一种深层地热采集井及采热方法与流程

1.本技术涉及一种深层地热采集井及采热方法，属于热能采集领域。


背景技术：

2.地底热能的利用一直是能源利用的热门方向，它的优势在于：即便在没有地下热水的地区，只要地温梯度正异常，地下一定深度内就有高温岩体存在，利用注入地下的水等换热介质，就可将热能带上地面使用，比如取暖等，属于一种既清洁又环保，而且可以再生能源。
3.而如何实现地热的交换使用，是现今社会的急切需求之一。


技术实现要素：

4.根据本技术的一个方面，提供了一种深层地热采集井，通过对接井的地底深层对接，利用换热介质循环不断地提取地下热能。
5.所述深层地热采集井至少包括第一对接井和第二对接井；
6.第一对接井包括依次连通的直井段、斜井段和水平换热井段；
7.所述第二对接井的井底与所述水平换热井段连通；
8.所述水平井段位于温度至少在110℃以上的地质层。
9.可选地，所述第二对接井为直井；
10.优选地，所述第二对接井包括大径段和小径段；
11.所述大径段与所述水平换热井段连通，且所述大径段直径大于所述所述水平换热井段。
12.可选地，所述第水平换热井段的长度为1000～2000m。
13.可选地，所述水平井段的直径小于所述第一对接井、所述直井段、所述斜井段的直径。
14.可选地，所述水平换热井段的直径为190～250mm。
15.本技术通过对于水平换热井段直径和长度的限定，使得整个采集井井身结构为“两头细，中间粗”的特点，且采集井具有较长的换热段，从而增加了换热时间，提高了换热面积，进而提高了换热效率。
16.可选地，所述第二对接井、所述直井段、所述斜井段内和所述水平换热井段内均设置有套管；
17.所述套管之间密封连接；
18.所述所述斜井段和所述水平换热井段的套管与井壁之间留有空隙。
19.可选地，所述第一对接井和所述第二对接井的井深均大于3000m。
20.可选地，所述第一对接井的深度大于所述水平换热井段所处深度。
21.可选地，所述第一对接井和所述第二对接井的井口外壁均设置有保温套层。
22.可选地，所述第二对接井的保温套层长度大于第一对接井的保温套层长度。
23.具体来说，本技术第一对接井井底在与所述水平换热井段对接连通后，依然向地底延伸，形成“沉砂袋”。若水平段为裸眼井，换热介质进入地层换热过程中，必然会对井壁冲刷，造成岩屑脱落，会沉积在第一对接井井底，造成采集井堵塞；若水平段非裸眼井，换热介质中携带的杂质也会阻塞井道。因此，“沉沙袋”的设置，能够保证井的正常使用，延长其使用寿命。优选地，第一对接井的深度至少比所述水平换热井段所处深度深150m。
24.本技术另一方面，提供了一种深层地热采集方法，采用上述任一项所述深层地热采集井进行地热采集；
25.所述方法至少包括：
26.步骤1、钻井形成在地底连通的第一对接井和第二对接井；
27.步骤2、将换热介质从所述第一对接井井口注入，换热介质依次沿直井段、斜井段和水平换热井段进入地层，被地热加热；
28.步骤3、加热后的所述换热介质从第二对接井井口涌出，进入用热系统换热，换热冷却；
29.步骤4、冷却后的所述换热介质重新进入第一对接井，进行循环换热。
30.可选地，所述步骤1包括：
31.1.1钻井依次形成第一对接井的直井段、斜井段和水平换热井段；
32.1.2在水平换热井段出口段对应位置，从地面钻进形成第二对接井。
33.本技术能产生的有益效果包括：
34.1)本技术所提供的深层地热采集井，在符合换热条件的底层，通过在两口对接井之间设置水平换热井段，增加换热介质再地下的换热面积，提高了换热效率，实现了地下清洁热能的采集。
35.2)本技术所提供的深层地热采集井，通过对水平换热井段的长度和直径，以及第二对接井井深的限定，使得增加了换热介质在地底的停留时间和换热面积，提高了热能采集效率。
36.3)本技术所提供的深层地热采集井，通过在井内设置套管，换热介质在管内流动，避免了热能采集对于地层可能带来的污染。
37.4)本技术所提供的深层地热采集井，通过在井口段，特别是作为出液口的第二对接井进口段，设置保温套层，减少了采集后热量的损失。
38.5)本技术钻井过程中，先施工水平换热井，再施工第二对接井直井对接水平换热井，相比于用水平换热井对接第二对接井直井方式，能够提高对接的成功率60％以上，缩短施工时间三分之一，使得钻井难度降低了45％。
附图说明
39.图1为本技术一种实施方式中深层地热采集井的结构示意图。
40.部件和附图标记列表：
41.1、第一对接井；1
‑
1、直井段；1
‑
2、斜井段；1
‑
3、水平换热井段；2、第二对接井；2
‑
1、小径段；2
‑
2、大径段；3、套管；4、保温套管。
具体实施方式
42.下面结合实施例详述本技术，但本技术并不局限于这些实施例。
43.本技术一种深层地热采集井，如图1所示，包括第一对接井1和第二对接井2；
44.所述第一对接井1包括依次连通的直井段1
‑
1、斜井段1
‑
2和水平换热井段1
‑
3。
45.所述第二对接井的井底与所述水平换热井段连通；
46.所述水平井段位于温度至少在110℃以上的地质层。
47.本技术通过设置斜井段1
‑
2，一方面是基于钻进需求，正常地下井连接无法形成完全垂直的的直角井；另一方面通过弧形的斜井段能够增加换热介质与地热的接触面积，从而增加热能交换；再次弧形斜井段能够对直接注入井的换热介质起到缓冲作用，避免了换热介质对于水平换热井段1
‑
3的直接冲击，造成井内套管损坏。
48.具体地，实施过程中，优选地，第一对接井1为注入井，第二对接井2为出口井，因此第二对接井2可以为直井，也可以采用与第一对接井1相同的结构。优选地，所述第二对接井包括大径段2
‑
2和小径段2
‑
1；
49.所述大径段2
‑
2与所述水平换热井段1
‑
3连通，且所述大径段2
‑
2直径大于所述所述水平换热井段1
‑
3。
50.为了使换热介质在地底能够充分换热，采集地热，本技术实施过程中，所述水平换热井段的长度为1000～2000m，优选地，水平换热井段的长度为1500m。
51.同时，为了增加地底水平段的换热面积，所述水平换热井段的直径为190～250mm，优选地，水平换热井段的直径为215.9mm。
52.本技术实施过程中，所述第一对接井1的斜井段内和水平换热井段可以为裸井，这样可以换热介质可以与地底岩层直接接触，提高了换热效率，增加了换热面积。而由于采用的换热介质不同，特别是当换热介质为非水液体时，可能会对地底环境造成污染，因此，优选地，所述第二对接井、所述直井段、所述斜井段内和所述水平换热井段内均设置有套管3；
53.所述套管3之间密封连接；
54.所述斜井段1
‑
2和所述水平换热井段1
‑
3的套管3与井壁之间留有空隙。
55.套管与井壁之间的空隙可以为管道换热过程提供膨胀变形余量，避免岩层对管壁过度挤压造成套管破裂。
56.为了避免不同地质条件下，地底热能状况可能分布不均，及浅层底层地质结构不稳定，对于热能采集的影响，且为了能够达到有效采集地底热能，本技术实施过程中，所述第一对接井1和所述第二对接井2的井深均大于3000m，即第一对接井1的水平换热井段1
‑
3的深度大于3000m。
57.本技术实施过程中，所述第二对接井2的深度大于所述水平换热井段1
‑
3所处深度。本技术通过使第二对接井2的深度大于水平换热井段1
‑
3所处深度能够进一步增加换热效率。
58.为了尽可能地保留换取的热能，本技术实施过程中，所述第一对接井和所述第二对接井的井口外壁均设置有保温套层4。
59.优选地，所述第二对接井的保温套层长度大于第一对接井的保温套层长度。具体地，所述保温套层采用聚氨酯保温层，所述保温套层的厚度为20～40mm，优选地，所述保温套层的厚度为300mm。
60.本技术一种实施方式，选择第一对接井1和第二对接井2的间距为2200m，第一对接井1的直井段1
‑
1直径311.1mm，弧形斜井段1
‑
2直径为250mm，水平换热井段1
‑
3直径为215.9mm；平换热井段长度为1500m，平换热井段和斜井段的水平长度之和为2200m。
61.第二对接井2大径段直径250mm，小径段直径178mm。第二对接井2大径段直径大于平换热井段直径。
62.第一对接井井底位于水平换热井段所处深度 150m处。
63.第一对接井1和第二对接井2井口外壁均套有内径大于井口的套管，套管内壁与井口外壁之间填充聚氨酯，形成30mm厚的聚氨酯保温层。
64.本技术一种深层地热采集方法，具体为：
65.步骤1，选取合适的间距钻井形成在地底连通的第一对接井和第二对接井；
66.1.1钻井依次形成第一对接井的直井段、斜井段和水平换热井段；
67.1.2在水平换热井段出口段对应位置，从地面钻进形成第二对接井。
68.步骤2、将换热介质从所述第一对接井井口注入，换热介质依次沿直井段、斜井段和水平换热井段进入地层，被地热加热；
69.步骤3、加热后的所述换热介质从第二对接井井口涌出，进入用热系统换热，换热冷却；
70.步骤4、冷却后的所述换热介质重新进入第一对接井，进行循环换热。
71.施工时，先钻井，依次形成第一对接井1的直井段1
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1、斜井段1
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2和水平换热井段1
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3，然后钻第二对接井2，是井道与水平换热井段1
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3对接。相比于用水平换热井对接第二对接井直井方式，能够提高对接的成功率60％以上，缩短施工时间三分之一，使得钻井难度降低了45％。
72.以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。