本技术介绍了一种旨在提高中深层闭式地热单井热提取效率的井结构设计。该设计包含井口和下方同轴排列的保温内套管,以及由低温地层、高温地层和含水层组成的固井单元,其中低温地层位于上方。
背景技术
地热能是一种储量丰富、分布广泛、稳定可靠的可再生能源。传统中深层地热能利用模式主要是采灌结合的水热型地热资源开发利用,如公开号为CN107642914B的公开专利所述,由于地热地质条件限制,一些砂岩地层回灌困难,导致系统长期运行后出现水位下降、泵耗功增加等一系列问题。为进一步规范地热资源的科学管理,多地政府要求地热尾水须同层回灌且回灌率不低于95%,为此京津冀地区关停了一批无法满足回灌要求的地热井。如何高效可持续获取不同地热资源条件下的地热能,实现我国北方地区建筑的清洁供暖已成为地热行业的最大技术瓶颈。
近十年来,一种“取热不取水”的中深层闭式单井取热系统技术发展迅速,如公开号为CN112923592A的公开专利所述,该系统通过在封闭的地热井筒内安装同轴保温内套管,使得换热工质在井壁与内套管之间的环形空间从井口流至井底,沿途吸收近井壁处地层的热量,再从底部经中心保温内套管返回至井口完成换热过程。
目前,现有的中深层闭式单井在固井时,为常将高导热水泥浆从井底灌注到井口,用来驱替近井壁地层内导热系数较低的水,在一定程度上提高了地层的导热能力,但多个实际工程结果证明,灌注高导热水泥浆的技术手段对于提高取热功率效果并不明显。
一些专家学者提出了采用闭式连通井(CN104154668A)、闭式分支井(CN106948795B)和闭式水平井(CN108302833A)等多种井身结构提高中深层闭式单井取热功率,其核心思想是通过增大较高地层温度段的井筒换热面积来提升系统取热能力。然而,在地层和固井水泥导热系数受限的情况下,这些方法难以取得明显效果,加之中深层闭式单井取热系统较高的初投资和运行费用,限制了该模式的推广应用。
针对上述问题,需要根据不同地热地质条件优化设计中深层闭式单井取热系统,以提高单井取热功率,本发明提出一种强化中深层闭式单井取热性能的新型成井结构。
实现思路