[发明专利]一种井下高效换热系统构建方法

说明书

本发明适用于深井套管换热系统技术领域，提供了一种井下高效换热系统构建方法，包括如下步骤：步骤一、获取地质条件数据，完成地热井钻井；步骤二、将注浆管运送至地热储层预设深度；步骤三、实施高压旋喷注浆破碎井周岩体；步骤四、形成井下高导热旋喷桩；步骤五、将同轴换热套管沉入高导热旋喷桩内；步骤六、采用隔热水泥浆液进行固井；步骤七、深井套管换热地热开采。本发明中的一种井下高效换热系统构建方法，通过高压旋喷灌浆技术，在地热井中下部高温储层部分构建高导热旋喷桩，降低了传统固井水泥和地层低导热系数对地热储层热量向井筒传输的影响，提高井下换热系统的采热效率，同时可增加井壁稳定性，有效降低井周热阻。

技术领域

本发明属于深井套管换热系统技术领域，尤其涉及一种井下高效换热系统构建方法。

背景技术

北方冬季区域大多采用传统的化石燃料进行供暖作业，严重加重了我国北方地区的雾霾等环境问题，地热能作为一种新型清洁能源，具有资源储量巨大、分布广泛和可调节性强等优点，近年来已被各个国家广泛应用在发电、区域供暖以及制冷等领域，在我国“向地球深部进军”和“双碳目标”的科技背景下，地热资源高效开发利用将在未来的能源舞台发挥更大作用。

深井套管换热系统是一种实现地热资源“取热不取水”安全开采的新型开发方式，载热工质仅在同轴的内、外套管之间循环，通过外套管金属井壁与围岩地层进行换热，有效避免了传统水热型地热开发过程中出现的腐蚀、结垢、单井产水量较低以及回灌堵塞等问题。由于深井套管换热技术不依赖于地下热水资源，在出水量少、渗透率低或者地热尾水难回灌地区也可以进行地热开发，如果能大量推广应用，可有效缓解北方地区冬季供暖伴随的雾霾等环境问题，对优化我国能源结构和促进生态文明建设具有深远的影响。

深井套管换热系统主要依靠热传导的方式进行地热储层热量的提取和传输，但受限于井周地层岩石的导热系数较小（通常在1.5 W/m ℃～4 W/m ℃），致使远处地热储层的热量很难有效传入到地热井之中，因此随开采时间增加深井套管换热系统采热效率衰减严重。此外，由于常规施工完井过程中需要使用水泥进行固井，目前应用的常规固井水泥凝固后的导热系数要远比地层岩石的导热系数低（通常在0.19 W/m℃～0.65 W/m℃），这相当于在地热井壁周边覆盖了一个绝热层，进一步限制了地热储层内热量向换热井筒的传递；因此，目前的深井套管换热系统地热开发存在换热量小、采热效率低、采热效率随时间衰减大和投资回馈周期长等问题，严重限制了深井套管换热技术在中深层地热开发中的规模化应用。

因此，针对以上现状，迫切需要开发一种井下高效换热系统构建方法，以克服当前实际应用中的不足。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种井下高效换热系统构建方法，以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种井下高效换热系统构建方法，包括如下步骤：

步骤一、获取目标地层相应的地质、水文地质和地热地质条件数据，在目标地热开采层段完成地热井钻井；

步骤二、完成地热钻井施工后，利用钻机钻杆，将带有喷嘴的注浆管运送至地热储层预设深度；

步骤三、利用高压注浆泵与步骤二中的注浆管进行连接，使注入浆液成为高压射流，从布设在指定深度的喷嘴中喷射出来并破坏井周岩土体；

步骤四、注浆管一面喷射一面旋转向上提升，并提升至预定地热储层深度，在提升过程中破碎的岩料可部分随浆液排出，地热井周边原有地层岩石被高压喷射灌入的浆液和破碎的岩料所形成的混合物所代替，形成井下高导热旋喷桩；

步骤五、高导热旋喷桩初凝之前，采用常规振动沉管的方式，将同轴换热套管沉入高导热旋喷桩内，并沉至预定换热深度；

步骤六、高导热旋喷桩凝固之后，在高导热旋喷桩体上部地层与套管间的环空采用隔热水泥浆液进行固井；

步骤七、固井完成后，将地热井内套管和外套管分别与地面热泵进行连接，进行深井套管换热地热开采。