[发明专利]一种单井增强型地热冷热电联供系统及方法

说明书

本发明公开了一种单井增强型地热冷热电联供系统，包括膨胀机、发电机、供热换热器、喷射器、蒸发器、水箱、二氧化碳补充阀、增压泵和地热井；膨胀机的乏汽出口经供热换热器后与喷射器的工作流体进口相连，水箱的出口经蒸发器后与喷射器的引射流体进口相连，喷射器的出口与二氧化碳补充阀合并后经增压泵与地热井的入口相连，地热井的出口与膨胀机的蒸汽进口相连，膨胀机与发电机同轴连接，驱动发电机发电。本发明同时还公开了一种单井增强型地热冷热电联供方法。本发明采用二氧化碳作为循环工质提取地热能，回收膨胀机出口二氧化碳乏汽的热量进行供暖，利用较高压力的二氧化碳驱动喷射制冷，具有结构简单、节能效果显著、控制方便等优点。

技术领域

本发明涉及地热开发利用技术领域，具体涉及一种单井增强型地热冷热电联供系统及方法。

背景技术

地热资源作为一种可再生能源，具有储量丰富、稳定性强、连续性好、利用系数高等优点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。在技术勘探和可行性分析的基础上开凿地热井，昂贵的钻井费用制约了地热资源的规模化开发利用。同时，水热型地热井的钻探过程中经常遇到出水量严重低于预期甚至干孔无水的情况，开发利用风险较大。另外，现存的大量的废弃油气井带来了严重的环境污染以及安全问题，且所处区域常常是地热能资源十分丰富的地区。因此，改造废弃油气井进行单井套管供暖节约了地热能开发中大量的钻井费用，是一种废弃油气井综合治理和有效利用地热能的新方式，具有重要的经济与环境效益。

单井套管供暖系统是同轴套管结构，高温岩体的热量通过套管外壁传给循环流体，并通过内保温管将热量输出，该系统依靠岩石的导热将围岩的热量传递到井内，属于间接换热，具有适应性强、节约水资源、清洁无污染、安全可靠等优点。但是天然岩石的固有属性(低导热系数)及系统自身的换热方式(间接换热方式)使得系统的取热功率较小，造成系统经济回收期较长，经济性能较差，这也是该技术的主要瓶颈。增强型地热系统一般是对井或者多井系统，压裂体积较大，造成系统经济性较低，大规模的人工压裂技术也存在毁坏地质结构引发地震的风险，而且循环工质和压裂岩体接触的循环路径较长，裂隙方向和空间分布控制较难，常存在循环流体损失，开发利用风险较大。

因此，借鉴干热岩的开发思路，在考虑热储激发成本的基础上，对单井套管取热系统底部较小体积的低孔、低渗岩体进行压裂改造，将天然状态下的岩体改造成多孔、高渗透性的裂隙体系，可达到改善岩体的渗流特性，增强地热储层与地下换热器传热性能的目的。

发明内容

为经济性开发干热岩，降低地热资源开发的风险，并实现废弃油气井的资源化利用，本发明提出一种单井增强型地热冷热电联供系统及方法，依靠小体积的岩体压裂降低系统的投资成本，利用直接接触换热强化单井套管系统的传热性能，实现冷热电的联供，是一种开发利用干热岩、少水无水地热井、废弃油气井的有效技术手段。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种单井增强型地热冷热电联供系统，包括膨胀机、发电机、供热换热器、喷射器、蒸发器、水箱、二氧化碳补充阀、增压泵和地热井；

膨胀机的乏汽出口经供热换热器后与喷射器的工作流体进口相连，水箱的出口经蒸发器后与喷射器的引射流体进口相连，喷射器的出口与二氧化碳补充阀合并后经增压泵与地热井的入口相连，地热井的出口与膨胀机的蒸汽进口相连，膨胀机与发电机同轴连接，驱动发电机发电。

作为本发明的一种改进，所述地热井包括依次贯穿致密岩体和压裂岩体的井管外壁，井管外壁内部设有连通井口与井底的保温管，保温管与井管外壁之间形成的环空通过管道与增压泵相连，保温管通过管道与膨胀机相连；

压裂岩体的上部与井管外壁接触的位置设有上筛管，井管外壁与保温管形成的环空内，且位于上筛管下部设有上封隔器；压裂岩体的下部与井管外壁接触的位置设有下筛管，井管外壁与保温管形成的环空内，且位于下筛管上部设有下封隔器。

一种单井增强型地热冷热电联供方法，基于上述的单井增强型地热冷热电联供系统实现，包括以下步骤：