干热岩（EGS）单井循环采热装置的制作方法

本实用新型属于干热岩(EGS)技术，尤其是涉及干热岩（EGS）单井循环采热装置。

背景技术：

2013年1月，国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部联合发出《关于促进地热能开发利用的指导意见》，要求“大力推进地热能技术进步，积极培育地热能开发利用市场，按照技术先进、环境友好、经济可行的总体要求，全面促进地热能资源的合理有效利用”。

2014年6月，国家能源局综合司、国土资源部办公厅发出《关于组织编制地热能开发利用规划的通知》，要求各地“近期地热能开发利用规划以浅层地温能供暖（制冷）、中深层地热能供暖及综合利用为主，具备高温地热资源的地区可发展地热能发电。远期发展中温地热发电和干热岩发电，并提高地热综合利用水平”。

常规地热井，主要是从井中直接取出地下热水向建筑物供暖。此技术简单、实用、开发成本低，至今还在广泛使用中。缺点是此种直取、直供、直排利用热能的方式，造成极大的地下水资源和地热能的浪费，还可造成城市地质灾害。尽管有人主张以深采浅灌来维护此项技术在城市供热中的应用，但一口生产井需打2-3口回灌井，增加了供热企业的成本。同时，回灌井因地质问题，很难实现真正意义上的回灌，加之回灌成本高，因此，目前大多数供热单位，均在回避回灌、违规经营。

利用热装置技术为建筑供暖，已在国际上风行了30年。上世界90年代传入我国后，一度出现过突飞猛进的势头。2010年已取得世界第二的成绩，最高年增长率达40%以上。随后开始下降，目前年增长率只有27%。究其原因，主要存在以下问题：1 地源热装置换热孔施工需要较大空间，在建筑密度大的区域无法大面积实施，难以规模化发展。2 浅层地温能，温度低、用水量多、消耗电力大。3 水源热装置对水质、水量、水温有一定要求，利用浅层地温水，其水质差、水量小、水温低，热装置难以正常运转。4 回灌困难，浪费严重。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种较低成本，高效节能，热能利用率高，低碳环保提取利用地热能的干热岩（EGS）单井循环采热装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：步骤1：依据供暖面积、地热梯度，施工一定深度的两径直井一口，井径和井深根据需热量和地热梯度计算确定。

步骤2：在两径直井内建立导出系统，安装导出管（16、18），导出管外填充绝热材料（15、17），导出管的长度和绝热材料的用量根据地热能的供需量与地热梯度计算确定。

步骤3：向导出管内注入工质（依热供需量计算），观测工质温度变化情况，计算单位时间内供热效率，并将测量结果与需热量对比，确定压裂方案，技术参数根据地质数据计算。

步骤4：在导出管内建立换热系统，安装吸热管（12、13）、技术管（8）、工质滤清装置（10、11），管串外部填充蓄热材料（14），技术管（8）内安装座封器（9），工质滤清装置（10、11）和吸热管（12、13）的实际尺寸根据地热能的供需量计算确定。

步骤5：在导出管内建立注入系统，安装注入装置（6）、注入管（7），上部与工质容腔（5）连接，下部与吸热系统的管串连接。

步骤6：在导出管内建立排出系统，安装排出管（3）、排出装置（4），上部连接热交换器（1）、工质软化装置（2），排出装置与热交换器的工作能力根据地热能的供需量计算确定。

步骤7：向导出管内一次性注入所需换热用的内部循环工质，注入量根据需热量计算确定。

本实用新型由于采取了以上技术方案，其具有以下优点：1利用新型复井储水，仅单井即可节约占地空间50％以上。2 井位选定灵活、不受地域及场地限制、易普及。3 绿色环保，无废气、废液、废渣排放。4 水质、水量、水温有保证，利于热装置正常工作。5 取水方便，城市自来水、劣质水改造后均可利用。6 水介质反复循环利用，可保护节约城市地下水资源。7 水源稳定、水温可调、热能利用率高，高效节能。8 无易燃、易爆装置，使用安全。9 系统使用寿命长。地下及地面管材，耐腐蚀、耐高温、耐高压，使用年限可达70年以上。10 井径相对较小，又经固井施工，水泥固结，地下无运动设备，不会造成地层垮塌，不会影响地面建筑及城市设施安全。11建井技术成熟、成本低、效率高。目前社会上大量闲置着2000m-4000m石油钻机及优秀钻井施工队伍，施工设备及人员易于组织，优质石油管材大量积压，价格日趋下降。12 供热系统易控制、易操作、易维护、易管理，占用人力少、后期维护费用低。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图中（1）热交换器、（2）工质软化装置、（3）排出管、（4）排出装置、（5）工质容腔、（6）注入装置、（7）注入管、（8）技术管、（9）座封器、（10、11)工质滤清装置、(12、13)吸热管、(14)蓄热材料、（15、17）绝热材料、（16、18)导出管。

具体实施方式

1、根据前期地质勘查，选取合适的干热岩热储层位置，选定井位，依据需热量、地热梯度，施工一定深度两径直井一口。

2、对准热储层位置，安装导出管（16、18）管串，在管串外填充绝热材料（15、17）建成导出系统。

3、在导出管内注入若干工质（依热供需量计算），观测工质温度变化，计算干热岩井段单位时间内供热量，并将测量结果与单位时间内需热量对比，确定压裂方案，技术参数依地质数据计算。

4、安装吸热管（12、13）、工质滤清装置（10、11）、技术管（8），管串外填充蓄热材料（14）至设计井深位置。在技术管（8）中安装座封器（9）。

5、安装注入装置（6）、注入管（7），管下端加座封器（9），注入管（7）上端与地面热能利用设备以及工质容腔（5）对接。

6、安装排出装置（4）、排出管（3），与热交换器（1）和工质软化装置（2）对接。

7、在导出管内一次性注入系统所需要的循环工质。

8、开动排出装置（4），排出系统开始工作，通过热交换器（1）工质在热能利用设备中循环，回流至工质容腔（5），由注入装置注入换热系统。在换热系统内与干热岩热储层中的热能进行能量交换，吸收足够热能后再次进入导出系统进行下一个循环。

本实用新型的应用实例：干热岩供暖

河南省郑州市某住宅区干热岩供暖项目。本项目总供暖面积40000㎡。

双径直井一口，技术特点：通过在井孔内建立导出系统、换热系统、注入系统、排出系统将干热岩热能导出。各系统共同构成一个密闭的循环系统。

效益计算：（1）与燃煤锅炉比较，替代标准使用煤：113.67吨/万平方米/采暖季

（2）减少二氧化碳排放量：283.71吨/万平方米/采暖季

（3）减少二氧化硫排放量：2.71吨/万平方米/采暖季

应用此技术节约占地空间、节约水资源、降低成本、热能利用率高、绿色环保、无废气、废液、废渣排放、社会效益显著。