中高温地热换热输出系统的建立方法以及中高温地热换热输出系统与流程

文档序号:12355314阅读:来源:国知局

技术特征:

1.中高温地热换热输出系统的建立方法,其特征在于,所述建立方法包括以下步骤:

Ⅰ、开展前期工作

遵循项目条件、热供给目标需求与自然条件、地质条件和可实现换热量之间相互匹配的原则,进行建立中高温地热换热输出系统的技术可行性分析,具体包括以下内容:

针对拟开发的中高温地热地质单元,首先开展可行性或预可行性地热资源勘查,获得对地热地质条件特征的认识,在此基础上,选择有利于热萃取的位置布置并开凿试验孔,并在试验孔内安装换热组件以建立单孔换热试验单元,然后进行所述单孔换热试验单元的换热量测定工作,通过换热量测定试验初步识别换热条件下热储对单孔换热试验单元的热供给能力以及单孔换热试验单元的热萃取能力,形成前期工作成果;

Ⅱ、开展设计工作

(1)设计中高温地热换热输出系统

依据前述前期工作成果、项目条件、自然条件设计中高温地热换热输出系统,所述中高温地热换热输出系统由与满足热供给目标需求的热供给设计规模对应数量的单孔换热单元联结构成,所述单孔换热单元包括换热孔和安装于所述换热孔中的换热组件;设计元素包括单孔换热单元中拟建实际换热孔的位置分布、数量、联结单孔换热单元构成换热输出系统的方案;

(2)设计实际单孔换热单元

根据步骤Ⅰ获得的地热地质条件特征和换热条件下热储对单孔换热试验单元热供给能力的识别以及对单孔换热试验单元热萃取能力的识别,以及步骤Ⅱ(1)的设计要求,设计实际单孔换热单元,设计元素包括实际单孔换热单元中拟建换热孔的种类、形式、口径、深度和钻孔结构以及拟设于换热孔中的换热组件的种类、型式和功能特征;

(3)设计监测系统

设计用于监测平行于热储构造走向方向的温度场变化的第一温度监测子系统,所述第一温度监测子系统包括设于各个换热孔内换热组件配套的温度感应器及与温度感应器相连的地面数据记录仪和数据分析处理器;

设计用于监测垂直于热储构造走向方向的温度场变化的第二温度监测子系统,所述第二温度监测子系统包括专门钻凿的若干监测孔及下置于监测孔中的温度传感器,以及与温度传感器相连的地面数据记录仪和数据分析处理器,设计内容还包括监测孔的位置分布、深度,以及孔内下置温度传感器的类型、下置方式、监测范围;

Ⅲ、建立单孔换热单元:

(1)确定实际单孔换热单元的钻孔施工工艺:

根据步骤Ⅱ(2)的实际单孔换热单元的设计,确定单孔换热单元的钻孔施工工艺,所述钻孔施工工艺所涉及的要素包括针对与拟建换热孔的种类、形式、口径、深度、钻孔结构、钻遇岩性以及与换热组件的安装要求相适配的钻探方法、具有防喷装置的钻井设备和泥浆控制系统的选择配置;

(2)开展单孔换热单元的施工:

对换热孔单孔,按照步骤Ⅲ(1)确定的钻孔施工工艺实施钻探,待钻探深度到设计位置,进行地球物理测井,然后安装换热组件,并安装第一温度监测子系统,之后开展实际换热量测试,获取实际换热量测试数据;

Ⅳ、组建换热输出系统:根据步骤Ⅲ(2)的实际换热量测试数据,对单孔换热单元的联结方案进行校核、修正和优化,然后联结单孔换热单元,组成换热输出系统;

Ⅴ、安装第二温度监测子系统:根据步骤Ⅲ(2)的实际换热量测试数据校核修正步骤Ⅱ(3)中第二温度监测子系统的设计方案,然后按照修正的第二温度监测子系统的设计方案对步骤Ⅳ所组建的换热输出系统开展监测孔的钻凿施工,并在监测孔内安装温度传感器及地面数据记录仪和数据分析处理器,用于联合第一温度监测子系统对换热输出系统运行时热储地质单元温度场的变化进行同步监测。

2.根据权利要求1所述的建立方法,其特征在于,步骤Ⅰ中,初步识别换热条件下热储的热供给能力和单孔换热单元热萃取能力的方法为:

针对中高温热储单元,选择有利于热萃取的位置,布置并钻凿若干试验孔,在各个试验孔内分别安装换热组件,分别由各个试验孔以及安装在孔内的换热组件组成多个单孔换热试验单元,通过对多个单孔换热试验单元开展换热量测定试验,初步识别在所述换热条件下中高温热储对单孔换热单元的热供给能力和单孔换热单元的热萃取能力。

3.根据权利要求1或2所述的建立方法,其特征在于,步骤Ⅰ中建立单孔换热试验单元时和步骤Ⅱ(2)中设计实际单孔换热单元时,根据换热条件下热储对单孔换热单元热供给能力的有限性和单孔换热试验单元热萃取能力的有限性并考虑钻孔施工成本的经济性来确定试验孔或换热孔的口径。

4.根据权利要求3所述的建立方法,其特征在于,步骤Ⅲ(2)中,换热孔钻探施工时,保持孔内环空外压力与地层压力间的平衡方式为近平衡或过平衡。

5.根据权利要求4所述的建立方法,其特征在于,所述换热孔进行钻探施工过程中,保持孔内环空外压力与地层压力近平衡或过平衡的具体实现方法是:向使用的泥浆中加入加重材料,所述加重材料为重晶石、石灰石、铁矿石或方铅矿石的粉末;或者,在自然条件允许的情况下,通过向钻孔内注入冷水以降低泥浆冲洗液的温度来实现。

6.根据权利要求3所述的建立方法,其特征在于,步骤Ⅲ(2)中,所述换热孔进行钻探施工的过程中,当循环排出的泥浆出口温度为40-60℃时,采用风扇强制冷却泥浆至40℃以下;当循环排出的泥浆出口温度>60℃时,采用冷却塔使泥浆降温至40℃以下。

7.根据权利要求3所述的建立方法,其特征在于,若步骤Ⅱ中所设计的换热组件采用套管式换热器,则步骤Ⅲ中在进行地球物理测井之后,安装套管式换热器,使用抗温抗压水泥固井,在钻探施工完毕后,清理孔底,安装换热组件的其它部件。

8.采用权利要求1-7任一所述的建立方法所建立的中高温地热换热输出系统,其特征在于,所述中高温地热换热输出系统由与满足热供给目标需求的热供给设计规模对应数量的单孔换热单元联结构成,所述单孔换热单元包括换热孔和安装于所述换热孔中的换热组件;所述换热孔的口径根据换热条件下热储对单孔换热单元热供给能力的有限性和单孔换热试验单元热萃取能力的有限性并考虑钻孔施工成本的经济性来确定。

9.根据权利要求8所述的中高温地热换热输出系统,其特征在于,所述的单孔换热单元在地表或近地表单独联结于主输送管或若干单孔换热单元按照热供给设计规模在地表或近地表以并联方式联结于主输送管,所述主输送管包括工质主输入管和工质主输出管,所述安装于单孔换热单元中的换热组件的输入、输出端口分别与工质主输入管、工质主输出管相连。

10.根据权利要求9所述的中高温地热换热输出系统,其特征在于,若干单孔换热单元按照热供给设计规模在地表或近地表以并联方式联结构成的中高温地热换热输出系统的工作原理是:将若干单孔换热单元所获取有限的、但是稳定的热萃取量经过该系统实现聚集累加,形成满足热供给目标需求的有效稳定的热输出量向用户端持续供给,所述有效稳定的热输出量小于或等于目标热储的热供给量。

11.根据权利要求8所述的中高温地热换热输出系统,其特征在于,所述中高温地热换热输出系统配置有用于监测平行于热储构造走向方向的温度场变化的第一温度监测子系统,以及用于监测垂直于热储构造走向方向的温度场变化的第二温度监测子系统,第一、二温度监测子系统共同实现对所述中高温地热换热输出系统运行时热储温度场变化的实时监测。

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