[发明专利]一种中深层地热地下增强型换热系统及换热方法

说明书

一种中深层地热增强型地下换热系统及换热方法，换热系统包括位于保温段地层的内管、外管及位于换热段地层的换热器、人造快速传热通道，人造快速传热通道由裂缝中填入高导热系数混凝土支撑剂形成。换热器外管外侧均布安装有圆柱状弹性金属翅片，金属翅片的长度略大于热器外管和换热器内管之间的环状间隙，以确保金属翅片与孔壁充分接触。堵头安装在换热外管的底端，密封换热器。循环介质由内管输送到换热器，再由内管与外管之间的环形间隙返回地面，通过换热器的热交换作用把地热能采集到地面。本发明能够显著增加地热岩体的有效供热半径、提高换热器与地层的换热率，具有高效、经济、绿色的优点。

技术领域

本明涉及地热开采领域，尤其涉及一种中深层地热地下增强型换热系统及换热方法。

背景技术

中深层地热能温度为25℃-150℃，埋深一般小于3000m，储存的地热资源含量巨大，开采前景乐观。但是地下2000-3000米密实岩体的导热系数较低(1.8-2.1W/(m.K))，在中深层地热开采过程中，取热效率低，地热井周围岩体的温度并会逐年下降，多年开采后，地下岩体会出现低温漏斗现象，严重影响地热井的使用效果。目前用于中深层地热井内的换热装置一般为双套管式换热器，通过在换热器外管设置板状翅片、在外管内管内增加凸肋来增加换热效率、在换热地层建造蓄热腔体等方法来提高地热采集效率。如专利：《强化换热的地下深层换热系统》、《中深层地热井内换热器》、《中深层地热井内蓄热换热器》等。现有的技术对提高地热井的取热效率、解决地热低温漏斗现象的作用有限，急需另辟新思路来解决该难题。

水力压裂技术是一种成熟的施工手段，可以在地下中深地层形成长距离、大规模的裂纹体系。而利用密级配高导热系数混凝土支撑剂填充到水力压裂产生的裂缝中形成长距离、大规模的高效传热通道，有效提升换热器供热岩体半径，提高地热井采热效率，解决低温漏斗难题的地热换热系统还未见报导。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，设计提供一种全新理念、新结构适用于中深层地热资源开采的地下增强型地热换热系统。达到提高换热效率、解决中深层地热资源长时间开采后出现低温漏斗影响地热开采效率难题的目的。

一种中深层地热地下增强型换热系统，包括位于保温段地层的内管、外管及位于换热段地层的换热器、人造快速传热通道，人造快速传热通道先由水力压裂技术在地下岩体中形成裂缝，再在裂缝中填入高导热系数混凝土支撑剂而形成；

所述的换热器是由换热器外管、换热器内管、弹性金属翅片、金属筋、堵头构成，换热外管和换热外管同轴安装，中间由金属筋连接，金属筋从内管的中部穿过，换热器外管外侧均布安装有圆柱状的弹性金属翅片，弹性金属翅片的长度大于换热器外管和换热器内管之间的环状间隙，以确保弹性金属翅片与孔壁充分接触。堵头安装在换热外管的底端，用于密封换热器。

所述的内管和外管同轴安装，内管和外管分别通过螺纹与换热器连接在一起；循环介质由内管输送到换热器，再由内管与外管之间的环形间隙返回地面，通过换热器的热交换作用把地热能采集到地面。

本发明的换热方法包括以下步骤：

(一)利用水力压裂方法在地热井换热段地层形成多条裂缝，并灌入高导热系数混凝土支撑剂，高导热系数混凝土支撑剂在地层裂缝和井筒内凝固后便形成人造快速传热通道。

(二)利用钻机将原有地热井钻至设计深度，将换热器下放至换热地层，再下放外管、内管至地热井内，与换热器安装在一起；之后利用分级固井技术固定外管。

(三)由内管输入循环介质，循环介质到达井底的换热器后，沿着内管和外管之间的环形间隙返回到地面，將地热能采集出来。

本发明的工作原理：

第一.本发明通过利用水力压裂方法在地热岩层中形成人造裂缝，并填入密实级配高导热系数混凝土支撑剂，形成人造快速传热通道，极大的增加了换热器供热岩体的有效半径。