干熱巖（EGS）單井循環采熱裝置的制作方法

本實用新型屬于干熱巖(EGS)技術，尤其是涉及干熱巖（EGS）單井循環采熱裝置。

背景技術：

2013年1月，國家能源局、財政部、國土資源部、住房和城鄉建設部聯合發出《關于促進地熱能開發利用的指導意見》，要求“大力推進地熱能技術進步，積極培育地熱能開發利用市場，按照技術先進、環境友好、經濟可行的總體要求，全面促進地熱能資源的合理有效利用”。

2014年6月，國家能源局綜合司、國土資源部辦公廳發出《關于組織編制地熱能開發利用規劃的通知》，要求各地“近期地熱能開發利用規劃以淺層地溫能供暖（制冷）、中深層地熱能供暖及綜合利用為主，具備高溫地熱資源的地區可發展地熱能發電。遠期發展中溫地熱發電和干熱巖發電，并提高地熱綜合利用水平”。

常規地熱井，主要是從井中直接取出地下熱水向建筑物供暖。此技術簡單、實用、開發成本低，至今還在廣泛使用中。缺點是此種直取、直供、直排利用熱能的方式，造成極大的地下水資源和地熱能的浪費，還可造成城市地質災害。盡管有人主張以深采淺灌來維護此項技術在城市供熱中的應用，但一口生產井需打2-3口回灌井，增加了供熱企業的成本。同時，回灌井因地質問題，很難實現真正意義上的回灌，加之回灌成本高，因此，目前大多數供熱單位，均在回避回灌、違規經營。

利用熱裝置技術為建筑供暖，已在國際上風行了30年。上世界90年代傳入我國后，一度出現過突飛猛進的勢頭。2010年已取得世界第二的成績，最高年增長率達40%以上。隨后開始下降，目前年增長率只有27%。究其原因，主要存在以下問題：1 地源熱裝置換熱孔施工需要較大空間，在建筑密度大的區域無法大面積實施，難以規模化發展。2 淺層地溫能，溫度低、用水量多、消耗電力大。3 水源熱裝置對水質、水量、水溫有一定要求，利用淺層地溫水，其水質差、水量小、水溫低，熱裝置難以正常運轉。4 回灌困難，浪費嚴重。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種較低成本，高效節能，熱能利用率高，低碳環保提取利用地熱能的干熱巖（EGS）單井循環采熱裝置。

為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案：步驟1：依據供暖面積、地熱梯度，施工一定深度的兩徑直井一口，井徑和井深根據需熱量和地熱梯度計算確定。

步驟2：在兩徑直井內建立導出系統，安裝導出管（16、18），導出管外填充絕熱材料（15、17），導出管的長度和絕熱材料的用量根據地熱能的供需量與地熱梯度計算確定。

步驟3：向導出管內注入工質（依熱供需量計算），觀測工質溫度變化情況，計算單位時間內供熱效率，并將測量結果與需熱量對比，確定壓裂方案，技術參數根據地質數據計算。

步驟4：在導出管內建立換熱系統，安裝吸熱管（12、13）、技術管（8）、工質濾清裝置（10、11），管串外部填充蓄熱材料（14），技術管（8）內安裝座封器（9），工質濾清裝置（10、11）和吸熱管（12、13）的實際尺寸根據地熱能的供需量計算確定。

步驟5：在導出管內建立注入系統，安裝注入裝置（6）、注入管（7），上部與工質容腔（5）連接，下部與吸熱系統的管串連接。

步驟6：在導出管內建立排出系統，安裝排出管（3）、排出裝置（4），上部連接熱交換器（1）、工質軟化裝置（2），排出裝置與熱交換器的工作能力根據地熱能的供需量計算確定。

步驟7：向導出管內一次性注入所需換熱用的內部循環工質，注入量根據需熱量計算確定。

本實用新型由于采取了以上技術方案，其具有以下優點：1利用新型復井儲水，僅單井即可節約占地空間50％以上。2 井位選定靈活、不受地域及場地限制、易普及。3 綠色環保，無廢氣、廢液、廢渣排放。4 水質、水量、水溫有保證，利于熱裝置正常工作。5 取水方便，城市自來水、劣質水改造后均可利用。6 水介質反復循環利用，可保護節約城市地下水資源。7 水源穩定、水溫可調、熱能利用率高，高效節能。8 無易燃、易爆裝置，使用安全。9 系統使用壽命長。地下及地面管材，耐腐蝕、耐高溫、耐高壓，使用年限可達70年以上。10 井徑相對較小，又經固井施工，水泥固結，地下無運動設備，不會造成地層垮塌，不會影響地面建筑及城市設施安全。11建井技術成熟、成本低、效率高。目前社會上大量閑置著2000m-4000m石油鉆機及優秀鉆井施工隊伍，施工設備及人員易于組織，優質石油管材大量積壓，價格日趨下降。12 供熱系統易控制、易操作、易維護、易管理，占用人力少、后期維護費用低。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖

圖中（1）熱交換器、（2）工質軟化裝置、（3）排出管、（4）排出裝置、（5）工質容腔、（6）注入裝置、（7）注入管、（8）技術管、（9）座封器、（10、11)工質濾清裝置、(12、13)吸熱管、(14)蓄熱材料、（15、17）絕熱材料、（16、18)導出管。

具體實施方式

1、根據前期地質勘查，選取合適的干熱巖熱儲層位置，選定井位，依據需熱量、地熱梯度，施工一定深度兩徑直井一口。

2、對準熱儲層位置，安裝導出管（16、18）管串，在管串外填充絕熱材料（15、17）建成導出系統。

3、在導出管內注入若干工質（依熱供需量計算），觀測工質溫度變化，計算干熱巖井段單位時間內供熱量，并將測量結果與單位時間內需熱量對比，確定壓裂方案，技術參數依地質數據計算。

4、安裝吸熱管（12、13）、工質濾清裝置（10、11）、技術管（8），管串外填充蓄熱材料（14）至設計井深位置。在技術管（8）中安裝座封器（9）。

5、安裝注入裝置（6）、注入管（7），管下端加座封器（9），注入管（7）上端與地面熱能利用設備以及工質容腔（5）對接。

6、安裝排出裝置（4）、排出管（3），與熱交換器（1）和工質軟化裝置（2）對接。

7、在導出管內一次性注入系統所需要的循環工質。

8、開動排出裝置（4），排出系統開始工作，通過熱交換器（1）工質在熱能利用設備中循環，回流至工質容腔（5），由注入裝置注入換熱系統。在換熱系統內與干熱巖熱儲層中的熱能進行能量交換，吸收足夠熱能后再次進入導出系統進行下一個循環。

本實用新型的應用實例：干熱巖供暖

河南省鄭州市某住宅區干熱巖供暖項目。本項目總供暖面積40000㎡。

雙徑直井一口，技術特點：通過在井孔內建立導出系統、換熱系統、注入系統、排出系統將干熱巖熱能導出。各系統共同構成一個密閉的循環系統。

效益計算：（1）與燃煤鍋爐比較，替代標準使用煤：113.67噸/萬平方米/采暖季

（2）減少二氧化碳排放量：283.71噸/萬平方米/采暖季

（3）減少二氧化硫排放量：2.71噸/萬平方米/采暖季

應用此技術節約占地空間、節約水資源、降低成本、熱能利用率高、綠色環保、無廢氣、廢液、廢渣排放、社會效益顯著。