一种多分支地热井系统及施工方法技术方案

一种多分支地热井系统，包括地上换热单元和地下换热单元，地下换热单元包括有地热井和换热管，换热管置于换热井内并与地上换热单元连通，地热井包括有主井和多个分支井，主井为直井，主井的内壁至少设置有一个固井套管且固定套管沿主井的长度方向延伸，主井的裸眼部分和/或固定套管上开设有多个倾斜向下设置的分支井，多个分支井和主井内设置有换热管，换热管与分支井和主井的接口处设有封堵层，换热管为重力热管或同轴套管。本发明专利技术通过共用主井，并在地热温度高的深层采用多分支结构，以此增大换热面积，提高单井采热量。提高单井采热量。提高单井采热量。

【技术实现步骤摘要】
一种多分支地热井系统及施工方法


[0001]本专利技术涉及地热能源开发利用
，具体涉及一种多分支地热井系统及施工方法。

技术介绍

[0002]地热能作为一种绿色低碳、可循环利用的可再生清洁能源，基本不受地理位置、气候和季节的影响，其具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，具有优化能源结构、节能减排和改善环境的重要作用。对于井下间接换热的技术方式，由于井下换热面不够大，井深度有限，使得单井取热量小，导致无法大范围内推广利用。因此，亟需开发一种单井取热效率更高、成本更低的干热岩地热取热技术，以解决上述问题。
[0003]为了提高井下间接换热的地热能利用效率和单井取热量，现有地热能利用传热强化的方式有用于EGS的压裂技术、用于间接换热的对流增速管技术和气流掺混换热技术等。但是目前这些技术投资成本高、技术难度大，均处于研发阶段，并没有大规模投入商业化运营。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种多分支地热井系统及施工方法，通过共用主井，并在地热温度高的深层采用多分支结构，以此增大换热面积，提高单井采热量。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种多分支地热井系统，包括地上换热单元和地下换热单元，所述地下换热单元包括有地热井和换热管，所述换热管置于所述换热井内并与所述地上换热单元连通，所述地热井包括有主井和多个分支井，所述主井为直井，所述主井的内壁至少设置有一个固井套管且所述固定套管沿所述主井的长度方向延伸，所述主井的裸眼部分和/或所述固定套管上开设有多个倾斜向下设置的所述分支井，多个所述分支井和所述主井内设置有所述换热管，所述换热管与所述分支井和所述主井的接口处设有封堵层，所述换热管为重力热管或同轴套管。
[0007]作为优选的，位于所述主井内的所述换热管和位于所述分支井内的所述换热管连通，且连通处设置有一分液器，所述分液器具有一分液区，所述分液区设置在位于所述主井内的所述换热管内，所述分液区还与位于所述分支井内的所述换热管连通。
[0008]作为优选的，所述分液器包括分液板和存液环，所述存液环设置在位于所述主井内的所述换热管的管壁上并与所述换热管的管壁围设形成分液区，所述分液板设置在所述分液区内且其一端固定在所述存液环的内侧壁上，另一端延伸至位于所述分支井的所述换热管内。
[0009]作为优选的，所述换热管为重力热管，所述存液环设置在位于所述主井内的所述重力热管的管壁上并与所述重力热管的管壁围设形成所述分液区。
[0010]作为优选的，所述换热管为同轴套管，所述同轴套管包括内管和外管，所述内管和
所述外管之间具有流动间隙，所述存液环设置在位于所述主井内的所述同轴套管的所述流动间隙内，所述存液环的一端贴附与所述内管的外侧壁设置，另一端固定在所述外管的内侧壁上并与所述外管的内侧壁围设形成所述分液区。
[0011]作为优选的，所述地上换热单元包括有冷凝器、热工质阀门、冷工质阀门，所述冷凝器上开设有热工质口、冷工质口、冷却水进口和冷却水出口，位于所述主井内的所述换热管分别通过管道与所述冷凝器的所述热工质口和所述冷工质口连通，且连通管道上分别设置有所述热工质阀门和冷工质阀门。
[0012]作为优选的，所述换热管为重力热管，所述冷凝器上还开设有抽真空口和冷凝水出口，所述抽真空口通过管道与一真空泵连通且连接管道上设置一真空阀，所述冷凝水出口连通的管道上设置有一冷凝水阀门。
[0013]作为优选的，多个所述分支井的井底间距大于50米，所述分支井内设置有所述固定套管，所述固定套管沿所述分支井的内壁设置且沿所述分支井的长度方向延伸。
[0014]同时，本专利技术还提供一种多分支地热井系统施工方法，用于制造如上任意一项所述的一种多分支地热井系统，步骤为：
[0015]S1、确定地热井的主井地面施工位置、分支井数及主井和各分支井的深度；
[0016]S2、在主井施工位置进行钻井，并根据地质情况至少进行使用一个固定套管固井；
[0017]S3、选择在主井的裸眼部分和/或固定套管上以裸眼形式和/或固井方式侧钻多个分支井；
[0018]S4、当分支井以裸眼形式完钻后，需先对该分支井下换热管并对接口处进行封堵，其后再钻取下一个分支井；当分支井以固井方式完钻后，可直接钻取下一个分支井，待其余分支井全部完钻后再一并下换热管并对接口处进行封堵；
[0019]S5、主井洗井，其后对主井下换热管，并将位于主井内的换热管与位于各个分支井内的换热管进行连接；
[0020]S6、将位于主井内的换热管通过管道与冷凝器的热工质口和冷工质口连通。
[0021]作为优选的，换热管采用重力热管时，主井和分支井在下管完成后需对换热管进行排水，关闭冷工质阀门，打开热工质阀门，打开真空阀，关闭冷凝水阀门，位于主井内的换热管与冷凝器连通后，真空泵将冷凝器内抽真空至绝对压力1～3KPa并保持，通入7℃冷却水，将换热管内的水蒸气冷凝为水，并开启冷凝水阀门排出水，以将换热管内的水全部排出。
[0022]与现有技术相比，本专利技术提供的一种多分支地热井系统通过共用主井，在地热温度高的深层采用多分支结构，大大增加了取热井深层地热的换热面积。通过在多分支地热井中下入超长重力热管或同轴套管，可以大幅提高取热井单井采热量，在工程造价提高0.5～1倍的前提下，实现3～5倍采热量的提升。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为地下换热单元的一种内部结构半剖面示意图；
[0025]图2为地下换热单元的另一种内部结构半剖面示意图；
[0026]图3为地上换热单元的结构示意图；
[0027]图4为分液器的结构示意图；
[0028]图5为分液器的内部结构示意图；
[0029]图6为存液环放置在重力热管内的俯视图；
[0030]图7为存液环放置在同轴套管内的俯视图。
[0031]附图中涉及的附图标记和组成部分说明：
[0032]1、主井；2、一开套管；3、二开套管；4、第一分支井；5、第二分支井；6、换热管主管；7、换热管支管一；8、换热管支管二；9、分液器；10、分液区；11、内管；12、外管；13、流动间隙；14、冷凝器；15、热工质阀门；16、冷工质阀门；17、热工质口；18、冷工质口；19、冷却水进口；20、冷却水出口；21、抽真空口；22、冷凝水出口；23、真空阀；24、冷凝水阀门；25、分支井固井套管；
[0033]901、分液板；902、存液环。
具体实施方式
[0034]下面将通过具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多分支地热井系统，包括地上换热单元和地下换热单元，所述地下换热单元包括有地热井和换热管，所述换热管置于所述换热井内并与所述地上换热单元连通，其特征在于：所述地热井包括有主井和多个分支井，所述主井为直井，所述主井的内壁至少设置有一个固井套管且所述固定套管沿所述主井的长度方向延伸，所述主井的裸眼部分和/或所述固定套管上开设有多个倾斜向下设置的所述分支井，多个所述分支井和所述主井内设置有所述换热管，所述换热管与所述分支井和所述主井的接口处设有封堵层，所述换热管为重力热管或同轴套管。2.根据权利要求1所述的一种多分支地热井系统，其特征在于：位于所述主井内的所述换热管和位于所述分支井内的所述换热管连通，且连通处设置有一分液器，所述分液器具有一分液区，所述分液区设置在位于所述主井内的所述换热管内，所述分液区还与位于所述分支井内的所述换热管连通。3.根据权利要求2所述的一种多分支地热井系统，其特征在于：所述分液器包括分液板和存液环，所述存液环设置在位于所述主井内的所述换热管的管壁上并与所述换热管的管壁围设形成分液区，所述分液板设置在所述分液区内且其一端固定在所述存液环的内侧壁上，另一端延伸至位于所述分支井的所述换热管内。4.根据权利要求3所述的一种多分支地热井系统，其特征在于：所述换热管为重力热管，所述存液环设置在位于所述主井内的所述重力热管的管壁上并与所述重力热管的管壁围设形成所述分液区。5.根据权利要求3所述的一种多分支地热井系统，其特征在于：所述换热管为同轴套管，所述同轴套管包括内管和外管，所述内管和所述外管之间具有流动间隙，所述存液环设置在位于所述主井内的所述同轴套管的所述流动间隙内，所述存液环的一端贴附与所述内管的外侧壁设置，另一端固定在所述外管的内侧壁上并与所述外管的内侧壁围设形成所述分液区。6.根据权利要求1所述的一种多分支地热井系统，其特征在于：所述地上换热单元包括有冷凝器、热工质阀门、冷工质阀门，所述冷凝器上开设有热工质口、冷工质口、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，王俊逸，鞠贵冬，蒋方明，黄文博，陈娟雯，
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：