一种井口钻井液重力热管取热方法与流程

文档序号:43761237发布日期:2025-11-14 23:53阅读:13来源:国知局

本发明涉及到地热开发,尤其涉及一种井口钻井液重力热管取热方法。


背景技术:

1、重力热管的等效导热率可达金属良导体的一百倍,是目前所知最高效的传热器件之一。重力热管中充装工质后,抽去管内真空使其保持负压状态,重力热管运行时,位于重力热管底部的液态工质受管外高温环境加热,当管内温度达到工质沸点,液态工质经沸腾气化后,蒸汽在压差作用下向上流到冷凝段,放热冷凝后在重力作用下回流至蒸发段,如此循环。

2、现阶段在深井、超深井的钻探过程中,高温钻井液在循环过程中会从地底携带较多热量至地面,井口处的钻井液通常具有较高的温度,但针对这部分热量却未能进行合理回收利用。

3、公开号为cn115823918a,公开日为2023年03月21日的中国专利文献公开了一种油气井改造的环形超长重力热管系统及方法,重力热管系统,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。环形超长重力热管的方法,包括:

4、1)选择油管、生产套管完整无损的废弃油气井;

5、2)对该废弃油气井进行通井,以便确认井下情况是否正常;

6、3)在通井顺利并确定井内无异常情况后,向生产套管内注入水泥浆并通过加压实现对生产套管射孔的封堵;

7、4)在油管与生产套管底端连接处下入封隔器;

8、5)通过焊接的方式,在油管与生产套管上方焊接超长重力热管上端盖,保证焊缝的密封性;

9、6)关闭充液阀,开启真空阀,通过压降法检验系统的密封性;

10、7)关闭充液阀,开启真空阀,将真空泵与真空阀连接对超长重力热管进行抽真空处理;

11、8)关闭真空阀,将充液阀连接充液装置,开启充液阀,对超长重力热管进行充液处理;

12、9)关闭充液阀,连接换热器或发电设备用于供热与发电,同时可将测量设备从中间环空结构放入用以检测热管的运行情况。

13、该专利文献公开的油气井改造的环形超长重力热管系统及方法,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。

14、公开号为cn115790219a,公开日为2023年03月14日的中国专利文献公开了一种用于提取废弃油气井内地热能的超长重力热管装置,包括热管基体,热管基体内设置气液分流装置,气液分流装置包含同轴分流管、支撑环、溢流环以及馈液环,所述支撑环设置在绝热段的热管内壁和分流管外壁之间,用于固定分流管,溢流环设置在冷凝段的热管内壁和分流管之间,馈液环设置在溢流环下部的热管内壁和分流管外壁之间,支撑环、溢流环及馈液环中设置供流体流下的通道;同轴分流管在蒸发段和冷凝段设置开孔。

15、该专利文献公开的用于提取废弃油气井内地热能的超长重力热管装置,采用同轴分流管将上升蒸汽与下降冷凝液隔离,降低气液之间的相互作用,提高超长重力热管的传热极限。

16、以上述专利文献为代表的现有技术,均从井底地下热量利用角度出发,通过减小换热空间来提高换热效率,或者通过改进重力热管结构来降低能量损失,但均未考虑井口处钻井液热量的利用价值,不能最大化利用热量。


技术实现思路

1、本发明为了克服上述现有技术的缺陷,提供一种井口钻井液重力热管取热方法,本发明通过合理布置重力热管,使钻井液与重力热管内介质发生充分热交换,介质进行重力气液循环从而达到井口处钻井液热能的回收发电利用,能够最大化利用热量。

2、本发明通过下述技术方案实现:

3、一种井口钻井液重力热管取热方法,其特征在于,包括以下步骤:

4、a、在井口钻井液输出管道上安装取热设备的管排式重力热管件,并抽取真空;

5、b、液体介质在管排式重力热管件底部与钻井液接触后变成蒸汽,蒸汽上升汇集进入发电装置发电;

6、c、蒸汽再进入取热设备的冷凝器冷凝成液体,经变径导管流入管排式重力热管件中。

7、所述步骤a中,取热设备包括第一蒸汽导管、发电装置、第二蒸汽导管、冷凝器、变径导管和管排式重力热管件,管排式重力热管件的开口端与第一蒸汽导管连通,管排式重力热管件的闭合端与钻井液输出管道连接,第一蒸汽导管与发电装置连接,第二蒸汽导管的一端与发电装置连接,第二蒸汽导管的另一端与冷凝器连接,变径导管的入口端与冷凝器连接,变径导管的出口端与管排式重力热管件连接。

8、所述步骤a中,管排式重力热管件包括第一重力热管、第二重力热管、第三重力热管、第四重力热管和第五重力热管,第一重力热管、第二重力热管、第三重力热管、第四重力热管和第五重力热管的开口端均与第一蒸汽导管连通,闭合端均嵌入钻井液输出管道中。

9、所述发电装置包括膨胀机和发电机,膨胀机的输入端与第一蒸汽导管连接,膨胀机的输出端与发电机的输入端连接。

10、所述步骤a中,管排式重力热管件的真空度为10-1-10-6p。

11、所述步骤b中,发电装置发电具体是指膨胀机做功,膨胀机驱动发电机发电。

12、所述步骤b中,液体介质为水,管排式重力热管件内的充液率为20-40%。

13、所述步骤c中,变径导管与管排式重力热管件的连接处设置有孔洞挡板,变径导管的出口端呈倾斜圆弧状。

14、所述变径导管出口端的倾斜角度为45-90°。

15、所述孔洞挡板的孔洞为30-50个,孔洞呈五边形布置在孔洞挡板上。

16、本发明的有益效果主要表现在以下方面:

17、1、本发明,通过合理布置重力热管,使钻井液与重力热管内介质发生充分热交换,介质进行重力气液循环从而达到井口处钻井液热能的回收发电利用,能够最大化利用热量。

18、2、本发明,在井口钻井液输出管道上安装取热设备的管排式重力热管件,并抽取真空,相较于普通重力热管,能够大幅增大钻井液与重力热管内液体介质的接触面积,提高热能利用效率。

19、3、本发明,步骤a中,取热设备包括第一蒸汽导管、发电装置、第二蒸汽导管、冷凝器、变径导管和管排式重力热管件,管排式重力热管件的开口端与第一蒸汽导管连通,管排式重力热管件的闭合端与钻井液输出管道连接,第一蒸汽导管与发电装置连接,第二蒸汽导管的一端与发电装置连接,第二蒸汽导管的另一端与冷凝器连接,变径导管的入口端与冷凝器连接,变径导管的出口端与管排式重力热管件连接,特定的采用变径导管与管排式重力热管件连接,能够增大流速,使液体介质更为均匀地流动至每根重力热管中,增大接触面积,提高热能转换率。

20、4、本发明,步骤c中,变径导管与管排式重力热管件的连接处设置有孔洞挡板,变径导管的出口端呈倾斜圆弧状,能够防止蒸汽与液体对流,从而增大换热效率。

21、5、本发明,步骤a中,管排式重力热管件包括第一重力热管、第二重力热管、第三重力热管、第四重力热管和第五重力热管,第一重力热管、第二重力热管、第三重力热管、第四重力热管和第五重力热管的开口端均与第一蒸汽导管连通,闭合端均嵌入钻井液输出管道中,能够使液体介质在封闭管道中有序循环,减少热量耗散,提高热能转换率。

22、6、本发明,发电装置包括膨胀机和发电机,膨胀机的输入端与第一蒸汽导管连接,膨胀机的输出端与发电机的输入端连接,特定的采用膨胀机与发电机结合,能够充分利用蒸汽的压力和热量,实现热能向电能的有效转化。

23、7、本发明,步骤a中,管排式重力热管件的真空度为10-1-10-6p,可清空管内其余气体杂质,便于液体介质进入膨胀机和发电机,有效排除影响钻井液热量利用的干扰因素,实现最大化热量利用率。

24、8、本发明,步骤b中,液体介质为水,在真空环境即已汽化,便于循环利用,无毒无污染且方便获取,可在管排式重力热管件底部与钻井液接触后变成蒸汽,顺利上升汇集进入发电装置发电,管排式重力热管件内的充液率为20-40%,保证有足够的可利用空间用于液体介质循环,提高换热效率。

25、9、本发明,变径导管出口端的倾斜角度为45-90°,能够有效防止蒸汽与液体介质产生对流,减小能量损失,从而增大换热效率。

26、10、本发明,孔洞挡板的孔洞为30-50个,孔洞呈五边形布置在孔洞挡板上,能够使液体介质完全通过,顺利进入管排式重力热管件,同时可起到降压的作用,一方面避免冲蚀带来的影响,减少对管排式重力热管件的磨损;另一方面,还能增加整体管排式重力热管件的稳定性,减小噪音。

27、11、本发明,在井口钻井液输出管道上安装取热设备的管排式重力热管件,相较于普通重力热管,管排式结构能够大幅增大钻井液与重力热管内液体介质的接触面积,提高热能利用效率。

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