本发明专利技术涉及热岩井技术领域，一种热交换完井装置，其中，外壳为为内部具有空腔的雪茄状，回水螺旋管路设置在外壳内部，回水螺旋管路安装在外壳内，完井装置进水管道设置在回水螺旋管路回转路径的中间处，完井装置进水管道的第一端穿过外壳的第一端，完井装置进水管道的第二端与所述回水螺旋管路靠近外壳第二端的末端对接，回水螺旋管路靠近外壳第一端的端部连接抽水管道，抽水管道穿过外壳第一端；外壳和回水螺旋管路之间填充导热部，回水螺旋管路和完井装置进水管道之间设有热交换完井装置隔热部。本装置可减少采热损失，能够有效的提高单井闭式循环开发利用干热岩的热交换效率和可持续性，本发明专利技术还提出一种热交换完井开发方法。法。法。
【技术实现步骤摘要】
一种热交换完井装置及开发方法
[0001]本专利技术涉及热岩井
，特别是一种热交换完井装置及开发方法。
技术介绍
[0002]干热岩属于新兴地热能源，一般是指处在地下埋深超过2km，温度大于 180℃，内部不存在流体或仅有少量流体的高温岩体，储量巨大。中国首此发现 的大规模可利用的干热岩资源位于青海省共和盆地，现阶段研究表明此处为高 温熔融岩浆体导致的地温异常。中国大陆3
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10km深度干热岩资源储量约为856 万亿吨标准煤，占世界资源量的1/6，有望成为21世纪中期的战略性替代资源， 近些年伴随经济的快速提升，我国的环境污染问题也日益凸出，我国的干热岩 若能开采出2％，就相当于2010年中国全国一次性能耗总量的5300倍，将极大 的缓解环境压力，促进我国经济的良性发展。
[0003]现阶段，由于地热资源埋藏较深，一般要比油气勘探埋藏深，造成了开采 利用技术上的极大难题，故而对新型开采利用方式的探索至关重要。自人工增 强型地热系统理论提出以来，以西方发达国家如：美国、德国、日本等为首， 在干热岩开发利用方面进行了积极而广泛的探索，我国则相对较晚，但随着国 家各项政策的扶持，现阶段也取得了不少的成绩。增强型地热系统是为从低渗 透性或地孔隙度的深层埋藏岩体中提取一定量热能而创造出的人工地下储水热 交换系统。
[0004]由于干热岩岩体在地下埋藏深、围压大、岩体坚硬、渗透性低等特点，使 得开发利用方面的挑战十分巨大，传统利用抽水与注水井的方式的最大的挑战 就在于改造岩体，提高其渗透性，提高传热效率，包括：(1)岩体裂缝连通性 低(2)地下换热流体损失率高(3)抽取换热流体造成的热损失率高(4)对环 境影响巨大。将中高温储层中的热能高效简易的提取出来的问题亟需解决，这 是现阶段世界中高温干热岩开发共同面临的问题。该提取技术的突破将决定地 热能开发利用的领先地位，也是国家能源改革战略的成功。
[0005]现有技术中，中国专利(公开号CN110863800A)公开了一种单井闭式循环 开发干热岩的方法。该方法在干热岩储层中通过高压喷射钻井方式构造鱼骨分 支井，再对微井眼鱼骨分支和处于干热岩内部的主井眼注入含高导材料的水泥 浆，再在井内下入装有毛细金属管网的井下热交换完井装置以达到提高热交换 的目的。但该方法使用的微井眼分支井钻井装置实施钻井操作复杂，成本相对 水力压裂偏高，同时钻井所获得的采热面积过小，不利于对换热流体进行加热， 所设计的毛细金属管网在2km的深井之中布设，不具有可行性。
技术实现思路
[0006]为解决上述问题，本专利技术提出一种热交换完井装置，本装置可减少采热损 失，能够有效的提高单井闭式循环开发利用干热岩的热交换效率和可持续性， 用于解决现阶段干热岩开发，成本高、周期长、换热速率低下、污染环境等问 题。本专利技术还提出一种热交换完井开发方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]在第一个技术方案中，一种热交换完井装置，包括外壳、导热部、完井装 置进水管道、回水螺旋管路和热交换完井装置隔热部，其中，所述外壳为为内 部具有空腔的雪茄状，所述回水螺旋管路设置在外壳内部，且回水螺旋管路由 其长度方向安装在外壳内，所述完井装置进水管道设置在回水螺旋管路回转路 径的中间处，完井装置进水管道的第一端穿过外壳的第一端，完井装置进水管 道的第二端与所述回水螺旋管路靠近外壳第二端的末端对接，所述回水螺旋管 路靠近外壳第一端的端部连接抽水管道，抽水管道穿过外壳第一端；所述外壳 和回水螺旋管路之间填充导热部，所述回水螺旋管路和完井装置进水管道之间 设有热交换完井装置隔热部。
[0009]在第一个技术方案中，作为优选的，所述回水螺旋管路的横截面为梯形， 所述完井装置进水管道和回水螺旋管路通过进水弯管和进水蜗壳连接，所述回 水螺旋管路和抽水管道通过排水蜗壳和排水弯管连接。
[0010]在第一个技术方案中，作为优选的，所述完井装置进水管道、进水弯管、 进水蜗壳、抽水管道、排水蜗壳、排水弯管与回水螺旋管路的间隙处填充用于 隔热的氧化钛粉末。
[0011]在第一个技术方案中，作为优选的，所述回水螺旋管路和完井装置进水管 道之间灌注有用于隔热的纳米微孔隔热材料。
[0012]在第二个技术方案中，一种热交换完井开发方法，使用如第一个技术方案 中的热交换完井装置，包括如下步骤：
[0013]步骤1、根据前期大地热流、电磁等资料确定干热岩埋深及具体位置，设计 出适合场地的施工方案，钻垂直井的方式至干热岩储层，形成主井眼；
[0014]步骤2、在在干热岩主井眼内下入水力压裂装置，并使用滑溜水高浓度溶蚀 剂和胶液高浓度溶蚀剂在干热岩储层中造出空腔及裂缝；
[0015]步骤3、在空腔及裂缝中注入含有高导热材料的水泥浆；
[0016]步骤4、分层下入井筒将井体与储层分离；
[0017]步骤5、在主井眼中下入热交换完井装置至井底，并完成抽水管道、注水管 道，将注水管道与完井装置进水管道对接安装，抽水管道和回水螺旋管路对接 安装；
[0018]步骤6、在抽水管道、注水管道和井筒之间注入保温隔热材料；
[0019]步骤7、在井筒顶端，即井口处安装井口装置。
[0020]在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤2中，所述水力压裂装置为防 冲蚀水力压裂喷射装置，防冲蚀水力压裂喷射装置包括一个长度为550mm，横截 面为边长200
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240mm的正方形的喷射枪体与直径为110.5
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168.14mm喷射枪管道 组成，喷射枪体上安装有出口直径为2
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4mm的防护喷嘴；同时枪体上安装有出 口直径为150
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220mm的压裂喷头、出口直径为6
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8mm的压裂喷嘴、深度为 100
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150mm的回流槽、长度为120
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140mm的导向头，150目筛网、入口段为15
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20mm 的流动通道。
[0021]在第二个技术方案中，作为优选的，所述高导热材料为铜、铝、氧化铜、 氧化铝、氧化钛的纳米粉末中的一种或组合。
[0022]在第二个技术方案中，作为优选的，所述井筒采用三段式设计，靠近井口 位置布设直径700
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750mm高强度井筒至地下潜水底板以下，在底板以下布设直 径650
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700mm高强度井筒至干热岩顶板，在干热岩顶板布设直径600
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650mm含 钛合金高强度井筒至水力压裂
形成的空腔体。
[0023]在第二个技术方案中，作为优选的，所述抽水管道、注水管道和井筒之间 注入陶瓷纤维与石棉混合材料作为井筒内隔热部。
[0024]在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤2中，先使用滑溜水高浓度溶 蚀剂作为造腔液，采用的滑溜水高浓度溶蚀剂为10％的HCl、1.5％HF及88.5％的 滑溜水，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热交换完井装置，其特征在于：包括外壳、导热部、完井装置进水管道、回水螺旋管路和热交换完井装置隔热部，其中，所述外壳为为内部具有空腔的雪茄状，所述回水螺旋管路设置在外壳内部，且回水螺旋管路由其长度方向安装在外壳内，所述完井装置进水管道设置在回水螺旋管路回转路径的中间处，完井装置进水管道的第一端穿过外壳的第一端，完井装置进水管道的第二端与所述回水螺旋管路靠近外壳第二端的末端对接，所述回水螺旋管路靠近外壳第一端的端部连接抽水管道，抽水管道穿过外壳第一端；所述外壳和回水螺旋管路之间填充导热部，所述回水螺旋管路和完井装置进水管道之间设有热交换完井装置隔热部。2.根据权利要求1所述的热交换完井装置，其特征在于：所述回水螺旋管路的横截面为梯形，所述完井装置进水管道和回水螺旋管路通过进水弯管和进水蜗壳连接，所述回水螺旋管路和抽水管道通过排水蜗壳和排水弯管连接。3.根据权利要求2所述的热交换完井装置，其特征在于：所述完井装置进水管道、进水弯管、进水蜗壳、抽水管道、排水蜗壳、排水弯管与回水螺旋管路的间隙处填充用于隔热的氧化钛粉末。4.根据权利要求1所述的热交换完井装置，其特征在于：所述回水螺旋管路和完井装置进水管道之间灌注有用于隔热的纳米微孔隔热材料。5.一种热交换完井开发方法，使用如权利要求1
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4任一项所述的热交换完井装置，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、根据前期大地热流、电磁等资料确定干热岩埋深及具体位置，设计出适合场地的施工方案，钻垂直井的方式至干热岩储层，形成主井眼；步骤2、在在干热岩主井眼内下入水力压裂装置，并使用滑溜水高浓度溶蚀剂和胶液高浓度溶蚀剂在干热岩储层中造出空腔及裂缝；步骤3、在空腔及裂缝中注入含有高导热材料的水泥浆；步骤4、分层下入井筒将井体与储层分离；步骤5、在主井眼中下入热交换完井装置至井底，并完成抽水管道、注水管道，将注水管道与完井装置进水管道对接安装，抽水管道和回水螺旋管路对接安装；步骤6、在抽水管道、注水管道和井筒之间注入保温隔热材料；步骤7、在井筒顶端，即井口处安装井口装置。6.根据权利要求5所述的热交换完井开发方法，其特征在于：在步骤2中，所述水力压裂装置为防冲蚀水力压裂喷射装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯波，柯尊嵩，许天福，赵宇辉，刘鑫，崔振鹏，刘曦遥，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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