[发明专利]多分支单井循环换热及水热型地热复合取热系统

权利要求书

1.一种多分支单井循环换热及水热型地热复合取热系统，其特征是：它包括主井（1）、开采分支井（2）、回灌分支井（3）和循环系统（4）；所述主井（1）内置有套管（11），开采分支井（2）一端穿过套管（11）与主井（1）内的保温管（15）连通，回灌分支井（3）一端与套管（11）连通，循环系统（4）与保温管（15）和套管（11）连通，开采分支井（2）和回灌分支井（3）的另一端向套管（11）下端两侧延伸；

所述开采分支井（2）与保温管（15）连通处和回灌分支井（3）与套管（11）连通处分别设置有第一分隔器（21）和第二分隔器（31）；

所述保温管（15）下端设置第三分隔器（12），第三分隔器（12）位于第一分隔器（21）和第二分隔器（31）下部；

所述套管（11）内设置止水系统（13），止水系统（13）位于套管（11）内和保温管（15）之间靠近第三分隔器（12）处的环形空间内；套管（11）下端设置有井底封堵座（14）。

2.根据权利要求1所述的多分支单井循环换热及水热型地热复合取热系统，其特征是：所述开采分支井（2）和回灌分支井（3）下端皆设置有滤水管（5）。

3.根据权利要求1所述的多分支单井循环换热及水热型地热复合取热系统，其特征是：所述循环系统（4）中依次串联有回灌流体处理装置（41）、第一地面热交换装置（42）、三通阀（43）、第二地面热交换装置（44）和高压泵（45）。

4.根据权利要求3所述的多分支单井循环换热及水热型地热复合取热系统，其特征是：所述回灌流体处理装置（41）和高压泵（45）一侧与套管（11）连通，三通阀（43）与保温管（15）上端连通。

5.根据权利要求1~4任一项所述的多分支单井循环换热及水热型地热复合取热系统的构建方法，其特征是，它包括如下步骤：

S1，根据地热田物化探及地质探井资料，确定地热井的主井（1）地面施工位置，并采集地下岩层的地温梯度、岩性、岩石热导率、孔隙度和含水层渗透率的信息；

S2，根据S1中采集的信息划分水热型热储开采层及单井换热目的层，确定主井（1）和各分支井的钻遇目的层的深度与位置；此步骤中，将渗透率较高的含水层作为水热型地热流体开采目的层即热储层，将上部隔水层或弱透水层底部作为单井换热目的层的开采底界；

S3，根据S1中采集的信息计算各分支井的距离，即开采分支井（2）和回灌分支井（3）的合理间距；

S4，根据单井换热目的层的深度与位置，设计钻井工程方案，钻取分支井眼的垂直主井眼至上部隔水层或弱透水层底部，底部下入井底封堵座（14）；

S5，将套管（11）置于垂直主井眼内，保温管（15）置于套管（11）内；

S6，开采分支井（2）和回灌分支井（3）延伸至热储层，开采分支井（2）和回灌分支井（3）下端设置滤水管（5）；

S7，循环系统（4）中的回灌流体处理装置（41）和高压泵（45）与套管（11）连通，三通阀（43）与保温管（15）连通。

6.根据权利要求1~4任一项所述的多分支单井循环换热及水热型地热复合取热系统的单井换热提取热量方法，其特征是，它包括如下步骤：

S1，在开采分支井（2）与保温管（15）连通处和回灌分支井（3）与套管（11）连通处分别设置有第一分隔器（21）和第二分隔器（31），阻止开采分支井（2）与保温管（15）与主井（1）连通，保证流体在地热主井内形成取热不取水的循环；此步骤中，取出第三分隔器（12）和止水系统（13），第一分隔器（21）和第二分隔器（31）分别封闭开采分支井（2）和回灌分支井（3）；

S2，打开三通阀（43），导通保温管（15），从主井（1）内出来的高温流体沿保温管（15）流向循环系统（4）；

S3，高温流体与循环系统（4）中的第二地面热交换装置（44）进行热量交换，交换后形成低温流体，高压泵（45）将低温流体排入套管（11）和保温管（15）之间的环形腔内；

S4，环形腔内的低温流体从上部向主井（1）底部流动，套管（11）与岩层充分接触进行热交换，低温流体与套管（11）接触进行热交换，转换成高温流体，回流至保温管（15）内。

7.根据权利要求1~4任一项所述的多分支单井循环换热及水热型地热复合取热系统的水热型地热提取热量方法，其特征是，它包括如下步骤：

S1，取出位于开采分支井（2）内的第一分隔器（21），将第三分隔器（12）置于套管（11）内，使保温管（15）与开采分支井（2）连通；

S2，取出位于回灌分支井（3）内的第二分隔器（31），将止水系统（13）下放至套管（11）内并靠近第三分隔器（12），向止水系统（13）内冲入高压氮气，使其膨胀与套管（11）和保温管（15）紧密接触，使套管（11）与保温管（15）之间的环形空间只与回灌分支井（3）连通；

S3，打开三通阀（43），导通保温管（15），热储层的地热流体通过开采分支井（2）进入保温管（15）内，保温管（15）内的高温地热流体进入循环系统（4）中；

S4，回灌流体处理装置（41）启动，高温地热流体在循环系统（4）中流动与第一地面热交换装置（42）进行热交换后进入回灌流体处理装置（41），回灌流体处理装置（41）对地热流体进行脱气扬沙处理，高温流体转换成低温流体流入套管（11）和保温管（15）之间的环形空间内，并沿回灌分支井（3）返回至热储层；

或者，高压泵（45）启动，高温地热流体在循环系统（4）中流动与第二地面热交换装置（44）进行热交换后转换成低温流体，流入套管（11）和保温管（15）之间的环形空间内，并沿回灌分支井（3）返回至热储层；

S5，在S4中，若地热流体难以回灌，在循环系统（4）中设置加压装置，进行加压回灌。