一种单井增强型地热冷热电联供系统及方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术同时还公开了一种单井增强型地热冷热电联供方法。本发明专利技术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。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种单井增强型地热冷热电联供系统及方法


[0001]本专利技术涉及地热开发利用
，具体涉及一种单井增强型地热冷热电联供系统及方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。r/>[0004]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。

技术实现思路

[0005]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，本专利技术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。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]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；
[0008]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。
[0009]作为本专利技术的一种改进，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；
[0010]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。
[0011]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：
[0012]从保温管出来的高温高压的超临界二氧化碳进入膨胀机做功，带动发电机发电，膨胀机的二氧化碳乏汽进入供热换热器，为用户提供热量，然后进入喷射器，引射蒸发器中的纯水进行制冷，引射混合后的二氧化碳与水的混合物进入增压泵，其中，水箱为制冷系统补充纯水，二氧化碳补充阀为循环系统补充二氧化碳；
[0013]经增压泵增压的二氧化碳与水的混合物进入井管外壁与保温管形成的环空内，依靠上封隔器的导流作用经过上筛管进入压裂岩体吸收岩体的热量，变成高温高压的超临界二氧化碳，然后依靠下封隔器的导流作用经过下筛管进入保温管，实现循环。
[0014]作为本专利技术的一种改进，经增压泵增压的二氧化碳与水的混合物在压裂岩体内会发生反应生成碳酸盐，有助于压裂岩体裂隙的重建，还能实现一定的二氧化碳封存。
[0015]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0016](1)通过对单井底部小体积的致密岩体进行压裂，利用二氧化碳与压裂岩体进行直接接触换热，降低了投资成本，提高了传热效率。
[0017](2)将发电、供暖后的二氧化碳引射纯水混合后进入压裂岩体，利用二氧化碳与纯水在压裂岩体的化学反应，可以有效改善裂隙通道，并实现二氧化碳封存。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的单井增强型地热冷热电联供系统的原理图。
[0019]附图标记说明：1
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膨胀机；2
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发电机；3
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供热换热器；4
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喷射器；5
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蒸发器；6
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水箱；7
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二氧化碳补充阀；8
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增压泵；9
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致密岩体；10
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井管外壁；11
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保温管；12
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上筛管；13
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上封隔器；14
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压裂岩体；15
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下封隔器；16
‑
下筛管。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0021]实施例
[0022]如图1所示，一种单井增强型地热冷热电联供系统，采用二氧化碳作为循环工质提取地热能，主要包括膨胀机1、发电机2、供热换热器3、喷射器4、蒸发器5、水箱6、二氧化碳补充阀7、增压泵8、致密岩体9、井管外壁10，保温管11、上筛管12、上封隔器13、压裂岩体14、下封隔器15、下筛管16、以及配套的连接管道、阀门及控制装置。
[0023]金属井管深入岩石层形成地热井，保温管11设置在井管外壁10内部，对地热井底
部小体积致密岩体9进行压裂，形成压裂岩体14，压裂岩体14的上部与井管外壁10接触的位置是上筛管12，井管外壁10与保温管11形成的环空内，且位于上筛管12下部设置上封隔器13，压裂岩体14的下部与井管外壁10接触的位置是下筛管16，井管外壁10与保温管11形成的环空内，且位于下筛管16上部设置下封隔器15。
[0024]冷热电联供系统设置在地面，保温管11的出口经管道与膨胀机1的蒸汽进口相连，膨胀机1与发电机2同轴连接，膨胀机1的乏汽出口经供热换热器3后与喷射器4的工作流体进口相连，水箱6的出口经蒸发器5后与喷射器4的引射流体进口相连，喷射器4的出口与二氧化碳补充阀7合并后经增压泵8与井管外壁10和保温管11形成的环空相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单井增强型地热冷热电联供系统，其特征在于：包括膨胀机(1)、发电机(2)、供热换热器(3)、喷射器(4)、蒸发器(5)、水箱(6)、二氧化碳补充阀(7)、增压泵(8)和地热井；膨胀机(1)的乏汽出口经供热换热器(3)后与喷射器(4)的工作流体进口相连，水箱(6)的出口经蒸发器(5)后与喷射器(4)的引射流体进口相连，喷射器(4)的出口与二氧化碳补充阀(7)合并后经增压泵(8)与地热井的入口相连，地热井的出口与膨胀机(1)的蒸汽进口相连，膨胀机(1)与发电机(2)同轴连接，驱动发电机(2)发电。2.根据权利要求1所述的一种单井增强型地热冷热电联供系统，其特征在于：所述地热井包括依次贯穿致密岩体(9)和压裂岩体(14)的井管外壁(10)，井管外壁(10)内部设有连通井口与井底的保温管(11)，保温管(11)与井管外壁(10)之间形成的环空通过管道与增压泵(8)相连，保温管(10)通过管道与膨胀机(1)相连；压裂岩体(14)的上部与井管外壁(10)接触的位置设有上筛管(12)，井管外壁(10)与保温管(11)形成的环空内，且位于上筛管(12)下部设有上封隔器(13)；压裂岩体(14)的下部与井管外壁(10)接触的位置设有下筛管(16)，井管外...

【专利技术属性】
技术研发人员：王令宝，郭志鹏，卜宪标，李华山，龚宇烈，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：