一种增强中深层地岩换热量的固井方法技术

本发明专利技术提供了一种增强中深层地岩换热量的固井方法，包括在至少两开的凿井深孔完成后，对凿井深孔内壁和换热管之间的区域采用上部绝热固井、下部增强换热固井的步骤。本发明专利技术所述的增强中深层地岩换热量的固井方法，增强换热管底部的换热效率、减少上部换热管的热量损失。

A cementing method for enhancing heat exchange in medium deep rock

The invention provides a cementing method for strengthening the medium and deep rock heat exchange, including the steps of the upper adiabatic cementing and the lower heat transfer cementing in the area between the inner wall of the deep hole and the heat transfer tube after the completion of the deep hole of at least two open drilling holes. The cementing method for enhancing the heat exchange between the medium deep rock and the earth rock in the invention enhances the heat exchange efficiency of the bottom of the heat exchange tube and reduces the heat loss of the upper heat exchange pipe.

【技术实现步骤摘要】
一种增强中深层地岩换热量的固井方法
本专利技术属于中深层地岩换热和干热岩换热领域，尤其是涉及一种提高“取热不取水”的增大地岩换热系统换热量的技术固井方法。
技术介绍
中深层地热能是从地壳抽取的天然地热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热能形式存在,在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，地热能作为一种新的洁净能源，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐，但在现有技术中无法有效的计算地岩热量的传导能力及详细的温度分布情况，且计算过程也是比较复杂，因此如何有效提高地岩换热量成为亟待解决的问题。本专利技术专利根据天津柯瑞斯空调设备有限公司工厂内2000米中深层地岩换热系统装置试验换热井的固井工艺，在实验的基础上进一步改进的固井工艺和方法。换热管是放置在凿井深孔内，通过固井工艺把换热管和凿井深孔固定为一体，从而形成地岩换热井，地岩换热井为中深层地岩换热系统的核心部分，影响整个系统的造价、运行状态和运行费用。根据地质和传统取水井的资料显示，随着地下深度增加，温度逐渐升高，在地热异常区其温度梯度每100米可达到3℃以上。中深层地岩换热系统技术就是在不提取地下热水的前提下通过换热管提取热量来供给用户，在热量提取的过程中地岩换热井底部岩层的温度最高，能够有效的把地岩热传递给换热介质，上部地表温度较低，换热介质的热量会传递给地表土壤，造成热量损失。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种增强中深层地岩换热量的固井方法，以克服现有技术的缺陷，增强换热管底部的换热效率、减少上部换热管的热量损失。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种增强中深层地岩换热量的固井方法，包括在至少两开的凿井深孔完成后，对凿井深孔内壁和换热管之间的区域采用上部绝热固井、下部增强换热固井的步骤。优选的，所述的增强中深层地岩换热量的固井方法，包括在至少两开的凿井深孔完成后，对井内不同深度的温度进行探测，并绘制凿井深度和测量温度关系曲线的步骤；根据中深层地岩换热系统的设计回水温度确定导热材料和绝热材料沿凿井深孔深度方向设置的分割点的步骤；以及在凿井深孔内壁和换热管之间分割点以上低于设计回水温度的区域和凿井深孔内壁和换热管之间分割点以下高于设计回水温度的区域分别充注绝热材料和导热材料的步骤。优选的，当分割点距井口的距离大于一开凿井深度时，在凿井深孔内壁和换热管之间分割点以上低于设计回水温度和以下高于设计回水温度的区域分别填充绝热材料和导热材料的过程包括以下步骤：(1)将带有双层单向阀的换热管放置在凿井深孔后，换热管中注满清洁水，在换热管内下入一根管径小于换热管内径的第一注浆管，直至第一注浆管底部在两个单向阀之间的平台上为止，第一注浆管和换热管上部采用焊接或丝扣完全密封连接，保证两者连接处在2MPa压力下液体不泄露；(2)采用高扬程泥浆泵将绝热材料通过第一注浆管注入凿井深孔，绝热材料通过双层单向阀沿凿井深孔的内壁和换热管外壁的缝隙向上流动；(3)目标体积的绝热材料充注完毕后，接着更换导热材料充注；此处目标体积的绝热材料指与凿井深孔内壁和换热管外壁之间从分割点到一开凿井井口区域体积相当的绝热材料。(4)目标体积的导热材料充注完毕后，接着用高扬程泥浆泵充注液体水；此处目标体积的导热材料是指与凿井深孔内壁和换热管外壁之间从分割点到整个凿井深孔底部区域以及换热管底部到整个凿井深孔底部区域的总体积相当的导热材料。(6)液体水的充注量为第一注浆管的内容积量，充注完毕后，取出第一注浆管；(7)静置65-80小时等待绝热材料和导热材料凝固，然后用凿井钻头对井下反浆扫平至换热管深度。优选的，所述绝热材料为导热系数为0.01-0.08W/m.K的膨胀珍珠岩水泥浆；步骤(7)中，静置时间为72小时。优选的，膨胀珍珠岩水泥浆为水与水泥、膨胀珍珠岩的混合物，其中水的质量与水泥、膨胀珍珠岩两者的总质量相等；水泥和膨胀珍珠岩其体积配比为1:(3-7)；优选的，水泥和膨胀珍珠岩其体积配比为1:5。该绝热材料的制备方法为：将水泥和膨胀珍珠岩按体积配比混合，然后加入等质量的水混合搅拌而成。优选的，当分割点距井口的距离小于等于一开凿井深度，且一开凿井直径大于二开凿井直径时，在凿井深孔内壁和换热管之间分割点以上低于设计回水温度和以下高于设计回水温度的区域分别填充绝热材料和导热材料的过程包括以下步骤：(1)将带有双层单向阀的换热管放置在凿井深孔后，换热管中注满清洁水，在换热管内下入一根管径小于换热管内径的第一注浆管，直至第一注浆管底部在两个单向阀之间的平台上为止，第一注浆管和换热管上部采用焊接或丝扣完全密封连接，保证两者连接处在2MPa压力下液体不泄露；(2)把导热材料通过第一注浆管注入凿井深孔，导热材料通过双层单向阀沿凿井深孔的内壁和换热管外壁的缝隙向上流动；(3)将目标体积的导热材料充注完毕后，接着充注液体水；此处目标体积的导热材料是指与凿井深孔内壁和换热管外壁之间从分割点到整个凿井深孔底部区域以及换热管底部到整个凿井深孔底部区域的总体积相当的导热材料。(4)液体水的充注量为第一注浆管的内容积量，充注完毕后，取出第一注浆管；(5)选用管外径小于一开凿井孔径和二开凿井孔径差的一半的第二注浆管至少两根，沿换热管的外壁放置，放置深度与分割点距一开凿井井口的间距相等。(6)沿第二注浆管注入目标体积的绝热材料，绝热材料注入完毕后，注入第二注浆管同体积的清水，然后取出第二注浆管。此处目标体积的绝热材料指与凿井深孔内壁和换热管外壁之间从分割点到一开凿井井口区域体积相当的绝热材料。(7)静置65-80小时等待绝热材料和导热材料凝固，然后用凿井钻头对井下反浆扫平至换热管深度。优选的，绝热材料为发泡水泥；优选的，绝热材料为导热系数为0.08～0.12W/m.K的发泡水泥，低于土壤和泥岩的导热系数(0.293W/m.K)，可起到保温效果；步骤(7)中，静置时间为72小时。优选的，导热材料的导热系数大于底层岩石的导热系数。优选的，导热材料为水泥浆和混合导热粉的混合物，其中混合导热粉为水泥浆质量的8％-15％；混合导热粉为导热石墨粉和纳米氧化铝导热粉的混合物。优选的，所述水泥浆为水和水泥灰的混合物，其中水和水泥灰的质量比为(0.3-0.7)：1；水泥浆密度为1700-1900Kg/m3；所述导热石墨粉和纳米氧化铝导热粉的质量比为(0.2-0.6):(0.4-0.8)；优选的，水泥浆中水和水泥灰的质量比为0.5：1，水泥浆密度为1800Kg/m3，导热石墨粉和纳米氧化铝导热粉的质量比为0.4:0.6。导热材料的制备方法为：采用水、水泥灰、导热石墨粉和纳米氧化铝导热粉，先把水泥灰和水混合成水泥浆，然后在水泥浆内加入8％～15％由导热石墨粉和纳米氧化铝导热粉混合而成的的混合导热粉，形成导热材料。相对于现有技术，本专利技术所述的一种增强中深层地岩换热量的固井方法具有以下优势：本专利技术所述的一种增强中深层地岩换热量的固井方法，凿井深孔完成后，根据其温度探测情况和地质分布情况，绘制出温度分布情况，再根据中深层地岩换热系统的设计回水温度确定导热材料和绝热材料的分割点，在分割点以上采用绝热固井工艺，可避免换热量的外界损失，相比常规固井工艺减少散热量30-50％；分割点以下采用导热材料增强换热固井工艺，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强中深层地岩换热量的固井方法，其特征在于：包括在至少两开的凿井深孔完成后，对凿井深孔内壁和换热管之间的区域采用上部绝热固井、下部增强换热固井的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种增强中深层地岩换热量的固井方法，其特征在于：包括在至少两开的凿井深孔完成后，对凿井深孔内壁和换热管之间的区域采用上部绝热固井、下部增强换热固井的步骤。2.根据权利要求1所述的增强中深层地岩换热量的固井方法，其特征在于：包括在至少两开的凿井深孔完成后，对井内不同深度的温度进行探测，并绘制凿井深度和测量温度关系曲线的步骤；根据中深层地岩换热系统的设计回水温度确定导热材料和绝热材料沿凿井深孔深度方向设置的分割点的步骤；以及在凿井深孔内壁和换热管之间分割点以上低于设计回水温度的区域和凿井深孔内壁和换热管之间分割点以下高于设计回水温度的区域分别充注绝热材料和导热材料的步骤。3.根据权利要求2所述的增强中深层地岩换热量的固井方法，其特征在于：当分割点距井口的距离大于一开凿井深度时，在凿井深孔内壁和换热管之间分割点以上低于设计回水温度和以下高于设计回水温度的区域分别填充绝热材料和导热材料的过程包括以下步骤：(1)将带有双层单向阀的换热管放置在凿井深孔后，换热管中注满清洁水，在换热管内下入一根管径小于换热管内径的第一注浆管，直至第一注浆管底部在两个单向阀之间的平台上为止，第一注浆管和换热管上部密封连接，保证两者连接处在2MPa压力下液体不泄露；(2)将绝热材料通过第一注浆管注入凿井深孔，绝热材料通过双层单向阀沿凿井深孔的内壁和换热管外壁的缝隙向上流动；(3)目标体积的绝热材料充注完毕后，接着更换导热材料充注，其中绝热材料的充注体积与凿井深孔内壁和换热管外壁之间从分割点到一开凿井井口区域的体积相当；(4)目标体积的导热材料充注完毕后，接着充注液体水，其中导热材料的充注体积与凿井深孔内壁和换热管外壁之间从分割点到整个凿井深孔底部区域以及换热管底部到整个凿井深孔底部区域的总体积相当；(6)液体水的充注量为第一注浆管的内容积量，充注完毕后，取出第一注浆管；(7)静置65-80小时等待绝热材料和导热材料凝固，然后对井下反浆扫平至换热管深度。4.根据权利要求3所述的增强中深层地岩换热量的固井方法，其特征在于：所述绝热材料为导热系数为0.01-0.08W/m.K的膨胀珍珠岩水泥浆；步骤(7)中，静置时间为72小时。5.根据权利要求4所述的增强中深层地岩换热量的固井方法，其特征在于：膨胀珍珠岩水泥浆为水与水泥、膨胀珍珠岩的混合物，其中水的质量与水泥、膨胀珍珠岩两者的总质量相等；水泥和膨胀珍珠岩其体积配比为1:(3-7)；优选的，水泥和膨胀珍珠岩其体积配比为1:5。6.根据权利要求2所述的增强中深层地岩换热量的固井方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇春伟，朱树譞，朱汉臣，朱汉斌，刘佩佩，王福龙，
申请(专利权)人：天津柯瑞斯空调设备有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12