[发明专利]提高地热井产热能力的工艺

说明书

本发明涉及地热能开发技术领域，具体指一种通过导热固井技术、增导压裂技术来提高岩层中地热能导入地热井的能力，再通过螺旋板式冷凝段重力热管换热器完成高效的取热换热利用的地热井新工艺。具体的工艺流程如下：完成地热井钻井、下套管后，进行导热固井，即在地层低温段注入隔热水泥浆、在地层高温段注入导热水泥浆完成固井；待固井的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的套管内进行分段射孔压裂，在高温岩层中产生裂缝，并向裂缝内填充导热材料形成从套管延伸到岩层的导热带；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器冷凝段，最终形成岩层快速传热、井筒高效换热的高产地热井系统。

技术领域

本发明涉及地热能开发技术领域，具体指一种提高地热井产热能力的工艺。

背景技术

地球地表10km内有丰富的地热能可供开采，地热资源是一种无污染的清洁可再生能源，随着石油、煤炭等传统能源逐渐枯竭，地热资源将成为未来能源的一个重要组成部分。地热可以分为三类：浅层地温能、水热型地热资源、干热岩。传统的地热通常指地热水，但地热水资源有限，需要特定的条件才能形成，而干热岩分布广泛。地热提取技术应该做到只取热，不取水，利用地热的同时保护地下水资源，提取的地热可以用于供热、供冷及发电。

目前地热采取以一口井注水一口井出水即一注一出或一注二出或一注四出等方式，通过注水井将高压水注入干热岩层，充分吸收地层热量后，将高温水和蒸汽通过生产井采出，经过热交换及地面循环装置处理后，将冷却水再次注入地下，形成循环系统，实现干热岩的热量开发。这种取热方式，注入井与采出井一般都需要适当规模的压裂，在地层中制造出一定规模的裂缝，注入井与采出井之间裂缝的连通比较困难。注入井向裂缝系统注入的流体漏失量大。水通过深井注入地下干热岩体，渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量，即在干热岩体内形成稳定的地下热交换系统比较困难，注入量与采出量难以达到动态平衡；水蒸汽、水流中带出的岩石中的各种成分、杂质多，对地面换热系统运行造成很大腐蚀、堵塞等。

目前中深层地岩热利用必须进行钻井、下套管、固井，固井指的是向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。由于岩石导热系仅有1.6-3.6 W/(m· K)，导热系数较低，而在套管外注入水泥浆固定后，水泥浆导热系数仅有0.19 W/(m· K) - 0.65 W/(m·K)，相当于在套管与岩石之间形成了一层隔热层，热阻很大，远离地热井的高温岩层的热量很难导入井中，进入井内的水经高温岩层加热后通过地层低温段时产生换热导致热量流失，温度降低，地层高温段内高温岩体的热量很难传导到井眼附近，单井产热量很低，导致目前地热井产热量低，效益差。另外，现有的地热井与岩石之间换热能力差，需要开挖多个相互连通的地热井以提高换热效果，这样不仅增加工程量，而且会改变地下岩层结构，增加地面沉降的风险。地热井中，按照地面利用所需的温度界定地层高温段和低温段的温度范围，高于地面利用所需温度的地热井段为高温段，低于地面利用所需温度的地热井段为低温段。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的缺陷，提供一种使地热井导热效果好，换热量大，产热量高的工艺。

本发明的技术方案如下：

提高地热井产热能力的工艺，通过导热固井技术、增导压裂技术来提高岩层中地热能导入地热井的能力，再通过螺旋板式冷凝段重力热管换热器完成高效的取热换热利用的地热井新工艺；具体的工艺流程如下：完成地热井钻井、下套管后，进行导热固井，即在地层低温段注入隔热水泥浆、在地层高温段注入导热水泥浆完成固井；待固井的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固后，在地层高温段的套管内进行分段射孔、压裂，在高温岩层中产生裂缝，并向裂缝内填充导热材料形成从套管延伸到岩层的导热带；最后在地面上安装与套管对接的重力热管换热器的冷凝段，最终形成岩层快速传热、井筒高效换热的高产地热井系统。

所述导热固井技术的工艺如下：

钻井达到设计的深度后，向井筒内下入套管，并在套管底部安装浮箍，套管外径小于井筒；