[发明专利]一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法

说明书

本发明涉及地热能利用技术领域，本发明提供了一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法。第三层及以后套管采用套管悬挂器悬挂在上层套管底部，增大了井筒容积，延长了流体受热时间。使用液态导热介质替代固井水泥，填充套管与地层环空，降低了热阻，避免水泥固结后与地层、套管间形成的微缝隙影响传热。本发明提供的方法可大幅提高井壁换热的能力。

技术领域

本发明涉及地热能利用技术领域，本发明提供了一种用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法。

背景技术

地热能是一种清洁、可再生的能源。地热能利用途径非常广泛，低温地热资源可用于冬季取暖，高温地热资源可用于发电。加快开发利用地热能对调整能源结构、节能减排具有重要意义。

地热能的开发利用有多种技术方案，其中一种方案为井壁换热。该方案利用钻井形成的井壁作为热源，钻至设计深度后井内下入隔热管，向环空泵入冷水，冷水经井壁加热后经隔热管返出地面。该方案采用油气井开发中使用的井身结构及固井方法，即钻至设定深度，下套管，用水泥封固套管与地层环空，采用比套管内径小的钻头继续钻进并下套管固井，直至设计井深。

该井身结构及固井方法在井壁换热地热井中并不适用，存在以下问题：1.固井水泥导热系数远小于地层岩石导热系数，固井水泥导热系数低将导致井壁向井筒传递的热量大幅降低；2.水泥凝固后，水泥与套管、水泥与地层之间的胶结面存在大量缝隙，其实质是局部真空，真空无法传递热量，由此造成传热面积的大量减少，严重影响热量的传递；3.多层套管井口直下至井底减少了井筒的内容积，降低了流体在井内的受热时间。

因此，发明一种适用于井壁换热的地热井井身结构及固井方法，实现地热能的高效利用，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为解决现有井壁换热方案中换热量小的难题。本发明提供了一种用于井壁换热的地热井的井身结构及固井方法，如图1示。

井身结构，其特征在于：表层套管1-1、技术套管1-2由地面下至该开次底部；三开及三开以后开次，套管采用套管悬挂器悬挂在上层套管底部：技术套管1-3通过套管悬挂器2悬挂在技术套管1-2底部，技术套管1-4通过套管悬挂器2悬挂在技术套管1-3底部。如果存在技术套管1-5、技术套管1-6及更多套管，每层套管均采用套管悬挂器悬挂在上层套管底部。

固井方法，其特征在于：用固井水泥3封固表层套管1-1与地层之间的环空；用固井水泥3封固技术套管1-2与地层底部环空，用固井水泥3封固技术套管1-2与表层套管1-1重合段环空，用导热介质4填充技术套管1-2与地层间剩余环空；三开及三开以后开次，用固井水泥3封固套管与地层之间底部和顶部环空，用导热介质4填充套管与地层间剩余环空：用固井水泥3封固技术套管1-3与地层之间底部和顶部环空，用导热介质4填充技术套管1-3与地层之间剩余环空；用固井水泥3封固技术套管1-4与地层之间底部和顶部环空，用导热介质4填充技术套管1-4与地层之间剩余环空。如果存在技术套管1-5、技术套管1-6及更多层次套管，用固井水泥封固该层套管与地层之间顶部和底部环空，用导热介质4填充剩余环空。

一种导热介质4，其特征在于：由液体组成；也可以由液体和导热固体组成。

优选地，所述液体为水、矿物油或水和矿物油的混合物。

优选地，所述导热固体为石墨、铝粉、石英粉、铁粉中的一种或多种。

本发明的有益效果：

(1)导热介质4的整体导热能力强于固井水泥3，用导热介质4替代固井水泥3填充大部分套管与地层的环空，降低了导热热阻。

(2)导热介质4为固液混合物或者液体，解决了固井水泥3与套管、地层间的微裂隙不导热的问题，增大了井壁受热面积。

(3)第三层及后续套管通过套管悬挂器悬挂在上层套管底部，增大了井筒内容积，延长了流体受热时间。

附图说明