一种双井闭式增强型地热系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双井闭式增强型地热系统，包括于地底的致密层、漏失层和含水层，还包括注入井、采出井以及连通注入井和采出井的水平井，注入井、采出井以及水平井的外侧均包覆有井管，水平井部分井管外部包覆有水泥环。水平井设置在漏失层和含水层内，且水泥环为采用高导热性能材料与水泥复合制成。本发明专利技术采用石墨烯分别与钻井泥浆、固井水泥和井管复合，组成高导热性能的复合材料，以强化地层、固井水泥和井管的导热性能。由于钻井过程中经常会钻遇无水的漏失层或者含水层，在这些层位打水平井，同时采用高导热性能的复合钻井泥浆使之故意漏失到地层中，以提高地层的导热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种双井闭式增强型地热系统
本专利技术涉及地热供暖
，具体涉及一种双井闭式增强型地热系统。
技术介绍
对于水热型资源不是很丰富的地区，如果想规模化开采地热能，一般有两种方式，一种是采用传统的增强型地热系统(EGS)，另一种是采用封闭的深井换热器。传统的增强型地热系统通过水力压裂的手段在低渗透致密层中创造高渗透的裂隙，实现流体和致密层的对流换热，该种换热方式确实可以大幅提高水岩的换热，是实现干热岩热能开采的一种有前景的方式。但增强型地热系统所需的水力压裂费用高，裂隙方向难控制，运行过程中流体容易漏失，而且水力压裂过程中容易诱发地震。封闭的深井换热器(DBHE)，类似于地源热泵的地埋管，采用同轴套管结构，通过金属外壁向致密层取热，通过内保温管将热量输出。由于DBHE系统封闭循环，不采地下热水，没有腐蚀结垢，没有回灌等问题，备受市场欢迎。DBHE虽是一种有前景的地热开发技术，但该技术主要靠致密层的热传导将周围致密层的热量传递到井筒内，由于致密层的导热系数低，导致单井取热功率小。
技术实现思路
借鉴EGS的双井开采模式，同时为了提高DBHE的取热功率，针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种双井闭式增强型地热系统，主要针对的目标是产能低的地热产区。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种双井闭式增强型地热系统，包括于地下的致密层、漏失层和含水层，还包括注入井、采出井以及连通注入井和采出井的水平井，所述注入井、采出井以及水平井的外侧均包覆有井管，所述水平井部分井管外部包覆有水泥环。进一步地，所述水平井设置在漏失层和含水层内。进一步地，所述水泥环为采用高导热性能材料与水泥复合制成。进一步地，所述井管包括采用高导热性能材料与油管复合制成的复合井管和普通油管，所述复合井管设置在漏失层和含水层部分井段，余下部分采用普通油管。进一步地，在钻井时采用高导热性能材料与泥浆复合制成的复合钻井液。进一步地，在钻遇漏失层时，通过调整复合钻井液的密度、黏度和回压，让复合钻井液多漏失进漏失层，以提高漏失层的导热性能。进一步地，在钻遇含水层时，通过调整复合钻井液的密度、黏度和回压，让复合钻井液多漏失进含水层，以提高含水层的导热性能。进一步地，所述高导热性能材料采用石墨烯材料。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：本专利技术采用石墨烯分别与钻井泥浆、固井水泥和井管复合，组成高导热性能的复合材料，以强化地层、固井水泥和井管的导热性能。由于钻井过程中经常会钻遇无水的漏失层或者含水层，在这些层位打水平井，同时采用高导热性能的复合钻井泥浆使之故意漏失到地层中，高导热性能的钻井泥浆的漏失，在水平井周围形成了一个低热阻区，周围岩石的热量通过低热阻区迅速传递到水平井，导致取热功率大幅提高。另外，水平井段采用高导热性能的复合井管和复合固井水泥，以降低导热热阻，提高传热性能。附图说明图1为本双井闭式增强型地热系统的结构示意图；图2为图1中A-A部分的剖视结构示意图；附图标记说明：1、注入井；2、采出井；3、漏失层；4、水平井；5、水泥环；6、含水层；7、致密层。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例如图1和图2所示，一种双井闭式增强型地热系统，包括于地下的致密层7、漏失层3和含水层6，还包括注入井1、采出井2以及连通注入井1和采出井2的水平井4，注入井1、采出井2以及水平井4的外侧均包覆有井管，水平井4部分井管外部包覆有水泥环5。水平井4设置在漏失层3和含水层6内，且水泥环5为采用高导热性能材料与水泥复合制成，例如石墨烯与水泥复合，从而提高漏失层3与含水层6的传热性能。高导热性能材料除了石墨烯以外，还能采用碳纤维等其他高导热性能的材料。由于漏失层3和含水层6的传热效果相对致密层7较小，因此针对漏失层3和含水层6对井管进行改进，井管包括采用石墨烯与油管复合制成的复合井管和普通油管，复合井管设置在漏失层3和含水层6部分井段，以增强换热效果，余下部分采用普通油管。为了进一步提高漏失层3与含水层6的导热性能，在钻井时采用石墨烯与泥浆复合制成的复合钻井液，在钻遇漏失层3和含水层6时，通过调整复合钻井液的密度、黏度和回压，故意让复合钻井液多漏失进漏失层3和含水层6，以提高漏失层3和含水层6的导热性能。在使用时，水经过注入井1后，与井壁外的致密层7进行换热吸取热量，然后经过水平井4，利用对漏失层3与含水层6的改造以及复合制成的水泥环5与复合井管进行吸取热量，最后流入采出井2进行采出，完成换热。具体地，其建造的实施过程如下：第一步，配制高导热性能的复合钻井液。采用质量分数80％的泥浆钻井液与质量分数20％的石墨烯复合，配置成高导热性能的复合钻井液。第二步，开始钻注入和采出井。一开井段钻头311.15mm，套管244.275mm，深度200米，主要用于保护浅层地下水，采用普通井管和普通固井水泥。注入井和采出井相距1000m。第三步，二开钻井，钻头215.9mm，套管177.8mm，目标深度3000米。在钻井过程中，探明无水的漏失层和含水层的位置和厚度；第四步，在漏失层和含水层钻水平井，钻头171.45mm，井管127mm。通过调节复合钻井液的密度、黏度以及回压，让钻井液故意漏失进地层，提高地层的导热性能。第五步，下入井管。对于漏失层和含水层的水平井管，采用油管与石墨烯复合组成高导热性能的复合井管。注入井和采出井下部1000m的井管采用高性能的复合材料，上部井段采用普通油管。第六步，采用普通固井水泥和石墨烯复合，制备高导热性能的复合固井水泥。普通水泥和石墨烯的质量比例为8：2。第七步，固井。水平井采用复合固井水泥进行固井。注入井和采出井下部100m的井段采用高性能的复合固井水泥，上部井段采用普通水泥固井。在附图中，本专利技术只画出了一个漏失层3和一个含水层6，实际地层可能包括多个漏失层3和多个含水层6，多个漏失层3和多个含水层6的情况也在本专利的保护范围内。上述实施例只是为了说明本专利技术的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡是根据本
技术实现思路
的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双井闭式增强型地热系统，包括于地下的致密层(7)、漏失层(3)和含水层(6)，其特征在于：包括注入井(1)、采出井(2)以及连通注入井(1)和采出井(2)的水平井(4)，所述注入井(1)、采出井(2)以及水平井(4)的外侧均包覆有井管，所述水平井(4)部分井管外部包覆有水泥环(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种双井闭式增强型地热系统，包括于地下的致密层(7)、漏失层(3)和含水层(6)，其特征在于：包括注入井(1)、采出井(2)以及连通注入井(1)和采出井(2)的水平井(4)，所述注入井(1)、采出井(2)以及水平井(4)的外侧均包覆有井管，所述水平井(4)部分井管外部包覆有水泥环(5)。


2.根据权利要求1所述的双井闭式增强型地热系统，其特征在于：所述水平井(4)设置在漏失层(3)和含水层(6)内。


3.根据权利要求1所述的双井闭式增强型地热系统，其特征在于：所述水泥环(5)为采用高导热性能材料与水泥复合制成。


4.根据权利要求2所述的双井闭式增强型地热系统，其特征在于：所述井管包括采用高导热性能材料与油管复合制成的复合井管和普通油管，所述复合井管设置在漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜宪标，蒋坤卿，王令宝，李华山，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44