一种用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井的制作方法

本实用新型属于深层地热能与干热岩的系统技术领域，具体涉及一种用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井。

背景技术：

联合国有关新能源报告显示：全球地热能源资源总量，相当于全球资源总消耗量的45万倍。放射性元素的衰变是地球热能的主要来源。运动的地球不断的储积和释放着能量。每年通过热传导散失，火山喷发，地震，温泉等释放大量的能量。大陆地壳一般厚度为30~70公里，地热梯度从上向下逐渐增高，一般每下100m，温度升高3℃，地热型地热埋深至地下数千米，内部为不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。由于大量的地热型地热得不到有效的利用，造成了能源的大量流失和浪费。

近年来，干热岩作为一种深埋于地下的清洁地热能，引起了社会各界的广泛关注。然而目前地热能开采技术并不成熟，浅层地热普遍采用的是在单井中下入小口径U型管的方式，如图2所示，通过在U型管一个端口注入导热流体，导热流体流经地热层再从另一端流出时将热量传至地面；该单井系统由于采用单井操作，与高温地层接触面小，加热后的温度往往达不到要求，存在管阻大流量小且地热能利用率低等缺点。

另一种应用于深层地热开采的地热井，是采用“直井+水平井”构成的小u型井，如图3所示，井的对接部分采用的是直角破坏性对穿工艺，存在对穿点有偏差，而且缝隙无法密封的问题，如果地层有裂隙，会造成管道内循环水漏损失等问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的回灌率低、地下岩层破坏、循环水漏损失、提水能耗高，以及高温地层接触面小等导致的等地热资源得不到有效利用，以及小u型井存在采用的是直角破坏性对穿工艺，存在对穿点有偏差，而且缝隙无法密封的问题，如果地层有裂隙，会造成管道内循环水漏损失等问题，本发明提供了一种用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井，包括注入井和生产井，所述注入井包括第一竖直区段、第一水平区段，以及连第一接竖直区段和第一水平区段的第一弧形区段；所述生产井包括第二竖直区段、第二水平区段，以及连接第二竖直区段和第二水平区段的第二弧形区段，所述第一竖直区段、第一水平区段和第一弧形区段为一体结构；所述第二竖直区段、第二水平区段和第二弧形区段为一体结构；所述注入井和生产井通过第一水平区段与第二水平区段对接而成大U型井；所述第一竖直区段的下端、第二竖直区段的下端、第一水平区段、第二水平区段、第一弧形区段以及第二弧形区段位于地热岩层中；

所述注入井和生产井的内壁分别设有套管，注入井的套管和生产井的套管水平对接，对接处通过焊接密封连接；所述套管与地热岩层之间填充有水泥层，位于地热岩层中的水泥层为导热水泥层，位于地热岩层上的水泥层为保温水泥层。

进一步地，所述U型井的井深为3000m，注入井和生产井之间的水平距离至少为600m。

进一步地，所述注入井和生产井之间的水平距离为800m。

进一步地，保温水泥层的高度为地表至地下1000m；导热水泥层的高度为地下1000~3000m。

进一步地，所述导热水泥层由密度为1.89g/cm³，API失水小于100ml的水泥浆制成。

进一步地，所述套管为导热系数大于100W/(m.k)的且耐腐蚀的钢管。

本实用新型的有益效果：

本实用新型用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井是通过注入井的第一水平区段与生产井的第二水平区段对接而成大U型井，大U型井的拐角处采用的是弧形结构，井身结构不容易被破坏；同时在水平区段对接更有利于对接处焊接，解决了原有粗糙的对接工艺，解决缝隙无法密封的问题，杜绝管道内循环水的损失；另外，本实用新型用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井也解决现有技术中存在的回灌率低、地下岩层破坏、循环水漏损失、提水能耗高，以及高温地层接触面小等导致的等地热资源得不到有效利用等问题。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是现有技术中浅层地热普遍采用的在单井中下入小口径U型管的示意图；

图3是现有技术中用于深层地热开采的小u型井；

图中：1、注入井；2、生产井；3、套管；4、导热水泥层；5、保温水泥层；6、对接处；101、第一竖直区段；102、第一水平区段；103、第一弧形区段；201、第二竖直区段；202、第二水平区段；203、第二弧形区段。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

如图1所示的一种用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井，包括注入井1和生产井2，注入井1包括第一竖直区段101、第一水平区段102，以及连第一接竖直区段101和第一水平区段102的第一弧形区段103；生产井2包括第二竖直区段201、第二水平区段202，以及连接第二竖直区段201和第二水平区段202的第二弧形区段203，第一竖直区段101、第一水平区段102和第一弧形区段103为一体结构；第二竖直区段201、第二水平区段202和第二弧形区段203为一体结构；注入井1和生产井2通过第一水平区段102与第二水平区段202对接而成大U型井；第一竖直区段101的下端、第二竖直区段201的下端、第一水平区段102、第二水平区段202、第一弧形区段103以及第二弧形区段203位于地热岩层中。

注入井1和生产井2的内壁分别设有套管3，套管3为导热系数大于100W/(m.k)的且耐腐蚀的钢管；注入井1的套管和生产井2的套管水平对接，对接处6通过焊接密封连接；所述套管3与地热岩层之间填充有水泥层，位于地热岩层中的水泥层为导热水泥层4，位于地热岩层上的水泥层为保温水泥层5。

U型井的井深为3000m，注入井和生产井之间的水平距离至少为600m，优选为800m。

套管3与地热岩层之间填充有水泥层，位于地热岩层中的水泥层为导热水泥层4，有利于将地热岩层的热量传导至套管中的导热流体中；位于地热岩层上的水泥层为保温水泥层5，防止从地热岩层中循环的导热流体携带的热量损失；同时导热水泥层4和保温水泥层5也具有固化的作用。

保温水泥层5的高度为地表至地下1000m；导热水泥层4的高度为地下1000~3000m。导热水泥层由密度为1.89g/cm³，API失水小于100ml的水泥浆制成。

本实用新型的用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井，结构为“水平井+水平井”构成的大U型井，井的对接部分采用的是水平段引导对接、套管对接引导装置，以及密封焊接等工艺；在打井时采用注入井和生产井同时向下钻井，打至2600米深度时，向水平方向弯曲继续钻井，然后在水平区段贯通；在注入井和生产井下入套管后，套管在水平区段的对接处通过采用井下机器人焊接；解决了现有“井直井+水平井”构成的小u型井存在的井的对接部分采用的直角破坏性对穿工艺，对穿点有偏差，而且缝隙无法密封，以及如果地层有裂隙，会照成管道内循环水的漏损失等问题。

另外，本实用新型用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井也解决现有技术中存在的回灌率低、地下岩层破坏、循环水漏损失、提水能耗高，以及高温地层接触面小等导致的等地热资源得不到有效利用等问题。

本实用新型的用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井，当在U型井的注入井中注入携热流体（比如水）时，水通过U型井的储热岩层时，储热岩层的热量将水迅速加热，被加热的水沿生产井被抽吸至地面，在地面端的供热循环系统中对地面小区供暖或进行其他热利用；经地面循环进行过热交换的水再次通过竖直井进入深层地热热传导根系系统进行热传导，以此构成循环热量传递系统。

本实用新型的用于深层地热开采的大跨度水平对接U型井，单个U型井供热面积可达7～10万平方米，可将井中的流体加热至150℃，寿命可长达50年，而且其运营费用远低于市政供热、天然气、深地源热泵等供热系统的运营费用，是一种环保、高效且低成本的地热传导利用系统。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。