一种地下人工双对流热储结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种地下人工双对流热储结构，包括将地表冷水注入到地下热储层的注水井、将在地下热储层换热后的热水导出地面进行利用的生产井、设置于地下热储层的注水井与生产井之间且与注水井、生产井连通的换热通道井；所述地下人工双对流热储结构还包括对流注入工作井和对流生产工作井；所述对流注入工作井伸入到地下热储层内并位于注入井一侧且远离生产井，将地表冷水注入到地下热储层内以干扰位于换热通道井之外的地下热储层内的热载体的流动；所述对流生产工作井位于生产井一侧且远离注水井，将位于换热通道井之外的地下热储层内热载体导出利用。本实用新型专利技术在采热效率、工作可靠性都有明显提升和优势。

【技术实现步骤摘要】
一种地下人工双对流热储结构
本技术涉及地热应用
，尤其是干热岩的热能开采应用领域；具体涉及一种地下人工双对流热储结构。
技术介绍
深层地热资源尤其是干热岩的热能开采应用领域，由于该储层的热储资源量相对比较丰富，而且现有诸多的开采技术日趋成熟，在未来能源市场作为可替代可再生清洁能源开发条件均已具备。从近几十年来全球地热能综合开发与利用所取得的成就足以证明，对深层地热进行规模性的开采和广泛性的综合利用具备了可持续发展的条件。通过专利检索，发现已有技术均局限在一些理论模型，没有深入到与施工工程能力和供热产业寻求应用相结合进行地下人工热储构造的构建。为满足大规模工业化生产的用热需求，能否从地下持续性的采出规模化应用发展的热能，而不造成对地下资源的破坏？是地热能综合开发与利用的关键。目前在中国境内尚无应用深层地热进行大规模工业化生产开采应用的案例。在境外有部分应用案例，但仅局限在发电应用领域。深层地热能综合应用的两大核心环节是：第一是选择优质资源的靶(区)点。该方面的内容在本申请人在中国专利申请号CN201911138727.5中已有详细说明。第二是构建一套适合地上用热产业高效利用的地下人工热储构造，以保障深层地热能开发项目具备采热效率高、持续性久、投入产出性价比合理。本技术所公开的是针对第二个环节实现最大化采集地下热能而采用的系统性应用原理和实施方法，其内容包括：采用双对流热交换技术方式在目标热储采热区内进行最大效率的热能采集；地下人工双对流热储构造的构建实施步骤等，为推动深层地热的综合应用早日进入快速发展的轨道具有深远的促进作用。当前地热能综合应用领域的技术人员和专家学者们，在构建地下人工热储构造方面，提出的方式方法在实际应用中仍存在诸多问题。例如，在工程实际实施过程中存在较大的技术难度；地下热储构造采出总量与地上用热需求总量严重不足；项目投入产出回报率偏低，造成行业吸引社会资本的力度不强；在采热过程中，需大量抽取地下热水，造成地下水资源的严重破坏；从地下采出的热水或蒸汽水产生大量的结垢、造成设备堵塞无法正常运行等。由于全球在深层地热开发与利用仍处在初期发展阶段，从业人员受知识面和经验等局限，现有专利仅仅是一些理论性的模型，缺乏从实际应用的考虑，专业知识单一，没有从多领域结合的角度去解决实际问题。深层地热能的开发与利用仍需政府从政策层面的大力支持和资本投资的力度加强。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述技术缺陷，提供一种地下人工双对流热储结构，既有基于管壁内载热流体通过管壁或局部岩层压裂、以接触式热传导吸收周边的地热能、实现采热目的换热通道井，又有通过储层改造技术、将远离接触面的热能通过热流体流动方式带到需被升温加热的管道热交换工作面周边进行高效加热，从而形成双向对流的热交换工作方式的对流注入工作井和对流生产工作井，形成双向对流的热交换工作方式；采用双对流的方式，在采热效率、工作可靠性都有明显提升和优势。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种地下人工双对流热储结构，包括将地表冷水注入到地下热储层的注水井、将在地下热储层换热后的热水导出地面进行利用的生产井、设置于地下热储层的注水井与生产井之间且与注水井、生产井连通的换热通道井；所述地下人工双对流热储结构还包括对流注入工作井和对流生产工作井；所述对流注入工作井伸入到地下热储层内并位于注入井一侧且远离生产井，将地表冷水注入到地下热储层内以干扰位于换热通道井之外的地下热储层内的热载体的流动；所述对流生产工作井位于生产井一侧且远离注水井，将位于换热通道井之外的地下热储层内热载体导出利用。作为对上述技术方案的改进，所述换热通道井为叉井结构，所述换热通道井在一端与注水井相连通并从连通处向远离生产井方向叉出若干条，在换热通道井的另一端，所述地下热储层内设置有端位井使叉出的若干条换热通道井的尾端连通在端位井上，所述端位井上与生产井相连通；所述对流注入工作井的下端开口位于连通处的下方，所述对流生产工作井的下端开口位于端位井顶端的上方。作为对上述技术方案的改进，所述对流注入工作井或为竖井，从地面伸入到地下热储层内；所述对流生产工作井或为复合井，包括从地面伸入到地下的竖井段、与竖井段连通的斜井段、与斜井段连通且伸入到地下热储层内竖直设置的尾段。设计斜井段的好处是，位于地下热储层内的尾段流出的热载体在经过斜井段时流速下降，再经竖井段送出到地面，可以控制从地面出来的热载体流速，避免对地面生产设备的冲击同时控制热载体流速不至于太慢。作为对上述技术方案的改进，所述端位井为大斜度井；所述注水井为竖井；所述生产井为复合井，包括从地面伸入到地下的竖井段、与竖井段连通的大斜井段、与大斜井段连通且伸入到地下热储层内水平设置的水平段；所述水平段的末端连接在端位井的顶端，设计大斜井段、水平段的好处是，通过大斜井段、水平段的结合，位于地下热储层内的水平段流出的热载体在经过大斜井段时流速有变化，再经竖井段送出到地面，可以控制从地面出来的热载体流速，避免对地面生产设备的冲击同时控制热载体流速不至于太慢。作为对上述技术方案的改进，所述换热通道井或水平设置，或小斜度设置或大斜度设置，构成水平换热通道井、小斜度换热通道井和大斜度换热通道井。这样可以拉大水平换热通道井、小斜度换热通道井和大斜度换热通道井在与端位井相连通处的距离。作为对上述技术方案的改进，所述注水井与生产井的竖直段之间设置有平衡井以连通注水井与生产井来平衡生产井与注水井之间的压力，所述平衡井设置在热储构造层上端接近地面的任意合适位置；所述平衡井的口径面积≤1/3生产井口径面积。作为对上述技术方案的改进，所述注水井、端位井、对流注入工作井内衬设金属套管，所述生产井、对流生产工作井、换热通道井、平衡井内衬非金属套管或内衬保温防腐层的金属套管。作为对上述技术方案的改进，所述金属套管为中碳钢管或合金钢管，所述非金属套管为PP管或PE管或PC管或树脂纤维复合套管。作为对上述技术方案的改进，所述金属套管的导热系数为40～70W/mK；非金属管的平均导热系数为：0.6～17W/mK；硬质岩石导热系数平均约为1.8～2.2W/mK；软质岩层的导热系数平均为：0.2～0.8W/mK。与现有技术相比，本技术具有的优点和积极效果是：本技术的地下人工双对流热储结构，采既有基于管壁内载热流体通过管壁或局部岩层压裂、以接触式热传导吸收周边的地热能、实现采热目的换热通道井，又有通过储层改造技术、将远离接触面的热能通过热流体流动方式带到需被升温加热的管道热交换工作面周边进行高效加热，从而形成双向对流的热交换工作方式的对流注入工作井和对流生产工作井，形成双向对流的热交换工作方式；采用双对流的方式，在采热效率、工作可靠性都有明显提升和优势。附图说明图1为本技术的结构示意图；具体实施方式为使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本技术。因此，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下人工双对流热储结构，其特征在于：包括将地表冷水注入到地下热储层的注水井、将在地下热储层换热后的热水导出地面进行利用的生产井、设置于地下热储层的注水井与生产井之间且与注水井、生产井连通的换热通道井；所述地下人工双对流热储结构还包括对流注入工作井和对流生产工作井；所述对流注入工作井伸入到地下热储层内并位于注入井一侧且远离生产井，将地表冷水注入到地下热储层内以干扰位于换热通道井之外的地下热储层内的热载体的流动；所述对流生产工作井位于生产井一侧且远离注水井，将位于换热通道井之外的地下热储层内热载体导出利用。/n

【技术特征摘要】
1.一种地下人工双对流热储结构，其特征在于：包括将地表冷水注入到地下热储层的注水井、将在地下热储层换热后的热水导出地面进行利用的生产井、设置于地下热储层的注水井与生产井之间且与注水井、生产井连通的换热通道井；所述地下人工双对流热储结构还包括对流注入工作井和对流生产工作井；所述对流注入工作井伸入到地下热储层内并位于注入井一侧且远离生产井，将地表冷水注入到地下热储层内以干扰位于换热通道井之外的地下热储层内的热载体的流动；所述对流生产工作井位于生产井一侧且远离注水井，将位于换热通道井之外的地下热储层内热载体导出利用。


2.根据权利要求1所述地下人工双对流热储结构，其特征在于：所述换热通道井为叉井结构，所述换热通道井在一端与注水井相连通并从连通处向远离生产井方向叉出若干条，在换热通道井的另一端，所述地下热储层内设置有端位井使叉出的若干条换热通道井的尾端连通在端位井上，所述端位井上与生产井相连通；所述对流注入工作井的下端开口位于连通处的下方，所述对流生产工作井的下端开口位于端位井顶端的上方。


3.根据权利要求2所述地下人工双对流热储结构，其特征在于：所述对流注入工作井或为竖井，从地面伸入到地下热储层内；所述对流生产工作井或为复合井，包括从地面伸入到地下的竖井段、与竖井段连通的斜井段、与斜井段连通且伸入到地下热储层内竖直设置的尾段。


4.根据权利要求3所述地下人工双对流热储结构，其特征在于：所述端位井为大斜度井；所述注水井为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王川，庄献忠，张福勤，
申请(专利权)人：北京王川景观设计有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11