一种利用地球天然热炉加热地表水的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用地球天然热炉加热地表水的方法，包括以下步骤：1)确定一个沉积岩地区；2)在所述沉积岩地区确定一个地温梯度相对高的地区；3)在所述地温梯度相对高的地区确定两口井的井位并进行钻井，一口为进水井，一口为出水井，两口井对接；4)在地面，从所述进水井的直井段注入地表淡水，地表淡水经过水平井段，得到加热后的热水，所述加热后的热水流入出水井，然后再送到出水井口即可。利用本发明专利技术的方法，不用煤炭天然气等能源，十分环保、可持续，节约大量煤炭资源。

【技术实现步骤摘要】
一种利用地球天然热炉加热地表水的方法
本专利技术涉及一种利用地球天然热炉加热地表水的方法。
技术介绍
“地热”是指能够经济地为人类所利用的埋藏在地下的热能资源的简称。地球的热场也称地球的温度场、或地热场，它与地球的电场、重力场、磁场等都是地球的物理场。地热场表示地球内部各层中温度的分布状态。地球的各圈层温度分布状况和热场的特征各不相同。通常所说的热场是指地球上层能直接测量到的部分。地热资源作为一种新能源，早已引起世界各国的重视。地热资源是一种宝贵的自然资源，有人曾做过如下的估计，地下热能的总量约为全部煤储量可能释放的能量的1亿7千万倍。地热资源不仅可以提供热能，而且还可提供供水水源及矿物资源，如提取有用元素和化合物。我国的地热资源丰富，是世界上开发最早的国家之一。目前，我国用热主要体现在以下几个方面，即工业加热、工农业用热、家庭取暖、洗浴、温室种植、养殖等方面。而我国目前供热主要是煤、电和部分地热，电除了水电、风电、太阳能发电外，主要还是煤电。根据建设部2010年的统计显示，目前全国供热采暖耗能全年约为2.5亿吨煤，占全社会总能耗的10％。来自“清洁高效燃煤发电技术协作网”2010年会的信息显示，目前我国发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50％左右。因为，煤是高污染能源，大约全国90％的SO2排放由煤电产生，80％的CO2排放量由煤电排放。在给人们生产、生活带来便利的同时，也产生较大污染，给人们生命健康带来危害。同时，烧煤的锅炉属于高压容器，使用不当还会产生爆炸等危险。按目前的开发利用水平估算，全国每年可开发利用地热水总量约68.45亿立方米，折合每年3284.8万吨标准煤的发热量。但是，现在被利用的还不到20％。即使如此，由于长期盲目开采，造成使用不合理，综合利用低，浪费较为严重。有些地方，由于缺乏管理造成布井不合理、密度太大，开采过量，造成地下热水位大幅度下降。大量的地热水随意排放到环境中，将造成地表水和地下淡水的污染。我们生活的地球是一个巨大的低热库，仅地下10千米厚的一层，储热量就达1.05×1026焦耳，相当于9.95×1015标准煤所释放的热量。根据从事地热能研究和开发的桑哈什(SEMHACH)公司介绍，地热能的蕴藏量超过了煤炭、石油的储量。地热资源是矿产资源的一部分，与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比，地热能具有清洁、环保、可就地直接取用、成本相对低、价格稳定等优势。由于蕴藏在地球内部的天然热量——地热能储存量巨大，对环境的负面影响小，已被世界各国公认为可再生清洁能源，被各国列为重点研究开发的新能源之一。目前的地热利用包括发电和热利用两种方式。地热资源按照介质的温度状况可以分为三种：高温(大于150℃)、中温(90—150℃)、低温(小于90℃)系统。中低温地热系统大部分采取直接利用的方式(如：供暖、浴疗、在工农业方面的使用等)和地源热泵供热、制冷进行开发利用；高温地热系统用来发电，地热发电装机容量已经达到1000万千瓦，可以说，地热目前是仅次于风能的最为现实和最具竞争力的新能源。国土资源部数据显示，据初步估算，全国主要沉积盆地距地表2000米以内储藏的地热能，相当于2500亿吨标准煤的热量。全国经正式勘查并经国土部门审批的地热田为103处，提交的可采地热资源量每年为33283万立方米；经初步评价的地热田为214处。按目前的开发利用水平估算，全国每年可开发利用地热水总量约68.45亿立方米，折合每年3284.8万吨标准煤的发热量。但是，现在被利用的还不到20％，开发利用前景广阔。目前存在如下问题：一是利用煤炭产生严重污染，且成本较高，每年合计用煤(包括煤发电取暖)10亿吨，保守按每吨500元计算，则是5000亿元；二是利用地热只是从地下取热水，而地下的热水虽然量比较大，但也是有限定的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种既节约能源又环保的利用地球天然热炉加热地表水的方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用地球天然热炉加热地表水的方法，包括以下步骤：1)确定一个沉积岩地区；任何地方都可以，选择沉积岩地区的原因是井可以容易打些，因为沉积岩比岩浆岩、变质岩容易钻探。我国地壳沉积岩出露面积大，达到600万平方千米以上，占我国陆地面积的2/3以上。寻找沉积岩区为现有技术，因为化石能源几乎都在沉积盆地之中，我国60余年开展煤炭、石油、天然气勘探开发均在沉积盆地中进行，通过露头、物探、钻井等找油气、找煤勘探，所以已基本将陆上盆地分布范围搞得比较清楚了。2)在所述沉积岩地区确定一个地温梯度相对高的地区；目的是井可以打的浅一些。收集该区以往地热资料，特别是打井实际测量的温度资料，以确定该地区的地温梯度。在地下，如果地温梯度为4℃/100米，通常情况下地表温度15℃，那么两千米就可以达到95℃，三千米就可以达到135℃。因此，打井可以打到2000～3500米之间。具体步骤如下：2.1)测量该地区的大地热流值；所述大地热流值为一综合参数，是在地表能直接测得的惟一反映地壳深部热状况的一个物理量，比其他地热参数更能确切地反应某个地区地温场的特点。其计算公式：q＝-100Kr(dT/dz)；式中，q——大地热流，μcal/(cm·s)，通常缩写为HFU(HeatFlowUnit)；Kr——岩石导热率，cal/(cm·s·℃)；dT/dz——地温梯度，℃/hm，负号表示垂向坐标向地表为正；T——温度，℃；z——深度，m。2.2)测量该地区的地温梯度；地下的温度状况是通过钻孔和矿井的地温直接测量求得的，打完井后，用地球物理测井中的地温测井，测得不同深度对应的温度，每100米增加的温度就是地温梯度。地温梯度又称“地热梯度”。表示地球内部温度不均匀分布程度的参数。一般埋深越深处的温度值越高，以每百米垂直深度上增加的℃数表示。不同地点地温梯度值不同，通常为(1～3)℃/百米，火山活动区较高。3)在所述地温梯度相对高的地区确定两口井的井位并进行钻井，一口为进水井，一口为出水井，两口井对接；所述进水井分为三段，一段为直井段，一段为造斜井段，一段为水平井段；所述出水井为垂直井；该步骤不用寻找储集层，只要在沉积盆地、温度够高，打U型井，全部下油层套管，固井并将地层封闭即可。4)在地面，从所述进水井的直井段注入地表淡水，地表淡水经过水平井段，得到加热后的热水，所述加热后的热水流入出水井，然后再送到出水井口即可。该步骤相当于将加热炉放到了地下深处，一边将清水注入进水井，然后在地下的水平井段将注入水加热，一边将加热后的水从出水井抽出。本专利技术的有益效果是：1、利用本专利技术的方法，不用煤炭天然气等能源，十分环保、可持续。节约大量煤炭资源，每年可节约煤炭2.5亿吨，保守按每吨500元计算，则是1250亿元；同时极大降低了CO2的排放，减少许多环境污染。因为每吨标煤燃烧产生的CO2量，工业锅炉大概2.6吨CO2，那么节约2.5亿吨煤，就可减少6.5亿吨CO2排放。2、本专利技术不受地点限制，可以在任何地方实施。优选沉积岩，因为该地方易于钻探，优选地温梯度高的地方，因为井可以打的浅些。而我国有沉积盆地的面积将近600万平方千米，避免了目前开采地热的局限性。3、不用采地下水，只需将从地面注水，加热后抽取即可，节约了地下水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用地球天然热炉加热地表水的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)确定一个沉积岩地区；2)在所述沉积岩地区确定一个地温梯度相对高的地区；具体步骤如下：2.1)测量该地区的大地热流值；2.2)测量该地区的地温梯度；3)在所述地温梯度相对高的地区确定两口井的井位并进行钻井，一口为进水井，一口为出水井，两口井对接；所述进水井分为三段，一段为直井段，一段为造斜井段，一段为水平井段；所述出水井为垂直井；4)在地面，从所述进水井的直井段注入地表淡水，地表淡水经过水平井段，得到加热后的热水，所述加热后的热水流入出水井，然后再送到出水井口即可。

【技术特征摘要】
1.一种利用地球天然热炉加热地表水的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)确定一个沉积岩地区；2)在所述沉积岩地区确定一个地温梯度相对高的地区；具体步骤如下：2.1)测量该地区的大地热流值；2.2)测量该地区的地温梯度；3)在所述地温梯度相对高的地区确定两口井的井位并进行钻井，一口为进水井，一口为出水井，两口井对接；所述进水井分为三段，一段为直井段，一段为造斜井段，一段为水平井段；所述出水井为垂直井；所述钻井的具体步骤为：3.1)先钻进水井，具体如下：3.1.1)先用445mm钻头，钻开表层,然后再用311mm钻头，接着往下钻进，钻至井深2200～2600米处，下入直井套管，然后继续钻井至井深3000米处，形成直井段，所述直井套管的厚度为240mm；3.1.2)在井深3000米处开始造斜，利用组合动力钻具，设计造斜段狗腿度4.5°/30m，剖面设计为单圆弧剖面，然后再钻水平井段，下套管，然后用水泥浆进行固井，所述弧剖面的角度为60°,所述水平井段的长度为1000米,所述进水井的垂直深度为3500米,所述套管的厚度为140mm；3.2)再钻出水井，使其与所述进水井的水平井段对接,所述钻出水井的具体步骤为：先用445mm钻头，钻开表层,钻开表层的深度为300～500米，并下340mm套管；然后再用311mm钻头，接着...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志全，姚亚明，于怀昌，黄志启，邢矿，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41