專利名稱：地熱區深層和非地熱區超深層地熱能源的開采利用方法
技術領域：
本發明屬于地熱能開采利用技術領域。
目前開采利用地熱能源技術，主要局限于地熱井深在3500米范圍內的開采利用自然淺地熱能技術，即在已探明的淺地熱區內的淺地熱水層或汽水層有限區域范圍內開采利用。本發明開采利用深層和超深層地熱能源的方法，適用于地球地熱區及非地熱區。
現有淺地熱能源開采利用的主要缺陷在于依靠自噴能量所采至地面井口后的地熱水及水蒸氣的地熱能量溫度、壓力、噴水汽量等普遍偏低，一般在40～150℃以內。大多數地熱區很難達到最低限的地熱發電溫度150℃及噴射壓力達5Mpa以上能量要求。所以傳統自然淺地熱發電功率一直很小，僅達到2～10萬kW水平。同時，隨著自然淺地熱區開采年限的延長，往往會造成淺地熱水、汽層的自噴水汽量、壓力、水位遞減，并且會出現地面補充地下熱水層水量困難和地面沉降等不利情況。
另外，有很多地熱區的淺地熱水和水蒸氣中，往往含有一些有害的化學成分，如硫化氫、氦等。必定會嚴重腐蝕地熱井管、采熱井口設備和發電汽輪機葉片等經濟安全的使用壽命，甚至出現泄露時也會造成生態環境污染。
本發明的目的，是針對已有淺地熱開采利用技術的不足之處，發明一種通過鉆地熱區深層和非地熱區超深層地熱井獲取高溫地熱能源，并用于發電、換熱產生純凈生活熱水及供熱采暖的一種新方法。
本發明的目的可以通過以下措施來達到1.在地熱區或非地熱區鉆的深地熱井或超深地熱水平井在無工業開采利用價值的低、中溫地熱區或非地熱區打一口深地熱井及超深地熱水平井，使地面同地下深層與超深層地熱場建立起一個采熱利用通道。該井身結構是在井身的最外層有表層套管，其內有深層套管，再往內層還有傳熱生產套管，在井底水平傳熱井段內的傳熱生產套管內，有地熱發電冷凝總回水高壓注水井管及井下輸出高溫高壓蒸汽絕熱保溫井管，以及與兩井管進出口相聯接的井下螺旋管式熱平衡能量換熱器。為同時地熱發電及供熱采暖；在超深地熱水平井內，還同井筒下有一套直井段深層開采地熱采暖水管柱。其結構是在傳熱生產套管內，有地熱采暖總回水中壓注水井管及井內輸出中溫中壓地熱水絕熱保溫井管，以及與兩井管進出口相聯接的井下直管式熱平衡能量換熱器。且防腐抗內壓安全傳熱介質油充滿中部直井段至井底。在井身上部，有表層鉆井導管和承托采熱井口房的地面加厚鋼筋混凝土澆注基礎。在超深地熱水平井口處的上部；置有共用采熱井口裝置于采熱井口房內部，在采熱井口房的上部，還裝有測井井架及直井段測井防噴管、水平預熱井段測井防噴管。
2.在地面設有地熱能發電站(1)在超深地熱水平井的地上，由市政電網外輸入電能至市政外來輸入電源變壓器內，再把電能輸入到地熱站廠房的外來輸入電源配電柜系統內，通過站內地下電纜，把市政輸入首次啟動電能，分配到高壓注水機泵站系統，通過高壓電機泵從發電冷凝總回水儲備澄清罐內吸入發電冷凝總回水增壓后，把地熱發電冷凝總回水高壓注水井管內的換熱冷凝水注入超深層井下水平井段地熱場內，通過井下螺旋管式熱平衡能量換熱器的超深層地熱能換熱成高溫高壓蒸汽后，再沿著井下輸出高溫高壓蒸汽絕熱保溫井管來開采地熱發電能至地面。再直接進入共用采熱井口裝置的初步穩流控制，輸入到地面高溫高壓脫水穩壓器系統內，進行高溫高壓蒸汽脫水及再穩壓控制后，最后輸入至地熱發電廠房內的汽輪發電機組內，實現超深層地熱能超大功率發電。所發出電能先經過外輸出總配電系統配電后，先輸入到地熱發電站廠房外面的外輸出升壓變壓器升高電壓，再向全聯合站供電供熱用戶區、站內自用電網及市政外電網供電，站內自用電網供電，先由自備電源一次降壓變壓器降壓后，再輸入到自備電源二次降壓變壓器再變低壓電后，把自發地熱電能輸入到地熱站廠房內的自備電源總配電柜系統內，可實現外、內電源自動快速切換。最終達到利用地熱自發電能維護全聯合站發電供熱總運行；(2)發電后余熱蒸汽，首先輸入到發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統兼外輸供純凈生活熱水換熱塔罐系統內進行初次冷凝，此后，再輸入到增容熱水儲備罐內，對罐儲增容采暖熱水進行再增熱加溫后，實現二次冷凝，二次冷凝水再輸入到地熱站清水儲備罐內，實現冬季儲水防凍保溫的作用，這時的發電余熱蒸汽工質已完全冷凝成中溫熱水，再沿返回管道輸入到發電冷凝總回水水質優化處理系統內，進行冷凝后循環發電水質的總沉淀、粗過濾清排雜質、補充清水、再精細過濾清排細雜質、防腐除水垢加藥劑、汽水分離、水質除氧等全密閉化水質優化處理，以實現地熱發電冷凝總回水的重復循環利用；(3)在超深地熱水平井的地上，還有發電冷凝總回水的清水補充裝置主要是通過由市政外來輸入清水源管道，向發電冷凝用清水儲備罐輸供儲備純凈清水，或由外輸入清水源泵站系統，向發電冷凝用清水儲備罐泵輸供清水。最后通過發電冷凝疏水泵站系統，從發電冷凝用清水儲備罐內吸入純凈清水，增壓后在向地熱發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統的泵輸供清水管道上，引接出一分支輸供清水管道，把純凈清水輸入至發電冷凝總回水水質優化處理系統內的精細過濾罐內，實現定期自動調水位水量來補充發電循環水不夠的需要；(4)在超深地熱水平井的地上，還置有地熱發電站與地熱站共用的全聯合站防腐除水垢加藥劑工藝裝置。主要由防腐除水垢加藥泵房系統，利用泵輸送藥劑管道，定期向發電冷凝總回水水質優化處理系統內的加藥反應罐加藥化學反應。以保證防止地熱開采井管、采熱井口設備及汽輪機葉片的腐蝕積水垢；(5)地熱發電站的清排雜質污水，通過全聯合站總排污井向市政總排污管道外排走。地熱發電站的監測控安全運行與維護檢修管理，由置于發電廠房內的地熱發電站中央計算機總控制室，實現自動監測控安全運行管理及地熱站廠房內的全聯合站總維護檢修車間來完成維護與檢修工作；(6)為確保地熱發電站不停電檢修，另置有二套備用地熱發電站設施系統，由二套地熱發電站輸入發電蒸汽工質總接口管道同地熱井相聯接。
3.發電余熱蒸汽冷凝時換熱產生純凈生活熱水的外輸它主要通過發電冷凝疏水泵站系統，向發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統兼外輸供純凈生活熱水換熱塔罐系統，泵注儲滿純凈清水，通過發電余熱蒸汽在塔罐內與儲備純凈清水換熱后，直接產生純凈生活熱，利用高架塔罐的水位高差，向全聯合站供電供熱用戶區廣大用戶，常年輸供給純凈生活熱水的需要。
4.利用超深地熱水平井同下雙套采熱管柱，來實現深層地熱采暖在超深地熱水平井的地上，與地熱發電站平行布局建有地熱站系統。首先由自備電源一次變壓器對自發高壓電能變壓后，輸入到自備電源二次變壓器進行自發電能的二次降壓變壓，再直接輸入至地熱站廠房內的自備電源總配電柜系統內，對全聯合站自用電能統一分配。通過地電纜聯接，把自用啟動地熱站運行電能，輸入到中壓注水機泵站內使電機泵運轉，從而使電機泵在采暖總回水儲備澄清罐內吸入地熱采暖總回水，在電機泵中壓增壓后，沿著地熱采暖總回水中壓注水井管，把地熱采暖總回水注入井下中部直井段地熱場內，通過井下直管式熱平衡能量換熱器的地熱能量置換成中溫中壓地熱水后，再沿著井下輸出中溫中壓地熱水絕熱保溫井管，采出地熱采暖水能量至地面。直接進入共用采熱井口裝置的初步穩流控制。再把地熱采暖水輸入到增容熱水儲備罐內儲備起來，另一支分輸地熱采暖水管道，輸入到外輸采暖水減穩壓罐控制系統內進行減穩壓控制。再直接把地熱采暖水輸送給全聯合站供電供熱用戶區廣大用戶冬季供熱采暖。在地熱站廠房內，另置有地熱站中央計算機總控制室，實行自動化監測控供熱采暖安全運行管理控制。還設有全聯合站總運行維護檢修車間，達到隨時對地熱站的運行維護與檢修保證。地熱站還置有與共用采熱井口裝置相聯接的增容熱水儲備罐，起到增容儲備供熱采暖水應用。相鄰還設有地熱站清水儲備罐來儲備地熱采暖用補充清水。在增容熱水儲備罐相聯接的還有地熱站熱增容泵房系統，來保證全聯合站供電供熱用戶區的擴大采暖用戶所用。在地熱站還設置全聯合站共用防腐除水垢加藥泵房系統，也擔負地熱站水質優化處理所需的定期加藥功能。地熱站另置有供熱采暖總回水水質優化處理系統，與其相鄰的還有供熱采暖總回水儲備澄清罐，擔負著向中壓注水機泵站輸供優化處理后的儲備供熱采暖總回水的供水作用。
本發明的目的還可以通過以下措施來達到超深層地熱發電站與地熱站所用絕熱保溫的井下井管、地面供輸熱管道、塔罐、儲罐等系統，均采用高效絕熱材質及優化絕熱保溫技術處理。
本發明的全套工藝技術方法，也完全適用于5000m以內的自然淺地熱區，并有增溫開采地熱能源效果。
本發明與已有技術相比具有以下優點1.本發明開采利用的深層與超深層地熱能量溫度高，可達150～350℃以上，自噴射流壓力能量大，可達10～30Mpa以上，采熱效率高于80％，地熱發電功率可達10～80萬KW以上2.本發明采用純凈清潔水作為深層與超深層地熱能的置換能量循環介質，可實現全密閉循環采熱無污染、無腐蝕的綠色能源效果；3.一口超深地熱水平井可同時下兩套雙管采熱管柱結構，可同時實現地熱發電、同步換熱產生純凈生活熱水及供熱采暖的技術效果。
本發明的
如下圖1為非地熱區超深層地熱發電站及地熱站工藝流程簡圖；圖2為超深地熱水平井結構簡圖。
以下結合附圖對本發明作進一步詳述超深層地熱發電站由自備電源二次降壓變壓器18、外來輸入電源變壓器19、自備電源總配電系統20、外來輸入電源配電系統21、地熱電聯合站總運行維護檢修車間22、地熱電聯合站防腐除水垢加藥泵房系統30、地熱電聯合站供電供熱用戶區32、總排污井33、發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統34、發電冷凝總回水水質處理系統35、發電冷凝總回水儲備澄清罐36、發電冷凝用清水儲備罐37、高溫高壓蒸汽脫水穩壓器系統38、外輸入清水源泵站系統39、高壓注水機泵站系統40、發電冷凝疏水泵站系統41、地熱發電站中央計算機總控制室42、汽輪發電機組43、自備電源外輸出總配電系統44、自備電源外輸出升壓變壓器45、自備電源一次降壓變壓器46、二套地熱發電站輸入發電蒸汽工質總接口管道47、外來輸入清水源管道48等組成。
超深層地熱發電站的發供電方法1.首次起動地熱發電站用市政外電源輸入、變配電、供電(1)市政外電源輸入啟動電能由市政外輸入電網線路進站，向超深層地熱發電站提供首次啟動運轉電能；(2)外電源降壓變電由市政外來輸入電源變壓器19來完成市政外電源降電壓變電；(3)外電源配電、供電由市政外來輸入電源配電柜系統21，來完成外電源配電、供電。2.自備內電源輸入、變配電、供電(1)自備內電源電網輸入自發地熱電能由地熱發電站內電網線路，向地熱發電站提供內電源生產運行電能；(2)自備電源降壓變電由自備電源一次降壓變壓器46、自備電源二次降壓變壓器18來完成自備內電源降壓變電；(3)自備內電源配電、供電及與市政外輸入電源自動切換由自備電源總配電柜系統20，來完成自備內電源配電及供電。并同時由自備電源總配電柜系統20的自動切換電源開關，可實現快速切換掉市政外電源供電；(4)自備內電源向供電供熱用戶區供電向全聯合站供電供熱用戶區32供民用電，也由自備電源總配電柜系統20來實現自供民用電(5)地熱發電站向市政外電網外輸供電超深層地熱發電站向市政外電網外輸供電，由外輸出升壓變壓器45來完成向市政外電網并網輸供電；(6)自備內電源向發電冷凝疏水泵站、市政外輸入清水源泵站、熱增容泵站、地熱采暖水中壓注水機泵站、防腐除水垢加藥泵房等配電、供電向發電冷凝疏水泵站41、市政外輸入清水源泵站39、熱增容泵站28、地熱采暖總回水中壓注水機泵站24、防腐除水垢加藥泵房30等系統配電、供電；也由自備電源總配電柜系統20，來完成合理分配自供電。3.向超深地熱水平井注入換熱冷水工質、水平地熱場內地熱能置換、輸出井內高溫高壓蒸汽工質及脫水穩壓處理(1)向超深地熱水平井注入換熱冷水工質由高壓注水機泵站系統40，從發電冷凝總回水儲備澄清罐36吸入發電冷凝總回水增壓后，通過共用采熱井口裝置12注入水量控制，并利用地熱發電冷凝總回水高壓注水井管10，達到向井內水平井段地熱場換熱發電用冷水變高溫蒸汽工質；(2)超深水平井段地熱場內的地熱能量置換通過相聯通的井下螺旋管式熱平衡能量換熱器4，達到對地面注入發電冷凝總回水工質的超深層地熱能量置換成高溫蒸汽；(3)輸出井內高溫高壓蒸汽工質及脫水穩壓處理由在井底與井下螺旋管式熱平衡能量換熱器4相聯接的井下輸出高溫高壓蒸汽保溫井管11，向地面輸出井內高溫高壓蒸汽工質，并經過地面共用采熱井口裝置12的輸出蒸汽節流控制，進入地面高溫高壓蒸汽脫水穩壓器系統38進行脫水穩壓控制處理，可使汽輪機得到穩定恒流干式蒸汽工質。4.汽輪機發電、中央計算機監測控安全運行管理、維護與檢修(1)汽輪機發電從高溫高壓蒸汽脫水穩壓器系統38處理后所得到的穩定、恒流、高溫高壓干式蒸汽工質，直接輸入到地面汽輪發電機組43內，達到超大功率地熱發電；(2)地熱發電站中央計算機監測控安全運行管理為保證汽輪發電機組43及地面高壓注水機泵站40等方面的自動化安全運行管理。由地熱發電站中央計算機總控制室42，來實現地熱發電站自動監測控安全運行發電管理；(3)地熱發電站安全運行維護與檢修超深層地熱發電站安全運行維護與檢修，由全聯合站總運行維護檢修車間22來完成。當實施年度停機檢修時，先開啟二套地熱發電站輸入發電蒸汽工質總接口管道系統47，待在二套地熱發電站系統正常發出電能后，關閉一套汽輪發電機組43后，實施年度檢修。
超深層地熱發電站冷凝換熱產生純凈生活熱水方法1.市政外來輸入清水源儲供水、發電冷凝疏水儲供水(1)市政外來輸入清水源儲供水首先由市政外來輸入清水源管道48，自壓向發電冷凝用清水儲備罐37儲滿儲備清水。如來水壓力低時，可通過外輸入清水源泵站系統39，向發電冷凝用清水儲備罐37泵滿清水。同時，還保證向地熱站清水儲備罐25泵輸供水；(2)發電冷凝疏水儲供水地熱發電站余熱蒸汽冷凝用清水及冷凝換熱產生純凈生活熱水用的清水儲供水，由冷凝疏水泵站系統41，向發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統兼外輸供純凈生活熱水換熱塔罐系統泵滿儲供清水，作為初次冷凝發電余熱蒸汽及同時換熱產生純凈生活熱水的純凈清水儲供水。2.地熱發電站余熱蒸汽初次冷凝兼同時換熱產生純凈生活熱水，二次冷凝、三次冷凝成中溫熱水(1)地熱發電站余熱蒸汽初次冷凝兼同時換熱產生純凈生活熱水、外輸供純凈生活熱水當汽輪發電機組43發電后輸出的高溫高壓余熱蒸汽，自壓輸入發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統兼外輸供純凈生活熱水換熱塔罐系統34內，可實現發電余熱蒸汽的初次冷凝，即同時換熱產生大量純凈生活熱水，利用百米高架水位壓差，向全聯合站供電供熱用戶區32常年供應純凈生活熱水；(2)發電余熱蒸汽二次冷凝發電余熱蒸汽經初次冷凝后，水蒸汽溫度還相當高，可達250～300℃，還需要二次冷凝降溫。由發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統34輸出的余熱蒸汽，再沿著冷凝輸汽水管道，輸入到地熱站的增容熱水儲備罐26內，利用罐內的增容儲備中溫(90～100℃)熱水進行發電余熱蒸汽二次冷凝，同時達到對增容儲備熱水的再次預熱增加保溫作用效果；(3)發電余熱蒸汽三次冷凝從增容熱水儲備罐26輸出的余熱蒸汽水，溫度降至90～100℃，還需用三次冷凝降溫。由通過地熱站清水儲備罐25內儲備清水，再進行三次冷凝降溫，即可達到60～80℃的發電冷凝總回水，再輸入到發電冷凝總回水水質優化處理系統35內處理后，至重復循環發電使用。3.地熱發電站輔助發電運行工藝處理方法(1)發電冷凝總回水水質優化處理方法從地熱站清水儲備罐25內返回的發電冷凝總回水，輸入到發電冷凝總回水水質優化處理系統35內，進行水質總沉淀、粗過濾清排雜質、補充清水、再精細過濾清排細雜質、防腐除水垢加藥劑、汽水分離、水質除氧等密閉循環處理后，達到優化處理水質效果；(2)補充發電冷凝總回水缺水補供水由冷凝疏水泵站41，從發電冷凝用清水儲備罐37吸入純凈清水，泵入發電冷凝總回水水質優化處理系統35的精細過濾罐內，達到及時補充發電循環水缺水需要；(3)發電冷凝總回水加防腐除水垢藥劑由全聯合站防腐除水垢加藥泵房系統30，定期把防腐除水垢藥劑輸入到發電冷凝總回水水質優化處理系統35內的加藥罐進行化學反應；(4)增加超深地熱水平井地熱場能量置換速度方法主要通過打井時延長井底水平預熱井段長度及加深打超深井的方法，另外運用地面注入水的泵后增溫預熱辦法等提高地熱能量置換速度。
在地面設的深層地熱站由地熱站中央計算機總控制室23、中壓注水機泵站24、地熱站清水儲備罐25、地熱站增容熱水儲備罐26、采暖總回水儲備澄清罐27、地熱站熱增容泵房系統28、供熱采暖總回水水質優化處理系統29、外輸采暖水減、穩壓罐控制系統31等組成。
深層地熱站的供熱采暖方法1.向超深地熱水平井注入換熱用采暖總回水工質、地熱場內地熱能量置換、輸出井內中溫中壓地熱水及外輸供減穩壓控制(1)向超深地熱水平井注入換熱用采暖總回水工質由自備電源總配電柜系統20，向中壓注水機泵站24提供首次啟動地熱站運轉電能，通過中壓電機泵吸入來自地熱采暖總回水儲備澄清罐27內的經優化處理后的地熱采暖總回水增壓后，經過共用采熱井口裝置12的注入水控制壓力、排量，并利用地熱采暖總回水中壓注水井管9，達到向井內直井段地熱場注入換熱冷水工質；(2)深層直井段地熱場內的地熱能量置換通過相互聯通的井下直管式熱平衡能量換熱器6，達到對地面注入地熱采暖總回水工質的深地熱能量置換；(3)輸出井內中溫中壓地熱水工質及外輸供減、穩壓控制處理由在井底與井下直管式熱平衡能量換熱器6相聯接的井下輸出中溫中壓地熱水絕熱保溫井管17，向地面輸出中溫中壓地熱采暖水工質。并經過地面共用采熱井口裝置12的出熱水節流控制，輸入到地熱采暖水外輸供減、穩壓罐控制系統31內，進行再減壓、穩壓、恒流控制。2.地熱站向供電供熱用戶區供熱采暖、中央計算機監測控安全運行管理、維護與檢修(1)向供電供熱用戶區供熱采暖從地熱采暖水外輸供減、穩壓罐控制系統31輸來的地熱采暖水；經主干線供熱管道向全聯合站供電供熱用戶區32內的廣大用戶，冬季供熱采暖所用；(2)地熱站中央計算機監測控安全運行管理為保證地熱采暖水外輸供減、穩壓罐控制系統31及地面中壓注水機泵站24、熱增容泵站28等系統的自動化安全運行管理，由地熱站中央計算機總控制室23實現地熱供熱采暖的自動監測控安全運行管理；(3)地熱站的安全運行維護與檢修深層地熱站的安全運行維護與檢修，也由全聯合站總運行維護檢修車間22來完成。3.地熱站擴大采暖用戶的擴增容供熱采暖方法(1)擴增容儲備供熱采暖熱水由共用采熱井口裝置12輸出的供熱采暖管道上，接出一分支供熱采暖管道至增容熱水儲備罐26上部，預先儲備滿地熱采暖水，并由地熱發電二次冷凝循環換熱系統，達到對增容熱水儲備罐26的預熱增溫作用；(2)向供電供熱用戶區新增用戶擴增容供熱采暖由熱增容泵房系統28，把來自增容熱水儲備罐26內的增容地熱水，直接也輸向外輸供采暖水減、穩壓罐控制系統31內來同步減、穩壓控制，最后達到向全聯合站供電供熱用戶區32內的新增用戶，不斷擴增容的供熱采暖。4.地熱站輔助供熱采暖工藝方法(1)地熱采暖總回水水質優化處理由全聯合站供電供熱用戶區32返回的地熱采暖總回水，自壓輸入到地熱采暖總回水水質優化處理系統29內，主要經過總沉淀、粗過濾清排雜質、補充清水、再精細過濾清排細雜質、加防腐除水垢藥劑、汽水分離、水質除氧等優化處理后，再輸向地熱采暖總回水儲備澄清罐27內，達到反復循環供熱采暖使用；(2)地熱采暖總回水循環不夠時的補充清水來源由地熱站清水儲備罐25滿水位時，向地熱采暖水水質優化處理系統29內的精細過濾罐補充所需清水；(3)向地熱采暖總循環水內加防腐除水垢藥劑由全聯合站防腐除水垢加藥泵房系統30，來定期向地熱采暖總回水水質優化處理系統29內的加藥罐加藥化學反應；(4)全聯合站統一排污由全聯合站共用總排污井33，把清排雜質污水向市政外排總下水道排污。
實施例1選在非地熱區現有60萬KW燃煤火力熱電站，為接替超深層地熱發電站對接及新建地熱站站址；用特超大型鉆機鉆成一口大直徑超深地熱水平井，鉆至井深1.8萬m，井底水平預熱井段延長鉆至2000m。可自然獲取非地熱區超深層干熱巖地熱場溫度540℃，井下全程輸出溫降損失120℃以內，采至井口剩余地熱能量溫度達420℃以上。井口高壓注入水壓力20Mpa，使自噴采出井口高溫高壓蒸汽壓力能量大于21Mpa以上并有井下熱膨脹壓力附加。另可在直井段地熱場內獲得地熱采暖水蒸汽300℃以上，井下全程輸出地熱水蒸汽溫降損失100℃以內，采至井口剩余地熱能量溫度達200℃以上。井口中壓注水壓力10Mpa，可使自噴采出井口中溫中壓地熱水蒸汽壓力能量大于11Mpa以上并有井下熱膨脹壓力附加。每天地熱發電所自噴出高溫高壓蒸汽能量達80萬m3，每天地熱供熱采暖所自噴出中溫中壓地熱水蒸汽能量達32萬m3，每天換熱產生純凈生活熱水量達18萬m3。地熱發電可獲得60萬KW以上大功率發電量，地熱供熱采暖可多用戶供應16萬戶居民區采暖。換熱產生純凈生活熱水可供應16萬戶居民常年使用生活熱水。
實施例2選在淺地熱區內現有60萬KW燃煤火力熱電站，為接替超深層地熱發電站對接和新建地熱站站址；用特超大型鉆機鉆成一口大直徑超深地熱水平井，鉆至井深1.5萬m，井底水平預熱井段仍延長鉆至2000m。可自然獲取淺地熱區超深層地熱場溫度800℃，井下全部輸出溫降損失120℃以內，采至井口剩余地熱能量溫度達780℃以上。井口高壓注入水壓力20Mpa，使自噴采出井口高溫高壓蒸汽壓力能量大于21Mpa以上并有井下熱膨脹壓力附加。另可在直井段地熱場內獲得地熱采暖水蒸汽溫度660℃，井下全程輸出地熱水蒸汽溫降損失100℃以內，采至井口剩余地熱能量溫度520℃以上。地面井口中壓注水壓力10Mpa，，可使自噴采出井口中溫中壓地熱水蒸汽壓力能量大于11Mpa以上并有井下熱膨脹壓力附加。每天地熱發電所自噴出高溫高壓蒸汽能量達90萬m3，每天地熱供熱采暖所自噴出中溫中壓地熱水蒸汽能量40萬m3，每天換熱產生純凈生活熱水達20萬m3，地熱發電可獲得70萬Kw以上大功率發電量，地熱供熱采暖可多用戶供應18萬戶居民區采暖，換熱產生純凈生活熱水可供應18萬戶居民常年使用生活熱水。
權利要求
1.一種地熱區深層和非地熱區超深層地熱能源的開采利用方法，其特征在于A.在地熱區或非地熱區鉆的深地熱井或超深地熱水平井在無工業開采利用價值的低、中溫地熱區或非地熱區打一口深地熱井及超深地熱水平井，使地面與超深層地熱場建立起一個采熱利用通道，該井身結構是在井身的最外層有表層套管(1)，其內有深層套管(2)，再往內層還有傳熱生產套管(3)，在井底水平傳熱井段內的傳熱生產套管(3)內，有地熱發電冷凝總回水高壓注水井管(10)及井下輸出高溫高壓蒸汽絕熱保溫井管(11)，以及與兩井管進出口相聯接的井下螺旋管式熱平衡能量換熱器(4)，為了同時地熱發電及供熱采暖，在超深地熱水平井內，還同井筒下有一套直井段深層開采地熱采暖水管柱，其結構是在傳熱生產套管(3)內，有地熱采暖總回水中壓注水井管(9)及井內輸出中溫中壓地熱水絕熱保溫井管(17)，以及與兩井管進出口相聯接的井下直管式熱平衡能量換熱器(6)，且防腐抗內壓安全傳熱介質油(5)充滿中部直井段至井底，在井身上部，有表層鉆井導管(7)和承托采熱井口房(13)的地面加厚鋼筋混凝土澆注基礎(8)，在超深地熱水平井口處的上部，置有共用采熱井口裝置(12)于采熱井口房(13)內部，在采熱井口房(13)的上部，還裝有測井井架(14)及直井段測井防噴管(15)、水平預熱井段測井防噴管(16)；B.在地面設有超深層地熱能發電站a.在超深地熱水平井的地上，由市政電網外輸入電能至外來輸入電源變壓器(19)內，再把電能輸入到地熱站廠房的外來輸入電源配電柜系統(21)內，通過站內地下電纜，把市政輸入首次啟動電能，分配到高壓注水機泵站系統(40)，通過高壓電機泵從發電冷凝總回水儲備澄清罐(36)內吸入發電冷凝總回水增壓后，把泵入地熱發電冷凝總回水高壓注水井管(10)內的換熱冷凝水注入超深層井下水平井段地熱場內，通過井下螺旋管式熱平衡能量換熱器(4)的超深層地熱能換熱成高溫高壓蒸汽后，再沿著井下輸出高溫高壓蒸汽絕熱保溫井管(11)來采出地熱發電能至地面，直接進入共用采熱井口裝置(12)的初步穩流控制，輸入到地面高溫高壓脫水穩壓器系統(38)內，進行高溫高壓蒸汽脫水及再穩壓控制后，最后輸入至地熱發電廠房內的汽輪發電機組(43)，實現超深層地熱能超大功率發電，所發出地熱電能先經過外輸出總配電系統(44)配電后，先輸入到地熱發電站廠房外面的外輸出升壓變壓器(45)升高電壓，再向供電供熱用戶區(32)、站內自用電網及市政外電網供電，站內自用電網供電，先由自用電源一次降壓變壓器(46)降壓后，再輸入到自備電源二次降壓變壓器(18)再變低壓電后，把自發電能輸入到地熱站廠房內的自備電源總配電柜系統(20)內，可實現外、內電源自動快速切換，最終達到利用超深層地熱自發電能維護全聯合站發電供熱總運行，b.發電后余熱蒸汽，首先輸入到發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統兼外輸供純凈生活熱水換熱塔罐系統(34)內進行初次冷凝，此后，再輸入到增容熱水儲備罐(26)內，對罐儲增容采暖用熱水進行再增熱加溫后，實現二次冷凝，二次冷凝水再輸入到地熱站清水儲備罐(25)內，實現三次冷凝及冬季儲水防凍保溫的作用，這時的發電余熱蒸汽工質已完全冷凝成中溫熱水，再沿返回管道輸入到發電冷凝總回水水質優化處理系統(35)內，進行冷凝后循環發電水質的總沉淀、粗過濾清排雜質、補充清水、再精細過濾清排細雜質、防腐除水垢加藥劑、汽水分離、水質除氧等全密閉化水質優化處理，以實現地熱發電冷凝總回水的重復循環利用，c.在超深地熱水平井的地上，還有發電冷凝總回水的清水補充裝置，主要是通過由市政外來輸入清水源管道(48)，向發電冷凝用清水儲備罐(37)輸供儲備純凈清水，或由外輸入清水源泵站系統(39)，向發電冷凝用清水儲備罐(37)泵輸供清水。最后通過發電冷凝疏水泵站系統(41)，從發電冷凝用清水儲備罐(37)內吸入純凈清水，增壓后在向地熱發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統(34)的泵輸供清水管道上，引接出一分支輸供清水管道，把純凈清水輸入至發電冷凝總回水水質優化處理系統(35)內的精細過濾罐內，實現定期自動調水位水量來補充發電循環水不夠的需要，d.在超深地熱水平井的地上，還置有地熱發電站與地熱站共用的全聯合站防腐除水垢加藥劑工藝裝置，主要由防腐除水垢加藥泵房系統(30)，利用泵輸送藥劑管道，定期向發電冷凝總回水水質優化處理系統(35)內的加藥反應罐內加藥化學反應，以保證防止地熱開采井管、采熱井口設備及汽輪機葉片的腐蝕積水垢，e.地熱發電站的清排雜質污水，通過全聯合站總排污井(33)向市政總排污管道外排走，地熱發電站的監測控安全運行管理與維護檢修，由置于發電廠房內的地熱發電站中央計算機總控制室(42)，實現自動監測控安全運行管理及由地熱站廠房內的全聯合站總維護檢修車間(22)來完成維護與檢修工作，f.為確保地熱發電站不停電檢修，另置有二套備用地熱發電站設施系統，由二套地熱發電站輸入發電蒸汽工質總接口管道(47)同地熱井相聯接；C.發電余熱蒸汽冷凝時換熱產生純凈生活熱水的外輸它主要通過發電冷凝疏水泵站系統(41)，向發電余熱蒸汽高架冷凝塔罐系統兼外輸供純凈生活熱水換熱塔罐系統(34)，泵注儲滿純凈清水，通過發電余熱蒸汽在塔罐內與儲備純凈清水換熱后，直接產生純凈生活熱水，利用高架塔罐的水位高差，向全聯合站供電供熱用戶區(32)廣大用戶，常年輸供給純凈生活熱水的需要；D.利用超深地熱水平井同下雙套采熱管柱，來實現深層地熱采暖在超深地熱水平井的地上，與地熱發電站平行布局建有地熱站系統，首先由自備電源一次變壓器(46)對自發高壓電能變壓后，輸入到自備電源二次變壓器(18)進行自發電能的二次降壓變壓，再直接輸入至地熱站廠房內的自備電源總配電柜系統(20)內，對全聯合站自用電能統一分配，通過地電纜聯接，把自用啟動地熱站運行電能，輸入到中壓注水機泵站(24)內使電機泵運轉，從而使電機泵在采暖總回水儲備澄清罐(27)內吸入地熱采暖總回水，在電機泵中壓增壓后，沿著地熱采暖總回水中壓注水井管(9)，把地熱采暖總回水注入井下中部直井段地熱場內，通過井下直管式熱平衡能量換熱器(6)的地熱能量置換成中溫中壓地熱水后，再沿著井下輸出中溫中壓地熱水絕熱保溫井管(17)，采出深層地熱采暖水能量至地面，直接進入共用采熱井口裝置(12)的初步穩流控制，再把地熱采暖水輸入到增容熱水儲備罐(26)內儲備起來，另一分支輸地熱采暖水管道，輸入到外輸采暖水減穩壓罐控制系統(31)內進行減穩壓控制，再直接把地熱采暖水輸送給全聯合站供電供熱用戶區(32)廣大用戶冬季供熱采暖，在地熱站廠房內，另置有地熱站中央計算機總控制室(23)，實行自動化供熱采暖安全運行管理控制，還設有全聯合站總運行維護檢修車間(22)，達到隨時對全聯合站的安全運行維護與檢修保證，地熱站還置有與共用采熱井口裝置(12)相聯接的增容熱水儲備罐(26)，起到增容儲備供熱采暖水應用，相鄰還設有地熱站清水儲備罐(25)來儲備地熱采暖用補充清水，在增容熱水儲備罐(26)相聯接的還有地熱站熱增容泵房系統(28)，來保證全聯合站供電供熱用戶區(32)的擴大采暖用戶所用，在地熱站還設置全聯合站共用防腐除水垢加藥泵房系統(30)，也擔負地熱站水質優化處理所需的定期加藥功能，地熱站另置有供熱采暖總回水水質優化處理系統(29)，與其相鄰的還有供熱采暖總回水儲備澄清罐(27)，擔負著向中壓注水機泵站(24)輸供優化處理后的儲備供熱采暖總回水的供水作用。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于超深層地熱發電站與深層地熱站所用絕熱保溫的井下井管、地面供輸熱管道、塔罐、儲罐等系統，均采用高效絕熱材質及優化絕熱保溫技術處理。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于該方法也完全適用于5000米以內的自然淺地熱區應用。
全文摘要
地熱區深層和非地熱區超深層地熱能源的開采利用方法屬于地熱能開采利用技術領域,為了能夠開采和利用地熱區深層和非地熱區超深層地熱能源,首先鉆一口深地熱井或超深地熱水平井,并在地面設有一套發電系統及供熱采暖系統。本發明主要是利用地熱區深層和非地熱區超深層地熱能源發電、換熱產生純凈生活熱水及供熱采暖等,可實現全密閉循環無污染、無腐蝕的綠色能源開采,具有地熱能源溫度高,采熱效率高及發電功率大等優點。
文檔編號F24J3/08GK1273351SQ9910427
公開日2000年11月15日 申請日期1999年5月5日 優先權日1999年5月5日
發明者李鳳儀 申請人:李鳳儀, 姜延福, 李健, 李偉