍套设于所述生产套管的外壁并夹持固定所述浅层换热管。

13、优选地，所述预设深度为所述表层套管的底部深度。

14、优选地，所述浅层换热管路包括第一浅层热循环管和第二浅层热循环管，所述深层换热管路包括深层进液管和深层出液管；

15、所述第一浅层热循环管与所述第一环状间隙相连通，所述第二浅层热循环管与所述浅层换热管相连通；

16、所述深层进液管与所述第二环状间隙相连通，所述深层出液管与所述中心管相连通。

17、优选地，所述中深层换热井结构还包括一开井段和二开井段，所述表层套管和所述一开井段的井壁之间的环状间隙为固井状态，所述生产套管与所述二开井段的井壁之间的环状间隙为固井状态或非固井状态。

18、本发明的有益技术效果：

19、本发明的一种浅层与中深层复合换热井结构，在第一环状间隙中设置的悬挂止水器将第一环状间隙在预设深度处封隔，使第一环状间隙与浅层换热管形成闭合的浅层换热循环回路，将原本闲置的第一环状间隙改造为浅层换热介质的下行通道，使浅层换热介质能够在闭合的浅层换热循环回路中循环流动，流经整个一开井段并与围岩进行充分热交换，从而将一开井段储存的浅层地热能提取至地面，实现浅层地热能的开发利用。同时，通过井口单元的浅层换热管路和深层换热管路，使得浅层换热循环回路与深层换热循环回路在井口处分别独立连接至地面换热系统，两套循环回路互不干扰，可在同一口井中同时或独立地进行浅层地热能和中深层地热能的开发利用，解决了中深层换热井一开井段地热资源浪费的技术问题，提高了单井的地热资源综合利用效率。

1.一种浅层与中深层复合换热井结构，包括中深层换热井结构，所述中深层换热井结构包括由外向内依次套设的表层套管（1）、生产套管（2）和中心管（3），所述表层套管（1）和所述生产套管（2）之间形成第一环状间隙，所述生产套管（2）和所述中心管（3）之间形成第二环状间隙，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，所述悬挂止水器（4）包括同轴连接的悬挂座（41）和悬挂止水头（42），所述悬挂座（41）连接于所述表层套管（1）并位于所述悬挂止水头（42）的下方，所述悬挂止水头（42）连接于所述生产套管（2）并与所述表层套管（1）密封连接。

3.根据权利要求2所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，所述悬挂止水器（4）还包括套设于所述悬挂止水头（42）的上端外的密封件（43），所述密封件（43）用于封隔所述第一环状间隙；和/或，所述悬挂止水器（4）还包括套设于所述悬挂止水头（42）的下端外的密封带，所述悬挂座（41）和所述悬挂止水头（42）的连接处通过所述密封带密封连接。

4.根据权利要求2所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，所述悬挂止水头（42）的下端设有第一密封斜面（420），所述悬挂座（41）的上端设有与所述第一密封斜面（420）相配合的第二密封斜面（410）；当所述悬挂座（41）与所述悬挂止水头（42）安装到位时，所述第一密封斜面（420）与所述第二密封斜面（410）相互贴合。

5.根据权利要求2所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，所述浅层换热管（5）通过一对固定器（51）安装于所述生产套管（2），一对所述固定器（51）分别设于所述浅层换热管（5）的上端和下端。

7.根据权利要求6所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，每个所述固定器（51）为钢制卡箍，所述钢制卡箍套设于所述生产套管（2）的外壁并夹持固定所述浅层换热管（5）。

8.根据权利要求1所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，所述预设深度为所述表层套管（1）的底部深度。

9.根据权利要求1所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，

10.根据权利要求1至9中任一项所述的浅层与中深层复合换热井结构，其特征在于，所述中深层换热井结构还包括一开井段和二开井段，所述表层套管（1）和所述一开井段的井壁之间的环状间隙为固井状态，所述生产套管（2）与所述二开井段的井壁之间的环状间隙为固井状态或非固井状态。