一种新型地热井下换热器结构及其施工方法与流程

1.本发明属于地热开采技术领域，具体是一种新型地热井下换热器结构及其施工方法。


背景技术：

2.对于中深层中低温水型地热资源，我国现有的地热开采方式是通过抽取地下热水到地面，由地下供热管网输送到客户，通过热交换的方式将热水的热能交换出来，以达到冬季取暖的目的，广泛应用于供暖、理疗、种植、养殖等领域。
3.由于我国前期地热资源粗放的开发利用，地热供暖尾水大量排放，不但造成了资源浪费、造成水土污染，而且加剧了地面沉降、地裂缝等地质灾害。由于我国砂岩热储地质条件复杂、储层压力巨大，造成了尾水回灌难度大，尾水回灌成本高。同时，尾水回灌还有可能造成储层污染，进而污染整合深层地下水系统，形成生态灾难。
4.但是，现有中深层中低温水型地热“取热不取水”的井下换热器，存在以下缺点：1、换热量低，换热量仅为传统抽取地下热水换热量的1/10不到；2、换热速度慢，井底温度不能快速恢复；3、经济效益差，投资回报率低，成本回收周期长。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种新型地热井下换热器结构及其施工方法。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种新型地热井下换热器结构及其施工方法，包括位于地层内的热储层、穿插于地层和热储层的一开固井段、设置于一开固井段下方的二开固井段，以及穿插于一开固井段和二开固井段内的中心管；
8.所述一开固井段包括一开套管，所述二开固井段包括二开套管，所述一开套管和所述二开套管外侧均依次套设有套管壁和井壁。
9.优选的，包括穿过热储层的固井水泥层，固井水泥层内侧设置有井下换热器，井下换热器内部包括设置于其中心处的中心管，以及井下换热器与中心管之间的隔层。
10.一种新型地热井下换热器结构施工方法，包括以下步骤：
11.步骤1：采用ф444.5mm钻头钻进至一开位置，下一开套管，用固井材料进行固井；
12.步骤2：采用ф311mm钻头钻进至井底，下二开套管，用固井材料进行固井，使井筒成为一个封闭空间；
13.步骤3：进行测井工作，检查固井质量、井径变化，测量井筒内不同深度温度变化情况。
14.步骤4：下入中心管至井底，在中心管和井筒形成的环形空间内设置测温光纤，监测100米-井底不同深度的温度，根据井底温度的变化调节抽采流量,保证回水温度高于0℃。
15.优选的，还包括：
16.中心管作为抽水口抽取井筒内的流体，抽取至换热站，由换热站输送到客户，经过热交换水温降低，回水由井筒与中心管之间的空隙注回井筒之中；
17.供热交换器管网将热量换给用户管网，热水流经集水器，根据取暖需求，分区泵送至各采暖单位，回水流经过滤器除锈、除垢，再次进入梯级供热交换器管网取热，循环往复。
18.优选的，步骤1中，一开套管采用钢质石油套管，规格为ф339.7mm
×
9.65mm，钢级为j55，屈服强度为379～552mpa,抗拉强度≥517mpa。
19.优选的，步骤1中，所述固井材料，采用g级水泥，加入石墨7.5％、铁粉 3％、石英砂2％，导热强化材料以及减水剂、消泡剂等，按水固比值0.44进行砂浆配制，导热系数为1.8838w/(m
·
k)，流动度24cm，48h抗压强度为14.78mpa。
20.优选的，步骤2中，所述二开套管，采用7075铝合金管材，其抗拉强度≥ 524mpa，0.2％屈服强度≥455mpa：伸长率11％，弹性模量71gpa，硬度≥150hb，密度2810kg/m3。热传导系为173/m
·
k。外径直径≥177.8mm，厚度≥8.94mm。
21.优选的，步骤4中，所述中心管为pec保温管；井底温度的变化调节抽采流量为0～30m3/h。
22.优选的，回水温度为5℃～10℃，回水温度过低时减少抽采流量；回水温度≤0℃，换热系统工作机组停机。
23.优选的，pec保温管技术参数：导热系数＜0.18w/(m
·
k),拉伸屈服强度＞90mpa，适用温度-20℃～120℃，密度1220kg/m3，内径≥90mm，壁厚≥10mm。
24.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
25.本发明中，通过采用新型井下换热器，解决现有中深层中低温水型地热“取热不取水”技术换热量低、换热速度慢的技术问题，提高采用“取热不取水”技术地热井的换热量、换热速度，增强采用“取热不取水”技术地热井的经济性，促进“取热不取水”技术的推广。
附图说明
26.图1是本发明一种新型地热井下换热器结构的整体结构示意图；
27.图2是本发明一种新型地热井下换热器结构的俯视图。
28.附图标记：1、地层；2、热储层；3、井壁；4、套管壁；5、一开套管；6、二开套管；7、中心管；8、一开固井段；9、二开固井段；10、隔层；11、井下换热器；12、固井水泥层。
具体实施方式
29.以下结合附图1-2，进一步说明本发明一种新型地热井下换热器结构及其施工方法的具体实施方式。本发明一种新型地热井下换热器结构及其施工方法不限于以下实施例的描述。
30.实施例1：
31.本实施例给出一种新型地热井下换热器结构的具体实施方式，如图1-2所示，包括位于地层1内的热储层2、穿插于地层1和热储层2的一开固井段8、设置于一开固井段8下方的二开固井段9，以及穿插于一开固井段8和二开固井段9内的中心管7；
32.一开固井段8包括一开套管5，二开固井段9包括二开套管6，一开套管5 和二开套
管6外侧均依次套设有套管壁4和井壁3。
33.实施例2：
34.本实施例给出一种新型地热井下换热器结构的具体实施方式，如图1-2所示，包括穿过热储层2的固井水泥层12，固井水泥层12内侧设置有井下换热器 11，井下换热器11内部包括设置于其中心处的中心管7，以及井下换热器11与中心管7之间的隔层10。
35.实施例3：
36.本实施例给出一种新型地热井下换热器结构施工方法的具体实施方式，包括以下步骤：
37.步骤1：采用ф444.5mm钻头钻进至一开位置，下一开套管，用固井材料进行固井；
38.步骤2：采用ф311mm钻头钻进至井底，下二开套管，用固井材料进行固井，使井筒成为一个封闭空间；
39.步骤3：进行测井工作，检查固井质量、井径变化，测量井筒内不同深度温度变化情况。
40.步骤4：下入中心管至井底，在中心管和井筒形成的环形空间内设置测温光纤，监测100米-井底不同深度的温度，根据井底温度的变化调节抽采流量,保证回水温度高于0℃。
41.进一步的，还包括：
42.中心管作为抽水口抽取井筒内的流体，抽取至换热站，由换热站输送到客户，经过热交换水温降低，回水由井筒与中心管之间的空隙注回井筒之中；
43.供热交换器管网将热量换给用户管网，热水流经集水器，根据取暖需求，分区泵送至各采暖单位，回水流经过滤器除锈、除垢，再次进入梯级供热交换器管网取热，循环往复。
44.进一步的，步骤1中，一开套管采用钢质石油套管，规格为ф339.7mm
×ꢀ
9.65mm，钢级为j55，屈服强度为379mpa,抗拉强度≥517mpa。
45.进一步的，步骤1中，固井材料，采用g级水泥，加入石墨7.5％、铁粉3％、石英砂2％，导热强化材料以及减水剂、消泡剂等，按水固比值0.44进行砂浆配制，导热系数为1.8838w/(m
·
k)，流动度24cm，48h抗压强度为14.78mpa。
46.进一步的，步骤2中，二开套管，采用7075铝合金管材，其抗拉强度≥524mpa，0.2％屈服强度≥455mpa：伸长率11％，弹性模量71gpa，硬度≥150hb，密度2810kg/m3。热传导系为173/m
·
k，外径直径≥177.8mm，厚度≥8.94mm。
47.进一步的，步骤4中，中心管为pec保温管；井底温度的变化调节抽采流量为0m3/h。
48.进一步的，回水温度为5℃～10℃，回水温度过低时减少抽采流量；回水温度≤0℃，换热系统工作机组停机。
49.进一步的，pec保温管技术参数：导热系数＜0.18w/(m
·
k),拉伸屈服强度＞90mpa，适用温度-20℃℃，密度1220kg/m3，内径≥90mm，壁厚≥10mm。
50.实施例4：
51.本实施例给出一种新型地热井下换热器结构施工方法的具体实施方式，其他步骤与实施例3等同，一开套管采用钢质石油套管，规格为ф339.7mm
×ꢀ
9.65mm，钢级为j55，屈服强度为448mpa,抗拉强度≥517mpa，井底温度的变化调节抽采流量为15m3/h，pec保温管技术参数：导热系数＜0.18w/(m
·
k),拉伸屈服强度＞90mpa，适用温度60℃，密度1220kg/
m3，内径≥90mm，壁厚≥10mm。
52.实施例5：
53.本实施例给出一种新型地热井下换热器结构施工方法的具体实施方式，其他步骤与实施例3等同，一开套管采用钢质石油套管，规格为ф339.7mm
×ꢀ
9.65mm，钢级为j55，屈服强度为552mpa,抗拉强度≥517mpa，井底温度的变化调节抽采流量为30m3/h，pec保温管技术参数：导热系数＜0.18w/(m
·
k),拉伸屈服强度＞90mpa，适用温度120℃，密度1220kg/m3，内径≥90mm，壁厚≥10mm。
54.工作原理：如图1-2所示，新型井下换热器由上部(一开井段)为钢质、下部(二开井段)为铝质，上部采用无缝钢管，主要考虑上部地层温度低，取热量不高，同时其成本较低，较为经济；新型换热器系统由新型井下换热器11、中心管7、固井材料。
55.通过采用新型井下换热器，解决现有中深层中低温水型地热“取热不取水”技术换热量低、换热速度慢的技术问题，提高采用“取热不取水”技术地热井的换热量、换热速度，增强采用“取热不取水”技术地热井的经济性，促进“取热不取水”技术的推广。
56.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。