[发明专利]地能干热岩换热装置及其换热方法

说明书

技术领域

本发明属于清洁能源技术领域，特别涉及地能干热岩换热装置及其换热方法。

背景技术

地热资源与其他新能源如太阳能、风能和生物质能等相比，具有分布广、受外界影响小（如昼夜、风速、温差）、碳排放量及维护成本低等特点，地热资源主要分为水热型和干热岩型，干热岩型地热是指存储于深度3-10km高温岩体或岩浆中的热量，储层温度可达100～650℃。目前世界各国主要利用的水热型中低温地热仅占探明地热资源的极小一部分，而中高温干热岩地热资源在地球上的蕴藏量丰富且温度高。据国家有关部门最新数据显示，我国大陆3~10千米深处干热岩资源总量相当于860万亿吨标煤；若能开采出2％，就相当于2010年全国一次性能耗总量（32.5亿吨标煤）的5300倍。所以，中高温干热岩地热的开发极有可能为我国节能减排和新一轮能源结构调整做出重大贡献，合理地开采储层深部地热能不仅可能起到节能减排和能源调整作用，更可为偏远地区能源需求提供保障。

中高温地热资源开发具有很大的技术挑战。因此，美国科学家提出采用增强型地热系统的方式进行开发，现有技术中干热岩地热利用要求在地下形成广泛的岩石裂隙，通过水流经裂隙实现与干热岩的热交换。换句话说，要造出地下热储水库。目前，主要有人工高压裂隙、天然裂隙、天然裂隙-断层三种模式，其中研究最多的是人工高压裂隙模式，即通过人工高压注水到井底，高压水流使岩层中原有的微小裂隙强行张开或受水冷缩产生新的裂隙，水在这些裂隙间流通，完成注水井和生产井所组成的水循环系统热交换过程。由于干热岩具有渗透率低、孔隙率低、储层位置深等特性，造成地热利用效率低，即地层热提取效率低和地下换热流体流失率高。

总体来说，干热岩钻井技术已不成问题，储层压裂不可控性造成的泄露问题和渗流通道的高效流动是制约干热岩开发的主要问题。到目前为止，还没有可以高效又安全的干热岩地热开采方式。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，解决地能干热岩热量提取效率低和地下换热流体流失率高的技术问题，本发明提供地能干热岩换热装置及其换热方法。

本发明通过以下技术方案予以实现。

地能干热岩换热装置，它包括换热管和换热封装套管，由碳纤维和钛镍金属丝混纺编制成空心换热管单体，内径由大到小的多根换热管单体由内向外套设在一起形成换热管，相临两层换热管单体之间设置有缝隙；所述换热封装套管侧壁设置有空腔，换热管封装于换热封装套管的空腔中，换热封装套管内壁设置有注液管，注液管延伸至换热封装套管底部，注液管与换热封装套管一体成型，换热封装套管内壁的顶部设置有抽液管。

进一步地，所述若干根封装后的换热封装套管环抱呈圆柱体，形成换热管组。

地能干热岩换热装置的取热方法，其特征在于按以下步骤依次进行：

a、换热管单体的制备：根据待开采区域地热能实际情况，调整纯钛与纯镍的比例，熔炼纯钛与纯镍制得钛镍金属丝，将碳纤维和钛镍金属丝混纺编制成不同直径规格的若干根换热管单体，留待后步使用；

b、换热管的制备与封装：将5~10根直径由小至大的换热管单体套设在一起，制得换热管；将换热管放置于换热封装套管侧壁的空腔内后，将换热管封装，并将换热封装套管下端面密封，留待后步使用；

c、地热能探测及钻井：采用地热能探测设备对地表下干热岩层地热能储量进行探测，选择地热能储量大的区域，采用石油钻井设备在选出的区域上钻井，钻井深度为2000米~6000米，在钻好的井的内壁中设置护井套管；将上步封装好的换热管和换热封装套管放置于护井套管内；

d、地热能的交换：调整注水速度，通过注液管向换热封装套管中加注低温换热介质，低温换热介质在换热封装套管管腔内通过换热管与外界高温干热岩换热，通过泵将换热后的高温换热介质从抽液管抽出换热套管，即获得携带有高温地热能的换热介质。

进一步地，所述护井套管的材质为钢管。

进一步地，所述钛镍金属丝中钛与镍的质量比为：W_Ti%：W_Ni%=（44~46）%：（54~56）%。

进一步地，所述换热介质或者为水，或者为乙醇，或者为丙酮，或者为三氯三氟乙烷。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。