[发明专利]一种油气井改造的环形超长重力热管系统及方法

说明书

本发明涉及一种油气井改造的环形超长重力热管系统及方法，包括超长重力热管基体，基体包括油管和生产套管，油管和生产套管之间的空间形成环路热管的换热空间，从而形成一个油管和生产套管之间的环形空间。本发明采用油管和生产套管之间的空间形成环路热管的换热空间，与现有的仅仅采用油管或者仅仅采用生产套管形成热管相比，换热空间小成本节省情况下，能够达到更好的换热效率。

技术领域

本发明涉及一种热管技术，尤其涉及一种用于提取废弃油气井内地热能的超长重力热管装置，属于F28d15/02的热管领域。

背景技术

热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。

热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括核电领域，例如核电的余热利用等。

地热能作为一种储量丰富、清洁、稳定的可再生能源受到国家的重视。

地热能主要分为浅层地热能以及深层地热能，其中深层地热能的储量是浅层地热能储量的1000倍，目前我国对浅层地热能开发较为完善，而对深层地热能开发相对较少。开发深层地热能的技术主要有增强型地热系统、井下换热器技术以及超长重力热管技术。其中增强型地热系统一般为双井或者多井模式，来实现流体工质循环提取深层地热能，在目前的发展中存在诸多问题：（1）技术难度大、成本较高；（2）存在工质流失弊端；（3）设备易腐蚀结构；（4）容易引发环境灾害。井下换热器技术虽然能避免工质损失以及设备腐蚀等问题，然而工质在换热器内随深度变化明显，导致采热效果不佳，而且在工作中需要添加额外泵功。超长重力热管技术通过利用热管内工质相变进行传热，工质不与外界接触，避免工质流失以及设备腐蚀问题，同时可以将热量高效地从蒸发段传递至冷凝段，具有高导热率、优良均温性等优势。

目前在石油开采领域，随着石油开采量的与日俱增，众多油井存在着开采量逐年下降的问题，导致每年报废的油井数量逐年递增，以胜利油田为例，目前已经累计有报废井超过一万多口。如何实现对已有废弃资源的再利用，甚至实现较高的经济效益，成为了目前国家亟待解决的问题。

在超长重力热管技术成本计算中，钻井成本占据了总成本的60～80 %。在废弃油气井中一般都伴随着深层地热能，并且废弃油气井中钻井过程已经进行完成，只需要后续修缮检修就能够改造成为超长重力热管地热井。将废弃油井与超长重力热管技术相结合，既实现充分利用废井内丰富的地热资源，又有效地降低超长重力热管技术成本，达成废弃资源再利用以及经济效益的双丰收。

对于超长重力热管，目前其设计难点主要在以下几方面：（1）内部蒸汽流速过高，管径过小，热管的传热能力受到携带极限的限制。热管内部蒸汽流速由于蒸汽不断加入逐渐增高，与回流凝液之间摩擦力逐渐增加，使回流液体被携带至热管上方，破坏稳定的两相流动，限制热管传热能力。（2）液池深度过深，液体处于过冷状态，热管内部分工质失去沸腾条件，造成传热死区。（3）蒸汽流动路径过长，阻力过大，热管内蒸汽难以流动到终点。（4）热管过长，蒸发段液膜可能遭受破坏，发生破裂、干涸现象，导致传热能力降低。

目前现有的专利中，井筒内低品位余热回收的串级式翅片重力热管装置（专利申请号CN109029033A）能解决热管携带极限的问题，但该装置内的热阻主要集中于串级热管间的连接部分，随着连接增多，不利于热量从井底传递至井口。一种利用废弃油井结合热泵开采地热的采暖系统（专利申请号CN112066445A）采用井下换热器技术实现对深层地热的开采，然而该种方法工质以单相流的方式流动，随着流动路径增大工质温度升高，难以形成较大温差，限制了取热能力，同时需要添加额外泵功，消耗更多能源。