一种多U型中深层井下换热高效换热系统的制作方法

本发明涉及地热供暖，具体为一种多u型中深层井下换热高效换热系统。

背景技术：

1、中深层井下换热因其独特的优势受到越来越多的青睐，其优势主要为只取热不取水、保护地下水，占地面积小、施工灵活，资源量巨大、稳定可再生等。然而对传统单u型中深层井下换热技术来说，如何高效充分利用周围高温岩土提取更多的热量成为急需解决的问题。

2、专利文献公开号cn115854572a公开了一种用于u型地热井的井下强化换热系统及优化方法，换热系统包括下降段、水平取热段、上升段，水平取热段包括传统水平段和强化换热水平段，强化换热水平段包括短节与套管，短节包括短节套管以及短节套管内壁上的强化换热单元，强化换热单元为向内的凸起；优化方法结合具体储层情况，以储层温度恢复速率和抑制热不平衡为目标，采用数值模拟技术优化强化换热水平段长度等数据，增强了采暖季期间井筒流体与周围储层之间的换热过程，同时又能通过强化换热短节的合理布置来调节水平段周围储层的热不平衡问题、最大可能实现停暖季期间水平段周围储层温度的均匀恢复。

3、上述专利文献中采用单管循环，管内循环液与周围高温岩土之间的换热面积有限，换热面积仍有待进一步提高。

技术实现思路

1、为了有效地增大管内循环液与周围高温岩土之间的换热面积，从而提取更多的热量，本发明提供了一种多u型中深层井下换热高效换热系统，解决了管内循环液与周围高温岩土之间的换热面积有限的问题，有利于提高能源使用效率，实现真正的绿色可持续。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种多u型中深层井下换热高效换热系统，包括垂向下降井、垂向上升井，所述垂向下降井和垂向上升井之间设置n个水平对接井，且n≥3，所述水平对接井位于地下1500-3000m的范围内，所述水平对接井的长度在300-700m之间。

4、优选的，所述垂向上升井的管壁外侧设置有保温材料。

5、优选的，所述保温材料外侧设置有固井水泥。

6、优选的，所述固井水泥包括以下质量百分比的原料：50-60％水泥、8-10％石墨、20-25％石英粉、1-2％粉煤灰、1-2％硅灰、1-2％降失水剂、1-3％稳定剂、1-1.5％膨胀剂、0.2-0.5％缓凝剂。

7、优选的，所述固井水泥包括以下质量百分比的原料：55％水泥、10％石墨、25％石英粉、1％粉煤灰、2％硅灰、2％降失水剂、3％稳定剂、1.5％膨胀剂、0.5％缓凝剂。

8、一种多u型中深层井下换热高效换热系统的施工方法，应用于所述的多u型中深层井下换热高效换热系统，包括以下步骤：

9、通过在地下钻取2个垂向地热井，然后通过定向钻井技术完成水平对接，之后对地热井进行固井处理，完成多u型中深层井下换热系统的安装工作，同时在管道壁面与周围岩土体之间填充高导热系数的固井水泥。

10、一种多u型中深层井下换热高效换热方法，应用于所述的多u型中深层井下换热高效换热系统，包括以下步骤：

11、冬季供暖季时，低温软化水通过垂向下降井进入地下开始吸收热量，随着井深的增加，软化水经过地下1500m地层时，一部分软化水分流通过水平对接井一吸收岩土热量，通过垂向上升井为系统提供高温软化水，另一部分软化水继续深入地下进行吸收岩土热量；

12、通过1800m地层时，一部分软化水分流通过水平对接井二吸收岩土热量，并通过垂向上升井为系统提供高温软化水，剩余软化水继续深入地下进行吸收岩土热量；

13、直至3000m地层时，软化水经过水平对接井n吸收岩土热量。

14、本发明提供了一种多u型中深层井下换热高效换热系统。具备以下有益效果：

15、1、本发明通过一种多u型中深层井下换热高效换热系统的应用，有效避免了单井同轴套管系统内外管流体之间的逆向换热问题，又解决了传统单u型中深层井系统经济性差的问题，能进一步提高地热等可再生能源的利用效率，是供热行业的绿色低碳应用，有效降低了碳排放量，助力我国早日实现碳达峰碳中和的目标。

16、2、本发明在中深层井1500-3000m的范围内，采用定向钻技术进行多次水平对接，水平对接井的长度在300-700m之间，随着定向钻技术的不断突破、革新，水平井的位移也在不断增长，垂向井与水平井的精准对接更加安全、顺利，相比传统单u型中深层井下换热技术来说，增加水平井的长度，可带走地下更多的热量，从而大幅提高地埋管换热器效率，但钻井成本只增加了水平井段，进一步提升中深层井下换热系统的单井供热能力。

17、3、本发明为保证高温软化水尽可能的减小热损失，在垂向上升井的管壁外侧，设置一层保温材料减少热损失，同时在保温材料和岩土之间设置固井水泥，保证系统换热效果。

技术特征：

1.一种多u型中深层井下换热高效换热系统，包括垂向下降井(1)、垂向上升井(2)，其特征在于，所述垂向下降井(1)和垂向上升井(2)之间设置n个水平对接井，且n≥3，所述水平对接井位于地下1500-3000m的范围内，所述水平对接井的长度在300-700m之间。

2.根据权利要求1所述的一种多u型中深层井下换热高效换热系统，其特征在于，所述垂向上升井(2)的管壁(3)外侧设置有保温材料(4)。

3.根据权利要求2所述的一种多u型中深层井下换热高效换热系统，其特征在于，所述保温材料(4)外侧设置有固井水泥(5)。

4.根据权利要求3所述的一种多u型中深层井下换热高效换热系统，其特征在于，所述固井水泥包括以下质量百分比的原料：50-60％水泥、8-10％石墨、20-25％石英粉、1-2％粉煤灰、1-2％硅灰、1-2％降失水剂、1-3％稳定剂、1-1.5％膨胀剂、0.2-0.5％缓凝剂。

5.根据权利要求3所述的一种多u型中深层井下换热高效换热系统，其特征在于，所述固井水泥包括以下质量百分比的原料：55％水泥、10％石墨、25％石英粉、1％粉煤灰、2％硅灰、2％降失水剂、3％稳定剂、1.5％膨胀剂、0.5％缓凝剂。

6.一种多u型中深层井下换热高效换热系统的施工方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的多u型中深层井下换热高效换热系统，包括以下步骤：

7.一种多u型中深层井下换热高效换热方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的多u型中深层井下换热高效换热系统，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及地热供暖技术领域，公开了一种多U型中深层井下换热高效换热系统，包括垂向下降井、垂向上升井，所述垂向下降井和垂向上升井之间设置n个水平对接井，且n≥3，所述水平对接井位于地下1500‑3000m的范围内，所述水平对接井的长度在300‑700m之间，所述垂向上升井的管壁外侧设置有保温材料，所述保温材料外侧设置有固井水泥。通过多U型中深层井下换热高效换热系统的应用，有效避免了单井同轴套管系统内外管流体之间的逆向换热问题，又解决了传统单U型中深层井系统经济性差的问题，能进一步提高地热等可再生能源的利用效率，是供热行业的绿色低碳应用，有效降低了碳排放量。

技术研发人员：马瑞芳,王折折,侯海涛,乔宾宾,范雅,张旭毅,黄景浩
受保护的技术使用者：万江新能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22