一种干热岩热能利用采集装置的制作方法

1.本发明涉及热能采集与利用技术领域，具体而言，涉及一种干热岩热能利用采集装置。


背景技术：

2.世界经济的发展严重依赖化石能源的开发和使用，但化石能源的使用会带来一系列环境问题；人们迫切要求开发新能源，干热岩热能相对于太阳能、风能、水能等清洁能源具有不受气候和季节影响的压倒性优势，地壳中的干热岩所蕴含储量相当于全球天然气、煤炭、石油总量的30倍；经济型干热岩(ehdrr)定义：指埋藏于地下3～10km,温度180℃～320℃不含或微含不流动水且渗透性极差的高温岩体。增强型人工热储层即通过现有的技术对干热岩储层岩体进行渗透性改造，形成丰富的裂隙网络，使载热流体和高温岩体之间有足够的热交换面积。热储层的如何稳定建造供热通道是将干热岩开发中的固态热转变为流态热的关键技术之一，直接决定着干热岩地热发电工程的成败。
3.通常水力压裂技术在常规天然气及非常规能源开采储层改造领域中取得了较好的效果，但是在干热岩开发人工热储建造中，由于干热岩埋藏较深，地应力高，且多赋存于火成岩中，因而对水力压裂技术要求比较高，现有的技术及设备无法满足工程长期供热通道稳定和牢固的需求，水力压裂建造干热岩人工热储的难度较大、成本高；其次水压致裂技术产生的裂缝单一，换热面积有限，这些都制约着干热岩地热开发走向商业化。
4.针对上述问题，如何设计一种稳定的干热岩热能利用采集装置和通道是我们目前迫切需要解决的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种干热岩热能利用采集装置，其能够提供稳定的双回路干热岩发电通道和综合利用经济环保模块。
6.本发明的实施例是这样实现的：
7.本技术实施例提供了一种干热岩热能利用采集装置，其包括相互连接的第一回路采集部和第二回路采集部；
8.第一回路采集部包括相互连接的导热部和发热部，导热部和发热部的内部连通，且导热部和发热部的内部均填充有导热介质，发热部还设置有第一热量输出端；
9.第二回路采集部包括笼罩在发热部外的热量采集罩，热量采集罩的内部与发热部的外壁之间填充有消耗介质，且热量采集罩还设置有第二热量输出端。
10.在本发明的一些实施例中，上述导热介质为导热油、氦气、乙醇或液态二氧化碳其中一种。
11.在本发明的一些实施例中，上述发热部为闪蒸塔。
12.在本发明的一些实施例中，上述发热部和导热部相连并形成t型结构。
13.在本发明的一些实施例中，上述单个第一回路采集部包括两个导热部和一个发热
部，且两个导热部对称设置在发热部的两侧并形成n型结构。
14.在本发明的一些实施例中，上述发热部和导热部相连并形成p型结构。
15.在本发明的一些实施例中，上述发热部为球形结构，导热部为柱形结构。
16.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
17.本发明回路之一是充分利用大型断层构造干热岩这一天然断层及破裂带充当群井间的人工热储层，适当的人工热储层起渗透性强、裂隙发育、换热面积大；解决了在传统增强型水力压裂起裂压力大、压裂裂纹延展向不可控的难题，降低了建造成本和难度；
18.大多数地热赋存于大陆板块边缘或者板块与板块交接处，地质活动活跃，断层、节理构造发育，天然形成的裂缝带或者破碎带较多。而充分利用这些原生的缺陷带(破碎带、裂隙带)以及断层裂隙发育带作为人工热储，便可以提高地热开采效率，降低开采成本；
19.而同时另外一回路通过密闭式重力自循环导热交换介质和管道系统，模块化进行海水淡化提锂、或淡水发电、供暖、制冷供水等分或组合经济利用，真正实现干热岩双回路发电、多模块化利用和综合稳定开采的商业环保模型。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为本发明实施例中的方法流程图；
22.图2为本发明实施例中干热岩热能利用采集装置其中一种使用的结构示意图；
23.图3为本发明实施例中干热岩热能利用采集装置另一种使用的结构示意图；
24.图4为本发明实施例中干热岩热能利用采集装置其中一种的结构示意图；
25.图5为本发明实施例中干热岩热能利用采集装置另一种的结构示意图；
26.图6为本发明实施例中干热岩热能利用采集装置另一种的结构示意图；
27.图7为本发明实施例中干热岩热能利用采集装置另一种的结构示意图。
28.图中：1、导热部；2、发热部；3、热量采集罩。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
34.在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
35.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例
37.本技术实施例提供了一种干热岩热能利用采集装置，其包括相互连接的第一回路采集部和第二回路采集部；也即是通过第一回路采集部和第二回路采集部来形成双回路对干热岩热量采集的通道，进而使得在使用时，通过此双回路对热量进行采集，实现热量采集的不间断，当存在一路采集通道发生故障时，也能够通过另一通道对干热岩的热量进行采集以及利用，使得整体装置在使用时，更加的灵活、便捷以及实用。
38.如图4-图7所示，第一回路采集部即包括相互连接的导热部1和发热部2，导热部1和发热部2的内部连通，并且在第一回路采集部的内部是经过密封设置的，而且在导热部1和发热部2的内部均填充有导热介质，发热部2还设置有第一热量输出端；其原理也即是通过干热岩的热量件导热部1内部的导热介质加热，而在第一回路采集部的内部，通过导热介质的重力循环，从而将干热岩的热能转移到发热部2，而发热部2通过第一热量输出端的存在，从而便能够将此热量进行利用，可用以发电、供暖等。
39.第二回路采集部包括笼罩在发热部2外的热量采集罩3，热量采集罩3的内部与发热部2的外壁之间填充有消耗介质，且热量采集罩3还设置有第二热量输出端。
40.如图4-图7所示，也即是在发热部2的外部还套接有热量采集罩3，发热部2在输出热量的同时，发热部2的外壁也将会产生热量，从而在热量采集罩3的内壁与采集部的外壁之间进行填充消耗介质，进而在通过第二热量输出端随即输出所采集的热量，进而用于发电、供暖等等。
41.而热量采集罩3的内壁与采集部的外壁之间填充的消耗介质，可以是海水、苦咸水、卤水或淡水等等；而在采用的为海水时，将通过热水和蒸汽的方式将干热岩的热量输出进行利用，与此同时，还能够浓缩提炼海水中的锂、钾等物质，一举两得，使其具有更高的经济价值和实用性。
42.而通过第一热量输出端以及第二热量输出端随即形成上述的双回路热量采集，在使其该热量发电时，也就形成了双回路发电的模型，其具有安全双保险，并能够持续发电的优点。
43.需要说明的是，整体在使用时，即是将导热部1伸入经过施工后而形成的注入井和生产井中，也即是伸入干热岩内，从而便实现对热量的转化、采集与利用。而注入井和生产井的形成如下所述。
44.在本实施例中，上述导热介质为导热油、氦气、乙醇或液态二氧化碳其中一种。
45.在本实施例中，上述发热部2为闪蒸塔。
46.在使用时，即是在干热岩的地面根据发电规模建立多级低压闪蒸炉，即发热部2；而在一级闪蒸炉下端开口接入从第一回路采出井上电泵抽取的热蒸汽和热水用密闭管道穿过闪蒸炉，加热炉中冷水或海卤水；产生蒸汽导入涡轮发电机组发电；而涡轮发电机组发电后产生的余热用管导入第二级低压闪蒸炉，继续加热浓缩蒸发海卤水；而余热可直接导出冷凝塔，压缩空气通过特制涡流管供水或制热供暖、制冷；而在二级闪蒸塔浓缩后的海卤水进入加工锂电池工艺流程提取宝贵的锂原料。
47.在本实施例中，如图4所示，上述发热部2和导热部1相连并形成t型结构。
48.在本实施例中，如图5所示，上述单个第一回路采集部包括两个导热部1和一个发热部2，且两个导热部1对称设置在发热部2的两侧并形成n型结构。
49.在本实施例中，如图6所示，上述发热部2和导热部1相连并形成p型结构。
50.在本实施例中，如图7所示，上述发热部2为球形结构，导热部1为柱形结构。而结合图2和图3，即能够实现整体装置在发电、提锂等领域的利用，请参照图2-图3。
51.请参照图1，图1为本发明实施例中的方法流程图。
52.另一方面，本技术实施例提供了一种干热岩热能利用开采施工方式，其包括以下步骤：
53.s1、在干热岩勘查开发靶区选定干热岩地热开发区域，并确定干热岩地热开发区内断层产状、数量和热值大小；
54.s2、在干热岩地热开发区域内选定温度超过180℃的断层为目标断层，沿目标断层的走向进行井组布置设计；
55.s3、在目标断层走向的中心位置注入井钻进行施工，钻井钻进到岩层温度达到150℃时开始测温、取芯、钻进并直至达到目标断层的所在区域；
56.s4、对钻进过程中取得的岩心进行地质编录，观测钻孔壁上的断层数量及层厚，并确定目标断层产状；
57.s5、根据地质编制，将目标断层及靠近目标断层的破碎带作为天然人工热储层；即根据光波钻物探结果和地质编制，将目标断层及附近破碎带作为一个裂隙发育、渗透性强、换热面积大的天然热储层通道，如下所述。
58.s6、由钻孔注入蒸发流体，以使蒸发流体经过目标断层进行热交换，实现固态热向液态热或气态热转变并从钻孔中采出高温水或蒸汽，并将采出的高温水或蒸汽用于发电或供暖，以及其他用途等等。
59.需要说明的是，首先应当在在圈定的干热岩地热异常区，经地质勘查、多方论证，确定为大型断层经济型干热岩构造模型，从而进行干热岩地热开发。
60.而在干热岩目标靶区根据物、化探手段来选定干热岩地热开发区域，并确定干热岩目标区内断层产状、数量和热值大小。物探手段的选取可以根据干热岩的“三高”(高电导率、高大地热流值、高放射性异常)、“一低”(低波速)及“两异常”(磁力异常、重力异常)以及
红外高能波同元素共振频率采用光波钻法、重磁法、大地电磁测深、天然地震背景噪声层析成像与放射性γ能谱测量综合探测法，其中光波钻同元共振法创新高经济快捷、重磁法和大地电磁法在矿物勘探中运用广泛且成熟、天然地震背景噪声层析成像应用于地球内部结构的研究以及放射性γ能谱测量常用于区域地质中的岩石放射性元素含量的测定。
61.而利用大型断层构造干热岩这一天然断层及破裂带充当群井间的人工热储层，人工热储层起渗透性强、裂隙发育、换热面积大；解决了在传统增强型水力压裂起裂压力大、压裂裂纹延展向不可控的难题，降低了建造成本和难度；加上密闭式重力自循环导热交换介质和管道系统，模块化进行海水淡化、提锂、供暖、制冷供水等分或组合经济利用，真正实现干热岩双回路发电、多模块化利用和综合稳定开采的商业环保模型。
62.在本实施例中，上述在干热岩勘查开发靶区选定干热岩地热开发区域通过光波钻物或化探的手段来实现。
63.在本实施例中，上述沿目标断层的走向进行井组布置设计通过以下方式实现：
64.井组布置方式为一注两回式或多个同类模块化组合井的直线型布置井筒；
65.井筒包括注入井和生产井，生产井与注入井的间距为l(500米-2000米)，且注入井在中心，生产井在注入井的两侧或顺向梯度排列。
66.而在干热岩开发区域内选定温度180℃以上的最大断层，即目标断层，而后沿目标断层的走向进行井组布置设计，并且井组布置方式为一注两回模块化组合的“直线型”布置井筒，井筒包括一口注入井和两口生产井，即一注两回；生产井与注入井间距为l，注入井在上端，两口生产井在注入井顺延一侧，“直线型”布置的井筒均匀分布在干热岩地热开发区范围内的目标断层走向的方向上，注入井位于干热岩地热开发区目标断层走向的中部，两口生产井分别位于目标断层走向方向的两侧，注入井到生产井的距离为l＝500m～2000m，所有钻井都钻至目标断层所在区域。
67.在本实施例中，上述在目标断层走向的中心位置注入井钻进行施工，并在温度到达180℃-320℃或超过320℃后停止钻进。
68.也就是说，在目标断层走向的中心位置进行注入井钻井施工，当钻井钻进到岩层温度达到180℃并开始测温、取芯、钻进直至达到目标断层所在区域后温度到达200～320度后停止钻进，随后继续施工生产采出井，并按注入井施工方案进行施工工作。
69.在本实施例中，上述对钻进过程中取得的岩心进行地质编录，观测钻孔壁上的断层数量及层厚通过以下方式实现：
70.通过钻孔窥视仪钻孔成像组件或光波钻同元共振法组合。
71.而对钻进过程中取得的岩心进行地质编录时，也即是通过钻孔窥视仪钻孔成像技术从而精确观测到钻孔壁上的断层数量、倾角及层厚，再结合物探成像技术所确定的大断层宏观尺度和钻孔的方位角可以精确确定目标断层产状。
72.在本实施例中，上述确定目标断层产状通过以下方式实现：
73.结合光波钻物、化探共振或成像装置以及钻孔的方位角来确定目标断层的产状。
74.在本实施例中，上述蒸发流体为淡水或海卤水。即向注入井中注入大量的常温水(或海水、苦咸水等)，经过目标断层这一天然人工热储裂缝网络进行热交换，并从生产井采出高温水及过热水蒸气并用于发电或供暖以及其他用途等。
75.在本实施例中，上述直线型布置井筒均匀分布在干热岩地热开发区域范围内的目
标断层的走向方位上，群井的中心为注入井并位于干热岩地热开发区域的目标断层走向的上部；生产井位于目标断层走向的前后顺沿一侧，注入井到生产井之间的距离为l＝500m～2000m，且注入井到生产井都钻至目标断层所在的区域。
76.由于大多数地热赋存于大陆板块边缘或者板块与板块交接处，地质活动活跃，断层、节理构造发育，天然形成的裂缝带或者破碎带较多。而充分利用这些原生的缺陷带(破碎带、裂隙带)以及断层裂隙发育带作为人工热储，便可以提高地热开采效率，降低开采成本。
77.而干热岩构造概念模型有五种：全新世活动火山岩型干热岩构造、下地壳熔融体型干热岩构造、放射性衰变热源型干热岩构造、大型走滑断层型干热岩构造、地堑-裂谷型干热岩构造等模型。中国所涉及的干热岩体多处于大陆板块活动地带，大型走滑断层型干热岩构造是典型代表。大型走滑断层型干热岩地热异常区必然存在大型天然断层及裂缝破碎带，因此针对大型走滑断层型干热岩地热的人工热储建造可利用其天然的断层以及断层附近的裂隙带来作为天然的人工热储层，克服运用人工压裂技术建造干热岩人工热储的缺点，降低开发成本。
78.综上所述，本发明充分利用大型断层构造干热岩这一天然断层及破裂带充当群井间的人工热储层，人工热储层起渗透性强、裂隙发育、换热面积大；解决了在传统增强型水力压裂起裂压力大、压裂裂纹延展向不可控的难题，降低了建造成本和难度；
79.由于大多数地热赋存于大陆板块边缘或者板块与板块交接处，地质活动活跃，断层、节理构造发育，天然形成的裂缝带或者破碎带较多。而充分利用这些原生的缺陷带(破碎带、裂隙带)以及断层裂隙发育带作为人工热储，便可以提高地热开采效率，降低开采成本；
80.加上密闭式重力自循环导热交换介质和管道系统，模块化进行海水淡化、提锂、供暖、制冷供水等分或组合经济利用，真正实现干热岩双回路发电、多模块化利用和综合开采的商业环保模型。
81.一种干热岩热能利用采集装置的工作原理是：即利用大型断层构造干热岩这一天然断层及破裂带充当群井间的人工热储层，人工热储层起渗透性强、裂隙发育、换热面积大；从而解决了在传统增强型水力压裂起裂压力大、压裂裂纹延展向不可控的难题，降低了建造成本和难度；另外加上密闭式重力自循环导热交换介质和管道系统，模块化进行海水淡化、提锂、供暖、制冷供水等分或组合经济利用，真正实现干热岩双回路发电、多模块化利用和综合开采的商业环保模型。
82.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置或方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图或框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于
硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
83.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。