CN111664601B - 一种深层地热井结构及废弃地热井的改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深层地热井结构及废弃地热井的改造方法。该深层地热井结构包括：深层地热井本体和换热器；其中，深层地热井本体包括废弃地热井，废弃地热井的内壁上设有封堵层；换热器沿深层地热井本体的长度方向设置，并且，换热器与深层地热井本体的内壁之间留有空隙，以使换热器与深层地热井本体之间形成环形通道，换热介质在环形通道流动且与深层地热井本体四周的岩层进行换热，并在自换热器的末端流动至换热器内，以沿换热器抽至地面进行供暖。本发明对现有废弃地热井结构进行改造并利用，不仅降低投资，而且只采热不采水，在保护地下水和环境的同时产生经济价值，提升了地热采暖技术的单位投资取热量，以及地热供暖经济性。

Description

一种深层地热井结构及废弃地热井的改造方法

技术领域

本发明涉及新能源与节能环保技术领域，具体而言，涉及一种深层地热井结构及废弃地热井的改造方法。

背景技术

我国地域宽广，横跨多个气候带。在快速的经济社会发展中，随着人民对美好生活的追求越来越高，供热成为一个重要能源利用方向。供热的方式主要分为集中式供热和分布式供热。集中式供热一般指采用热电厂对一个较大的区域进行集中供热的方法，主要采用的一次能源是煤炭，但是随着我国环保形势的日益紧张，这种采用热电厂燃煤锅炉采暖的方式会排放大量的烟气，污染环境，使环境保护承压。另一种常见的方式分布式供热，当前在我国“煤改气、煤改电”的统一指挥下，很多城市普遍采用的分布式供热的热源一般有燃气锅炉、燃气壁挂炉和电空气源热泵，然而这些技术在运行过程中暴露出了许多的问题。第一个问题是运行费用高，煤改后采暖运行费由二十多元猛增至三十多至六十多元。以燃气壁挂炉为例，普遍运行费在40~50多元。集中供暖的燃气锅炉采暖费也在三十多元。严重拖累供暖企业及政府，供暖企业入不敷出，政府为保民生项目推出补贴，拖累地方财政。二是排放高。根据国家燃气锅炉排放要求，燃气锅炉二氧化硫排放在50mg/m³，氮氧化物排放在150~200mg/m³，颗粒物排放浓度在20mg/m³，烟气黑度≤1，如全部煤改后其规模和体量也是不能回避的。电空气源热泵使用电为驱动能源，在采暖区域的华北及东北区域，普遍使用火力发电，电作为二次能源也是使用煤这种一次能源转换来，采暖更改后，增加电量使用，增加火电厂的污染，污染依旧存在。因此在这种现实情况下，采用地热能作为供暖一次热源就是一种既环境友好而且运行费用还比较低的一种技术。

目前地热能主要分为水热型地热和干热岩地热。水热型地热是目前地热能的主要利用方式，该方式采用地下含水热储层的热水直接抽至地面使用后回灌。但是由于水热型井回灌困难（或者不回灌）或无法同层回灌，地下水资源浪费，造成地表下沉等一系列问题，目前全国各地都对无法回灌或者回灌不达到要求的水热型地热井（通过取地下的热水，并加回灌井实现）进行取缔或者限制，对该技术形成了较大的约束。干热岩地热取热技术就是将地面的水注入地下，与地下的高温岩层换热后，循环至地面利用其热量后再注入高温岩层，如此循环往复使用。但是干热岩建设钻井的成本也比较高，由于一般换热面不够大，井深度有限，单位取热的投资也比较高。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种深层地热井结构及废弃地热井的改造方法，旨在解决现有水热型井回灌困难造成地下水资源浪费、干热岩地热钻井成本高的问题。

一方面，本发明提出了一种深层地热井结构，该深层地热井结构包括：深层地热井本体和换热器；其中，所述深层地热井本体包括废弃地热井，所述废弃地热井的内壁上设有封堵层，用以封堵所述废弃地热井的原渗水通道；所述换热器沿所述深层地热井本体的长度方向设置，并且，所述换热器与所述深层地热井本体的内壁之间留有空隙，以使所述换热器与所述深层地热井本体之间形成环形通道，换热介质在所述环形通道流动且与所述深层地热井本体四周的岩层进行换热，并在自所述换热器的末端流动至所述换热器内，以沿所述换热器抽至地面进行供暖。

进一步地，上述深层地热井结构，所述封堵层的顶壁向下设有钻孔，并且，所述钻孔为盲孔。

进一步地，上述深层地热井结构，所述深层地热井本体还包括钻井，所述钻井通过贯穿所述封堵层的钻孔与所述废弃地热井相连通，并且，所述钻井自所述废弃地热井的底壁沿所述废弃地热井的高度方向向所述废弃地热井的下方延伸；或，所述钻井自所述废弃地热井的底壁向所述废弃地热井的下方一侧延伸。

进一步地，上述深层地热井结构，所述深层地热井本体内沿其内壁设有固井套管，并且，所述固井套管沿所述深层地热井本体的高度方向延伸。

进一步地，上述深层地热井结构，所述换热器沿所述深层地热井本体的高度方向分为若干段，包括：用以减缓内外换热介质换热的保温管、用以促使内外换热介质换热的换热管，并且，所述换热管设置在所述保温管的下方且与所述保温管相连通；所述保温管的末端与等温层之间的间距在第一预设范围内；在所述等温层处，所述换热器内外换热介质的温度相同；所述换热管的外壁上设有翅片；或，所述换热管上设有压花结构或开槽结构。

另一方面，本发明还提出了一种废弃地热井的改造方法，该改造方法包括：包括如下步骤：清理步骤，将废弃地热井内清理干净，以作为深层地热井本体的一部分或全部；封堵步骤，向清理后的所述废弃地热井内下放封堵材料以在所述废弃地热井的井底形成封堵层，以封堵所述废弃地热井的原渗水通道；换热器安装步骤，在原渗水通道封堵后，在所述深层地热井本体的内部安装换热器，并且，所述换热器与所述深层地热井本体的内壁之间留有空隙，以使所述换热器与所述深层地热井本体之间形成环形通道；注液步骤，自所述环形通道的顶端向所述深层地热井本体的内部注入换热介质，换热介质在所述环形通道流动且与所述深层地热井本体四周的岩层进行换热，并自所述换热器的末端流动至所述换热器内，以沿所述换热器抽至地面进行供暖。

进一步地，上述废弃地热井的改造方法，在所述封堵步骤之后且在所述换热器安装步骤之前，还包括：钻孔步骤，自所述封堵层的顶壁向下进行钻孔，钻至所述封堵层的底壁上方的第一预设高度处，或钻至所述封堵层下方的预设位置处，以使钻设的钻井与废弃地热井共同形成深层地热井本体。

进一步地，上述废弃地热井的改造方法，在所述钻孔步骤之后且所述换热器安装步骤之前，还包括：套管安装步骤，沿所述深层地热井本体的内壁自地表处向所述深层地热井本体内下放固井套管进行固井，并对所述固井套管延伸至所述深层地热井本体内的底部进行封堵。

进一步地，上述废弃地热井的改造方法，在所述钻孔步骤中，向所述封堵层下方进行钻孔时，钻设的井筒沿所述废弃地热井的高度方向向所述废弃地热井的下方延伸；或，自所述封堵层的底壁向所述废弃地热井的下方的一侧延伸。

进一步地，上述废弃地热井的改造方法，所述换热器安装步骤安装的换热器沿所述深层地热井本体的高度方向分为若干段，包括：用以减缓内外换热介质换热的保温管、用以促使内外换热介质换热的换热管，并且，所述换热管设置在所述保温管的下方且与所述保温管相连通；所述保温管的末端与等温层之间的间距在第一预设范围内；在所述等温层处，所述换热器内外换热介质的温度相同；所述换热管的外壁上设有翅片；或，所述换热管上设有压花结构或开槽结构。

本发明提供的深层地热井结构及废弃地热井的改造方法，将回灌困难或者废弃的地热井进行改造以形成深层地热井本体，通过深层地热井本体内的换热器使得深层地热井本体和换热器之间形成环形通道，以便换热介质在环形通道流动时与深层地热井本体四周的岩层进行换热，并在自换热器的末端流动至换热器内，以沿换热器抽至地面进行供暖；本发明中对现有废弃的地热井进行结构改造并利用，不但降低投资，而且只采热不采水，在保护地下水和环境的同时产生经济价值，提升了地热采暖技术的单位投资取热量，以及地热供暖经济性。

进一步地，本发明中提供的换热器，通过设置在上部的保温管减缓换热器内外换热介质之间换热，进而避免换热器内换热介质热量的损失，以提高地热井的供热能力；通过设置在下部的换热管，促使换热管内外的换热介质进行换热，以确保地热能的充分吸收和利用，提高地热能的利用率，提高地热井的供热能力。该地热井结构通过保温管的设置克服或减少高温水与低温水经换热器换热情况，避免热量的损失，提升单井的供热量和供热温度品质，实现了只取热不取水，对环境比较友好。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一实施例提供的深层地热井结构的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的深层地热井结构的结构示意图；

图3为本发明第三实施例提供的深层地热井结构的结构示意图；

图4为本发明第四实施例提供的深层地热井结构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的废弃地热井的改造方法的流程框图；

图6为本发明实施例提供的废弃地热井的改造方法的又一流程框图；

图7为本发明实施例提供的废弃地热井的改造方法的再一流程框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

结构实施例：

参见图1至图4，其示出了本发明实施例提供的深层地热井结构的优选结构。如图所示，该深层地热井结构包括：深层地热井本体1和换热器2；其中，

深层地热井本体1包括废弃地热井11；废弃地热井11的内壁上设有封堵层3，用以封堵原渗水通道111以阻断原渗水通道111和废弃地热井11的原取水通道（图中未示出）之间的连通。具体地，封堵层3采用的封堵材料可以是水泥、砂浆、黄土、发泡材料等有机或无机材料中的一种或多种组合，目的在于将原渗水通道111封堵使之不能与原取水通道连通的，避免后续回灌的液体泄漏，难以回采。其中，如图1至图2所示，深层地热井本体1可以仅包括废弃地热井11，以回灌困难或者废弃的地热井进行改造以形成深层地热井本体；如图1所示，封堵层3可以为井底封堵层，以将原渗水通道111封堵使之不能与原取水通道连通，避免后续回灌的液体泄漏，难以回采；如图2所示，封堵层3的顶壁向下可设有钻孔，并且，钻孔可以为盲孔，以使封堵层3阻止原渗水通道111与原取水通道之间的连通；当然，如图3至图4所示，封堵层3上的钻孔亦可以为通孔，即贯穿封堵层3，深层地热井本体1还可以包括钻井12，其通过贯穿封堵层3的钻孔与废弃地热井11相连通，并且，钻井12自废弃地热井11的底壁沿废弃地热井11的高度方向（如图3所示的竖直方向）向废弃地热井11的下方延伸；或，钻井12自废弃地热井11的底壁向废弃地热井11的下方的一侧（如图4所示的右侧）延伸；进一步优选地，钻井12可自废弃地热井11的底壁向下可以依次为竖直井段、造斜段以及在温度更高的深层地热井内的水平井段。

换热器2沿深层地热井本体1的高度方向设置，并且，换热器2与深层地热井本体1的内壁之间留有空隙，以使换热器2与深层地热井本体1之间形成环形通道4，换热介质在环形通道4流动且与深层地热井本体1四周的岩层进行换热，并在自换热器2的末端（如图1所示的底端）流动至换热器2内，以沿换热器2抽至地面进行供暖。具体地，换热器2与深层地热井本体1之间形成内部中空的环形结构，以作为环形通道4，即构成换热介质的进口及下行通道，也就是说，环形通道4的顶端作为换热介质的入口，并且，换热介质沿环形通道4向换热器2的末端流动即如图1所示的沿环形通道4自上至下流动，并自换热器2的末端流动至换热器2内，以沿换热器2流动并抽至地面进行供暖即沿换热器2自下至上流动以流动至地面对其进行利用。其中，换热器2的首端（如图1所示的顶端）可为开口端，以使换热介质混热后流动至换热器2内。换热器2可以为单管、U型管、多管等多种方式，其材料可以是塑料等有机物（比如PE，PPR，PVC），也可以是碳钢，玻璃钢等材料，或者几种材料的组合，优选塑料与碳钢，表面可做防腐涂层。换热介质可以是水、油、溶液、气体、悬浊液等，或者是以上几种的混合物。

为避免岩层地层的水混入换热介质内，优选地，深层地热井本体1内沿其内壁设有固井套管5，并且，固井套管5沿深层地热井本体1的高度方向延伸。具体地，固井套管5沿深层地热井本体1的内壁套设在深层地热井本体1的内部并自地表处延设至深层地热井本体1的底壁，用以进行固井套管5内部和深层地热井本体1四周的岩层之间的隔离，使得深层地热井本体1的内壁全部被固井套管5覆盖，以便将深层地热井本体1的井筒封住，不仅可避免地层中的水涌入固井套管5内，而且可以防止井筒塌缩。优选地，固井套管5的末端（如图2所示的底端）为封闭端，以阻止地层水进入固井套管5的内部，固井套管5的末端可通过固井水泥进行封堵。也就是说，固井套管5紧贴深层地热井本体1的内壁设置，即换热器2与固井套管5之间形成环形通道4，以便换热介质在换热器2与固井套管5之间流动，并自换热器2的末端流动至换热器2内以抽至地面进行供暖。为提高换热介质吸收的地热能，优选地，换热器2的底部尤其是位于高温地层处的外壁上可设有螺旋翅片，用以增加管壁的导热能力；固井套管5和深层地热井本体1之间可设有固井层，以实现固井套管5的固定，进而确保该深层地热井结构的稳定性。

继续参见图2，换热器2沿深层地热井本体1的高度方向（如图2所示的竖直方向）分为若干段，包括：用以减缓内外换热介质换热的保温管21、用以促使内外换热介质换热的换热管22。换热管22设置在保温管21的下方且与保温管21相连通。具体地，沿深层地热井本体1的高度方向，即沿换热器2的长度方向，换热器2分为若干段，换热器2的各段之间可通过热熔连接、螺纹连接、焊接，亦可为其他连接方式，本实施例中对其不做任何限定。由于靠近地表处温度较低，故换热管22设置在保温管21的下方，并且，换热管22与保温管21相连通，以便减缓换热介质在环形通道4换热后自换热器2内向上流动时保温管21内外换热介质之间的热交换，进而避免换热介质流动过程中热量的损失，以提高地热井的供热能力。而在换热管22处，换热管22内外的换热介质温度低于固井套管5的温度，故为充分利用地热能，换热管22促使换热管22内外的换热介质与深层地热井本体1四周的岩层进行换热，以确保地热能的充分吸收和利用，提高地热能的利用率，进而提高地热井的供热能力。优选地，保温管21的首端（如图2所示的顶端）可设置在地表的上方，用以连接供暖设备；保温管21的末端（如图2所示的底端）与等温层A-A之间的间距在第一预设范围内，等温层A-A处换热器2管壁内外换热介质的温度相同，第一预设范围可以根据实际情况确认，例如保温管21的末端位于等温层A-A上下五米范围内，当然亦可为其他范围，本实施例中对其不做任何限定。为进一步提高换热管22处换热介质的换热效果，优选地，换热管22上设有加强换热件（图中未示出），用以强化换热管22内外换热介质之间的换热，进而提高换热效率，以充分利用岩层的地热能。其中，保温管21可以为带保温的钢管、玻璃钢管、塑料管例如PE（polyethylene，聚乙烯）管、 PVC（Polyvinyl chloride，聚氯乙烯）管、PPR（polypropylene random，无规共聚聚丙烯）管等绝热性能好的套管；保温管21还可以为双层套管且双层管之间填设有内填隔热材料的隔热层或真空层；保温管21还可以为加厚管即通过增加壁厚，以增强保温效果，还增强其机械强度亦可承受较大自重及拉力；保温管21管壁内壁和/或外壁上还可设有保温层，以提高绝热性能，避免加热后的热水流经此段时向外散失大量热能；其中，保温层可以为是ZS-1高温保温隔热涂层、纳米陶瓷涂层、隔热防腐保温涂层，其导热系数不高于0.2W/mK；隔热防腐保温涂层可以由涂层体系中掺入空心玻璃微珠、膨胀珍珠粉、硅气凝胶等中的一种或多种构成的涂料涂覆而成。换热管22可以为导热性能较好的PPR管、碳钢管、铸铁管，导热系数大于或等于20 W/(mK)；加强换热件可以为是各式翅片例如螺旋翅片、板式翅片，亦可为在换热管22的管壁上的压花结构或开槽结构等，以通过在局部进行管壁的减薄或整体减薄管壁，以缩短热传导的路径，进而提高换热管22内外介质的换热效果。

为提高换热器2的稳定性，优选地，换热管22和保温管21之间设置且连接有固定管，以确保换热管22和保温管21之间的连接稳定性，并且，固定管23可采用普通材质，不仅能够满足抗压、防腐、耐/保温等要求，同时与换热管22和保温管21相比可降低成本。具体地，保温管21的首端可位于地表的上方，保温管21的末端和固定管的首端与等温层A-A之间的间距在第一预设范围内，两者之间可通过热熔连接；固定管的末端和换热管22的首端均位于地层温度大于第一阈值的位置处且相连接，例如两者可通过法兰连接，亦可为其他连接方式，本实施例中对其不做任何限定。其中，第一阈值可以为60℃，亦可为根据实际情况确定的其他数值例如45℃，本实施例中对其不做任何限定。固定管可以为玻璃钢管，其表面也涂有隔热纳米陶瓷涂层，以减缓内外换热介质的换热。

当然，换热器2还可为四段或更多段，本实施例中对其不作任何限定。

本实施例中，固井套管5沿深层地热井本体1的高度方向分为若干段，包括：用以减缓环形通道4内换热介质与地层之间换热的保温段、用以促使环形通道4内换热介质与岩层之间换热的换热段。换热段设置在保温段的下方且与保温段相连通，并且，换热段的末端为封闭端，以使固井套管5的内部与深层地热井本体1的井壁相隔离。

具体地，由于靠近地表处温度较低，故换热段设置在保温段的下方，并且，换热段与保温段相连通，换热段的首端与保温段的末端之间可拆卸地相连接，亦可为固定连接方式，本实施例中对其不作任何限定；换热段的末端可以通过固井水泥进行封堵。优选地，保温段的首端可位于地表处，保温段的末端可与等温地层之间的间距在第二预设范围内，等温地层的地层温度等于环形通道4进口处换热介质的温度，本实施例中以换热介质为水为例进行说明，水导入至环形通道4的温度为45℃，即环形通道4进口处即环形通道4位于地表位置的位置换热介质的温度为45℃，即在地表处向环形通道4之间注入的换热介质的温度，则等温地层为地层温度45℃的位置，当然，等温地层即保温段的末端位置可以根据实际情况确定，本实施例中对其不作任何限定。为提高换热段处换热介质的换热效果，优选地，换热段上设有强化换热件（图中未示出），用以对换热段进行传热，以强化换热段处换热介质和换热段四周岩层之间的换热，进而提高换热效率，以充分利用岩层的地热能。优选地，保温段的管壁厚度是换热段的1.5~3倍，较厚的保温段不仅可以增强保温效果，而且可以增强其机械强度，能够承受较大自重及拉力，相应地，薄的换热段自重轻，换热效果好。其中，保温段可以为PVC管、PPR管、玻璃钢管、包裹有保温材料的碳钢管、或者具有保温涂层的铸铁管，为确保保温段的保温效果，优选地，保温段的导热系数小于或等于0.25W/(mK)。换热段可以为PPR管、PVC管、碳钢管、铸铁管、或者不锈钢管等导热性能良好的耐温管道，导热系数大于或等于20 W/(mK)；强化换热件可以为是各式翅片，亦可在换热段的管壁上的压花结构或开槽结构等。

为提高固井套管5的稳定性，优选地，换热段的首端位于地层温度大于第二阈值的位置处，并且，换热段和保温段之间设置且连接有固定段；第二阈值大于环形通道4位于地表处换热介质的温度；固定段的设置不仅确保换热段和保温段之间的连接稳定性，并且，固定段可采用普通材质，不仅能够满足抗压、防腐、耐/保温等要求，同时与换热段和保温段相比可降低成本。具体地，保温段的首端可位于地表处，保温段的末端和固定段的首端可与等温地层之间的间距在第二预设范围内，保温段的末端和固定段的首端之间可通过法兰相连接；固定段的末端和换热段的首端均位于地层温度大于第二阈值的位置处且相连接，例如两者可通过螺纹连接，亦可为其他连接方式，本实施例中对其不做任何限定。其中，第二阈值可以为60℃，亦可为根据实际情况确定的其他数值例如45℃，本实施例中对其不做任何限定。固定段可以为常规固井套管例如钢管，一方面能够满足抗压、防腐、耐/保温等要求，另一方面，相比于PVC管道，常规固井套管的成本更低，实现了经济化设计。

当然，固井套管5还可为四段或更多段，本实施例中对其不作任何限定。

在本实施例中，优选地，换热器2的入口端设有花管（图中未示出），即管壁上设有多个通孔，用以进行换热介质流入的过滤，以避免换热器2的堵塞，也就是说，即保温管22的底端可设有多个通孔以形成花管；花管的开孔率可以为3%~5%，并且，孔径可以为5~20mm。

本实施例中，图1至图4中的箭头方向表示换热介质的流动方向。

方法实施例：

参见图5，其为本发明实施例提供的废弃地热井的改造方法的流程框图。如图所示，其原理与上述结构实施例相同，相关之处可相互参考，该改造方法包括如下步骤：

清理步骤S1，将废弃地热井内清理干净，以作为深层地热井本体的全部。

具体地，将原废弃地热井11内清理干净。

封堵步骤S2，向清理后的废弃地热井内下放封堵材料以在废弃地热井的井底形成封堵层，以封堵废弃地热井的原渗水通道。

具体地，利用工具将封堵材料下入清理步骤S1中清理后的废弃地热井11内固结形成封堵层3，以将原渗水通道111封堵。如图1所示，深层地热井本体1仅包括废弃地热井11，封堵层3可以为井底封堵层，以将原渗水通道111封堵使之不能与原取水通道连通，避免后续回灌的液体泄漏，难以回采。废弃地热井11的原套管112可作为深层地热井本体的固井套管。

换热器安装步骤S5，在原渗水通道封堵后，在深层地热井本体的内部安装换热器，并且，换热器与深层地热井本体的内壁之间留有空隙，以使换热器与深层地热井本体之间形成环形通道。

具体地，在深层地热井本体1的内部安装换热器2，即换热器2设置在固井套管5内，使得换热器2与深层地热井本体1的内壁或固井套管5之间留有空隙，以使换热器2与深层地热井本体1或固井套管5之间形成环形通道4。

注液步骤S6，自环形通道的顶端向深层地热井本体的内部注入换热介质，换热介质在环形通道流动且与深层地热井本体四周的岩层进行换热，并自换热器的末端流动至换热器内，以沿换热器抽至地面进行供暖。

具体地，从地面环形通道4的顶端向井内注液体，与深层地热井本体1四周地层换热后，自换热器2的末端流动至换热器2内，以沿换热器2抽至地面进行供暖，即自换热器2的出口采出至地面，外供给热用户；本实施例中以换热介质为液体为例进行说明，当然亦可为其他状态，本实施例中对其不作任何限定。

参见图6，其为本发明实施例提供的废弃地热井的改造方法的又一流程框图。如图所示，其原理与上述结构实施例相同，相关之处可相互参考，该改造方法包括如下步骤：

清理步骤S1，将废弃地热井内清理干净，以作为深层地热井本体的一部分。

具体地，将原废弃地热井11内清理干净。

封堵步骤S2，向清理后的废弃地热井内下放封堵材料以在废弃地热井的井底形成封堵层，以封堵废弃地热井的原渗水通道。

具体地，利用工具将封堵材料下入清理步骤S1中清理后的废弃地热井11内固结形成封堵层3，以将原渗水通道111封堵。

钻孔步骤S3，自封堵层的顶壁向下进行钻孔，钻至封堵层的底壁上方的第一预设高度处。

具体地，如图2所示，自封堵层3的顶壁上向下进行钻孔，钻至封堵层3的底壁上方的第一预设高度处，即钻孔封堵材料形成的水泥柱的中间位置至原渗水通道111的底壁附近例如钻设高度可以为封堵层3高度的80%，保证改造完的原废弃地热井11与地层不直接联通，即废弃地热井11和钻设的钻孔形成深层地热井本体1。

套管安装步骤S4，沿深层地热井本体的内壁自地表处向深层地热井本体内下放固井套管进行固井，并对固井套管延伸至深层地热井本体内的底部进行封堵。

具体地，在深层地热井本体1的内部即废弃地热井11和钻孔内下入固井套管5，固井套管5可紧贴在深层地热井本体1的内壁上且自地表处延伸至深层地热井本体1的底壁，并将固井套管5下端封闭，阻止固井套管5内外连通，以获取更多的换热面积或更高温度的热源，提高采热量；优选地，还可在下入固井套管5后，在固井套管5和井壁之间灌注水泥等隔离材料以形成固井层，用以阻断钻井周围的地层水进入固井套管5内并对固井套管5进行固定。当然，此步骤亦可不进行，即废弃地热井11的原套管112亦可作为该深层地热井本体的固井套管；该步骤中，在原套管112的内壁下放固井套管5进行再次固井，可提高该深层地热井结构的稳定性。

换热器安装步骤S5，在原渗水通道封堵后，在深层地热井本体的内部安装换热器，并且，换热器与深层地热井本体的内壁之间留有空隙，以使换热器与深层地热井本体之间形成环形通道。

具体地，在深层地热井本体1的内部安装换热器2，即换热器2设置在固井套管5内，使得换热器2与深层地热井本体1的内壁或固井套管5之间留有空隙，以使换热器2与深层地热井本体1或固井套管5之间形成环形通道4。

注液步骤S6，自环形通道的顶端向深层地热井本体的内部注入换热介质，换热介质在环形通道流动且与深层地热井本体四周的岩层进行换热，并自换热器的末端流动至换热器内，以沿换热器抽至地面进行供暖。

具体地，从地面环形通道4的顶端向井内注液体，与深层地热井本体1四周地层换热后，自换热器2的末端流动至换热器2内，以沿换热器2抽至地面进行供暖，即自换热器2的出口采出至地面，外供给热用户；本实施例中以换热介质为液体为例进行说明，当然亦可为其他状态，本实施例中对其不作任何限定。

参见图7，其为本发明实施例提供的废弃地热井的改造方法的再一流程框图。如图所示，其原理与上述结构实施例相同，相关之处可相互参考，该改造方法包括如下步骤：

清理步骤S1，将废弃地热井内清理干净，以作为深层地热井本体的一部分。

具体地，将原废弃地热井11内清理干净。

封堵步骤S2，向清理后的废弃地热井内下放封堵材料以在废弃地热井的井底形成封堵层，以封堵废弃地热井的原渗水通道。

具体地，利用工具将封堵材料下入清理步骤S1中清理后的废弃地热井11内固结形成封堵层3，以将原渗水通道111封堵。

钻孔步骤S3，自封堵层的顶壁向下上进行钻孔，钻至封堵层下方的预设位置处，以使钻设的钻井与废弃地热井共同形成深层地热井本体。

具体地，如图3和图4所示，钻孔亦可钻至封堵层3下方的预设位置处，以使钻设的钻井12与废弃地热井11共同形成深层地热井本体1，此时，则需继续对封堵材料形成的井底封堵层进行钻设使得井底封堵层中间位置钻设有通孔，以便继续向下进行钻井12的钻设；向封堵层下方进行钻孔时，钻设的井筒沿废弃地热井11的高度方向（如图3所示的竖直方向）向废弃地热井11的下方延伸；或，自封堵层3的底壁向废弃地热井11的下方的一侧（如图4所示的右侧）延伸；钻设时可先沿废弃地热井11的高度方向向废弃地热井11的下方钻设，再向深层地热井内进行偏转钻设以形成造斜段，最后在温度更高的深层地热井内钻设水平井段。

套管安装步骤S4，沿深层地热井本体的内壁自地表处向深层地热井本体内下放固井套管，并对固井套管延伸至深层地热井本体内的底部进行封堵。

具体地，在深层地热井本体1的内部即废弃地热井11和钻井12内下入固井套管5，固井套管5可紧贴在深层地热井本体1的内壁上且自地表处延伸至深层地热井本体1的底壁，并将固井套管5下端封闭，阻止固井套管5内外连通，以获取更多的换热面积或更高温度的热源，提高采热量；优选地，还可在下入固井套管5后，在固井套管5和井壁之间灌注水泥等隔离材料以形成固井层，用以阻断钻井周围的地层水进入固井套管5内并对固井套管5进行固定。

换热器安装步骤S5，在深层地热井本体的内部安装换热器，并且，换热器与深层地热井本体的内壁之间留有空隙，以使换热器与深层地热井本体之间形成环形通道。

具体地，在深层地热井本体1的内部安装换热器2，即换热器2设置在固井套管5内，使得换热器2与深层地热井本体1的内壁或固井套管5之间留有空隙，以使换热器2与深层地热井本体1或固井套管5之间形成环形通道4。

注液步骤S6，自环形通道的顶端向深层地热井本体的内部注入换热介质，换热介质在环形通道流动且与深层地热井本体四周的岩层进行换热，并自换热器的末端流动至换热器内，以沿换热器抽至地面进行供暖。

具体地，从地面环形通道4的顶端向井内注液体，与深层地热井本体1四周地层换热后，自换热器2的末端流动至换热器2内，以沿换热器2抽至地面进行供暖，即自换热器2的出口采出至地面，外供给热用户；本实施例中以换热介质为液体为例进行说明，当然亦可为其他状态，本实施例中对其不作任何限定。

在本实施例中，换热器2和固井套管5等相关零部件的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

综上，本实施例提供的深层地热井结构及废弃地热井的改造方法，将回灌困难或者废弃的废弃地热井11进行改造以形成深层地热井本体1，通过深层地热井本体1内的换热器2使得深层地热井本体1和换热器2之间形成环形通道4，以便换热介质在环形通道4流动且与深层地热井本体1四周的岩层进行换热，并在自换热器2的末端流动至换热器2内，以沿换热器2抽至地面进行供暖；本实施例中对现有废弃的地热井结构进行结构改造并再利用，不但降低投资，而且只采热不采水，在保护地下水和环境的同时产生经济价值，提升了地热采暖技术的单位投资取热量，以及地热供暖经济性。

进一步地，本实施例中提供的换热器2，通过设置在上部的保温管21减缓换热器2内外换热介质之间换热，进而避免换热器2内换热介质热量的损失，以提高地热井的供热能力；通过设置下部的换热管22，促使换热管22内外的换热介质进行换热，以确保地热能的充分吸收和利用，提高地热能的利用率，提高地热井的供热能力。该地热井结构通过保温管21的设置克服或减少高温水与低温水经换热器2换热情况，避免热量的损失，提升单井的供热量和供热温度品质，实现了只取热不取水，对环境比较友好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种废弃地热井的改造方法，其特征在于，包括如下步骤：

清理步骤，将废弃地热井内清理干净，以作为深层地热井本体的部分或全部；

封堵步骤，向清理后的所述废弃地热井内下放封堵材料以在所述废弃地热井的井底形成封堵层，以封堵所述废弃地热井的原渗水通道；

钻孔步骤，自所述封堵层的顶壁向下进行钻孔，钻至所述封堵层的底壁上方的第一预设高度处，或钻至所述封堵层下方的预设位置处，以使钻设的钻井与废弃地热井共同形成深层地热井本体；

套管安装步骤，沿所述深层地热井本体的内壁自地表处向所述深层地热井本体内下放固井套管进行固井，并对所述固井套管延伸至所述深层地热井本体内的底部进行封堵；所述固井套管沿所述深层地热井本体的长度方向分为若干段，包括：用以减缓换热介质与地层之间换热的保温段、用以促使所述换热介质与岩层之间换热的换热段；所述换热段设置在所述保温段的下方且与所述保温段相连通，并且，所述换热段的末端为封闭端，以使固井套管的内部与深层地热井本体的井壁相隔离；所述保温段的末端与等温地层之间的间距在第二预设范围内，等温地层的地层温度等于环形通道进口处换热介质的温度；

换热器安装步骤，在原渗水通道封堵后，在所述深层地热井本体的内部安装换热器，并且，所述换热器与所述深层地热井本体的内壁之间留有空隙，以使所述换热器与所述深层地热井本体之间形成环形通道；所述换热器沿所述深层地热井本体的高度方向分为若干段，包括：用以减缓内外换热介质换热的保温管、用以促使内外换热介质换热的换热管，并且，所述换热管设置在所述保温管的下方且与所述保温管相连通；所述保温管的末端与等温层之间的间距在第一预设范围内；在所述等温层处，所述换热器内外换热介质的温度相同；

注液步骤，自所述环形通道的顶端向所述深层地热井本体的内部注入换热介质，换热介质在所述环形通道流动且与所述深层地热井本体四周的岩层进行换热，并自所述换热器的末端流动至所述换热器内，以沿所述换热器抽至地面进行供暖。

2.根据权利要求1所述的废弃地热井的改造方法，其特征在于，

在所述钻孔步骤中，向所述封堵层下方进行钻孔时，钻设的井筒沿所述废弃地热井的高度方向向所述废弃地热井的下方延伸；或，自所述封堵层的底壁向所述废弃地热井的下方的一侧延伸。

3.根据权利要求1或2所述的废弃地热井的改造方法，其特征在于，

所述换热管的外壁上设有翅片；或，所述换热管上设有压花结构或开槽结构。

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