CN111365871B - 一种增强型深井换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型深井换热器，包括井以及在井外侧的岩石、漏失层和低产层，井包括保温管、井管以及包覆在井管外侧的水泥环，所述保温管设置在井管内部，保温管内部空间形成采出通道，所述保温管与井管之间的空间形成注入通道，所述采出通道与注入通道在井底连通，所述注入通道通过井管与水泥环向岩石取热。本发明通过高导热性能的钻井液漏失进地层，提高了地层的导热性能，在井管与地层之间嵌入了高性能导热通道，提高了单井出力；同时易于实施，钻井液的漏失通过调整其密度、黏度和回压，很容易控制，水泥和石墨烯的复合以及井管和石墨烯的复合，也不难做到。
Description
技术领域
本发明涉及地热供暖技术领域，具体涉及一种增强型深井换热器。
背景技术
我国地热资源储量丰富，但分布不均。有些地方的地热资源较贫乏，单井出水量少，地热开发成本高。针对地热资源贫乏，单井出水量少的现状，目前新出现了一种深井换热器(DBHE)技术，该技术采用同轴套管结构，通过金属外壁向岩石取热，通过内保温管将热量输出。由于***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，但该技术主要靠岩石的热传导将周围岩石的热量传递到井筒内，由于岩石的导热系数低，导致单井取热功率小。另外，DBHE的打井成本较高，导致投资回收期较长，限制了该技术的规模化推广应用。如果能够提高DBHE的取热功率，降低投资回收期，该技术将会得到快速推广。本发明提出了一种旨在提高DBHE单井取热功率的技术，简称增强型深井换热器(EDBHE)，主要针对的目标是产能低的地热井。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种增强型深井换热器。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种增强型深井换热器，包括井以及在井外侧的岩石、漏失层和低产层，井包括保温管、井管以及包覆在井管外侧的水泥环，所述保温管设置在井管内部，保温管内部空间形成采出通道，所述保温管与井管之间的空间形成注入通道，所述采出通道与注入通道在井底连通，所述注入通道通过井管与水泥环向岩石取热。
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。通过复合高导热性能材料，以加强井壁的导热性能，从而提高采热效率。
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低产层部分井段，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，在钻遇低产层时，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低产层，以提高低产层的导热性能。
进一步地，所述高导热性能材料采用石墨烯材料。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明通过高导热性能的钻井液漏失进地层，提高了地层的导热性能，在井管与地层之间嵌入了高性能导热通道，提高了单井出力；同时易于实施，钻井液的漏失通过调整其密度、黏度和回压，很容易控制，水泥和石墨烯的复合以及井管和石墨烯的复合，也不难做到。
附图说明
图1为增强型深井换热器的结构示意图；
附图标记说明：1、井管；2、保温管；3、水泥环；4、岩石；5、漏失层；6、低产层；7、井底；8、注入通道；9、采出通道。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、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发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，一种增强型深井换热器，包括井以及在井外侧的岩石4、漏失层5和低产层6，井包括保温管2、井管1以及包覆在井管1外侧的水泥环3，保温管2设置在井管1内部，保温管2内部空间形成采出通道9，保温管2与井管1之间的空间形成注入通道8，采出通道9与注入通道8在井底7连通，注入通道8通过井管1与水泥环3向岩石4取热，水泥环3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，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5和低产层6传热效果相对岩石4较小，因此针对漏失层5和低产层6对井管1进行改进，井管1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5和低产层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5与低产层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5和低产层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5和低产层6，以提高漏失层5和低产层6的导热性能。
在使用时，水经过注入通道9进入换热器内，在从井口流至井底的过程中，通过井管1与水泥环3对岩石4、漏失层5以及低产层6进行吸收热量，吸收热量后，流经井底进入采出通道9，由于采出通道9为保温管2的内部空间，因此能很好地保持热量，直至从采出通道9中采出，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70％的泥浆钻井液与质量分数30％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。
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，遇到无水的漏失层5或者低产层6，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漏失层5或低产层6，提高地层的导热性能。
第四步，下入井管：在漏失层5和低产层6以外的井段，采用直径177.8mm的普通油管；在漏失层5和低产层6，采用油管与石墨烯复合组成高导热性能的复合井管。
第五步，配制复合固井水泥：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7：3。
第六步，固井：采用复合固井水泥进行固井。
第七步，下入保温管：保温管2长度2995m，直径110mm，材质为聚乙烯。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种增强型深井换热器，包括井以及在井外侧的岩石(4)、漏失层(5)和低产层(6)，其特征在于：井包括保温管(2)、井管(1)以及包覆在井管(1)外侧的水泥环(3)，所述保温管(2)设置在井管(1)内部，保温管(2)内部空间形成采出通道(9)，保温管(2)与井管(1)之间的空间形成注入通道(8)，所述采出通道(9)与注入通道(8)在井底(7)连通，所述注入通道(8)通过井管(1)与水泥环(3)向岩石(4)取热；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；在钻遇漏失层(5)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(5)，以提高漏失层(5)的导热性能；在钻遇低产层(6)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低产层(6)，以提高低产层(6)的导热性能。
2.根据权利要求1所述的增强型深井换热器，其特征在于：所述水泥环(3)为采用高导热性能材料与水泥复合制成。
3.根据权利要求1所述的增强型深井换热器，其特征在于：所述井管(1)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(5)和低产层(6)部分井段，余下部分采用普通油管。
4.根据权利要求2-3任一所述的增强型深井换热器，其特征在于：所述高导热性能材料采用石墨烯材料。
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