一種利用地球天然熱爐加熱地表水的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用地球天然熱爐加熱地表水的方法。
【背景技術】
[0002]“地熱”是指能夠經濟地為人類所利用的埋藏在地下的熱能資源的簡稱。地球的熱場也稱地球的溫度場、或地熱場，它與地球的電場、重力場、磁場等都是地球的物理場。地熱場表示地球內部各層中溫度的分布狀態。地球的各圈層溫度分布狀況和熱場的特征各不相同。通常所說的熱場是指地球上層能直接測量到的部分。
[0003]地熱資源作為一種新能源，早已引起世界各國的重視。地熱資源是一種寶貴的自然資源，有人曾做過如下的估計，地下熱能的總量約為全部煤儲量可能釋放的能量的I億7千萬倍。地熱資源不僅可以提供熱能，而且還可提供供水水源及礦物資源，如提取有用元素和化合物。我國的地熱資源豐富，是世界上開發最早的國家之一。
[0004]目前，我國用熱主要體現在以下幾個方面，即工業加熱、工農業用熱、家庭取暖、洗浴、溫室種植、養殖等方面。而我國目前供熱主要是煤、電和部分地熱，電除了水電、風電、太陽能發電外，主要還是煤電。
[0005]根據建設部2010年的統計顯示，目前全國供熱采暖耗能全年約為2.5億噸煤，占全社會總能耗的10%。來自“清潔高效燃煤發電技術協作網”2010年會的信息顯示，目前我國發電供熱用煤占全國煤炭生產總量的50%左右。因為，煤是高污染能源，大約全國90%的SO2排放由煤電產生，80%的CO2排放量由煤電排放。在給人們生產、生活帶來便利的同時，也產生較大污染，給人們生命健康帶來危害。同時，燒煤的鍋爐屬于高壓容器，使用不當還會產生爆炸等危險。
[0006]按目前的開發利用水平估算，全國每年可開發利用地熱水總量約68.45億立方米，折合每年3284.8萬噸標準煤的發熱量。但是，現在被利用的還不到20%。即使如此，由于長期盲目開采，造成使用不合理，綜合利用低，浪費較為嚴重。有些地方，由于缺乏管理造成布井不合理、密度太大，開采過量，造成地下熱水位大幅度下降。大量的地熱水隨意排放到環境中，將造成地表水和地下淡水的污染。
[0007]我們生活的地球是一個巨大的低熱庫，僅地下10千米厚的一層，儲熱量就達1.05 X 1026焦耳，相當于9.95 X 1015標準煤所釋放的熱量。根據從事地熱能研宄和開發的桑哈什(SEMHACH)公司介紹，地熱能的蘊藏量超過了煤炭、石油的儲量。
[0008]地熱資源是礦產資源的一部分，與煤炭、石油和天然氣等傳統的化石能源相比，地熱能具有清潔、環保、可就地直接取用、成本相對低、價格穩定等優勢。由于蘊藏在地球內部的天然熱量一一地熱能儲存量巨大，對環境的負面影響小，已被世界各國公認為可再生清潔能源，被各國列為重點研宄開發的新能源之一。
[0009]目前的地熱利用包括發電和熱利用兩種方式。地熱資源按照介質的溫度狀況可以分為三種:高溫(大于150°C )、中溫(90— 150°C )、低溫(小于90°C )系統。中低溫地熱系統大部分采取直接利用的方式(如:供暖、浴療、在工農業方面的使用等)和地源熱泵供熱、制冷進行開發利用；高溫地熱系統用來發電，地熱發電裝機容量已經達到1000萬千瓦，可以說，地熱目前是僅次于風能的最為現實和最具競爭力的新能源。
[0010]國土資源部數據顯示，據初步估算，全國主要沉積盆地距地表2000米以內儲藏的地熱能，相當于2500億噸標準煤的熱量。全國經正式勘查并經國土部門審批的地熱田為103處，提交的可采地熱資源量每年為33283萬立方米；經初步評價的地熱田為214處。按目前的開發利用水平估算，全國每年可開發利用地熱水總量約68.45億立方米，折合每年3284.8萬噸標準煤的發熱量。但是，現在被利用的還不到20%，開發利用前景廣闊。
[0011]目前存在如下問題:
[0012]一是利用煤炭產生嚴重污染，且成本較高，每年合計用煤(包括煤發電取暖)10億噸，保守按每噸500元計算，則是5000億元；
[0013]二是利用地熱只是從地下取熱水，而地下的熱水雖然量比較大，但也是有限定的。
【發明內容】
[0014]本發明所要解決的技術問題是提供一種既節約能源又環保的利用地球天然熱爐加熱地表水的方法。
[0015]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種利用地球天然熱爐加熱地表水的方法，包括以下步驟:
[0016]I)確定一個沉積巖地區；
[0017]任何地方都可以，選擇沉積巖地區的原因是井可以容易打些，因為沉積巖比巖漿巖、變質巖容易鉆探。
[0018]我國地殼沉積巖出露面積大，達到600萬平方千米以上，占我國陸地面積的2/3以上。尋找沉積巖區為現有技術，因為化石能源幾乎都在沉積盆地之中，我國60余年開展煤炭、石油、天然氣勘探開發均在沉積盆地中進行，通過露頭、物探、鉆井等找油氣、找煤勘探，所以已基本將陸上盆地分布范圍搞得比較清楚了。
[0019]2)在所述沉積巖地區確定一個地溫梯度相對高的地區；目的是井可以打的淺一止匕
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[0020]收集該區以往地熱資料，特別是打井實際測量的溫度資料，以確定該地區的地溫梯度。在地下，如果地溫梯度為4°C /100米，通常情況下地表溫度15°C，那么兩千米就可以達到95°C，三千米就可以達到135°C。因此，打井可以打到2000?3500米之間。
[0021]具體步驟如下:
[0022]2.1)測量該地區的大地熱流值；
[0023]所述大地熱流值為一綜合參數，是在地表能直接測得的惟一反映地殼深部熱狀況的一個物理量，比其他地熱參數更能確切地反應某個地區地溫場的特點。其計算公式:
[0024]q = -1OOKr (dT/dz)；
[0025]式中，
[0026]q--大地熱流，μ cal/(cm.s)，通常縮寫為 HFU(Heat Flow Unit)；
[0027]Kr--巖石導熱率，cal/ (cm.s.°C )；
[0028]dT/dz--地溫梯度，°C/hm，負號表示垂向坐標向地表為正；
[0029]T——溫度，°C ；
[0030]z--?米度，π?ο
[0031]2.2)測量該地區的地溫梯度；
[0032]地下的溫度狀況是通過鉆孔和礦井的地溫直接測量求得的，打完井后，用地球物理測井中的地溫測井，測得不同深度對應的溫度，每100米增加的溫度就是地溫梯度。
[0033]地溫梯度又稱“地熱梯度”。表示地球內部溫度不均勻分布程度的參數。一般埋深越深處的溫度值越高，以每百米垂直深度上增加的°0數表示。不同地點地溫梯度值不同，通常為(I?3) °C/百米，火山活動區較高。
[0034]3)在所述地溫梯度相對高的地區確定兩口井的井位并進行鉆井，一口為進水井，一口為出水井，兩口井對接；
[0035]所述進水井分為三段，一段為直井段，一段為造斜井段，一段為水平井段；所述出水井為垂直井；
[0036]該步驟不用尋找儲集層，只要在沉積盆地、溫度夠高，打U型井，全部下油層套管，固井并將地層封閉即可。
[0037]4)在地面，從所述進水井的直井段注入地表淡水，地表淡水經過水平井段，得到加熱后的熱水，所述加熱后的熱水流入出水井，然后再送到出水井口即可。
[0038]該步驟相當于將加熱爐放到了地下深處，一邊將清水注入進水井，然后在地下的水平井段將注入水加熱，一邊將加熱后的水從出水井抽出。
[0039]本發明的有益效果是:
[0040]1、利用本發明的方法，不用煤炭天然氣等能源，十分環保、可持續。節約大量煤炭資源，每年可節約煤炭2.5億噸，保守按每噸500元計算，則是1250億元；同時極大降低了CO2的排放，減少許多環境污染。因為每噸標煤燃燒產生的CO 2量，工業鍋爐大概2.6噸CO 2，那么節約2.5億噸煤，就可減少6.5億噸CO2排放。
[0041 ] 2、本發明不受地點限制，可以在任何地方實施。
[0042]優選沉積巖，因為該地方易于鉆探，優選地溫梯度高的地方，因為井可以打的淺些。而我國有沉積盆地的面積將近600萬平方千米，避免了目前開采地熱的局限性。
[0043]3、不用采地下水，只需將從地面注水，加熱后抽取即可，節約了地下水資源，防止過量開采造成水位的下降。我國19個省份50多個城市發生了不同程度的地面沉降，且主要集中在長三角地區。
[0044]4、可以在工、農業、居民、溫室等多地使用。已廣泛用于工農業生產及醫療衛生領域。在工業上主要用于發電、紡織、印染、造紙、釀造、皮革加工處理等；農業上主要用于保溫育苗、溫室栽培、人工孵化及調劑灌溉水溫度等。
[0045]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0046]進一步，在步驟3)中，所述鉆井的具體步驟為:
[0047]3.1)先鉆進水井，具體如下:
[0048]3.1.1)先用445mm鉆頭，鉆開表層，然后再用311mm鉆頭，接著往下鉆進，鉆至井深2200?2600米處，下入直井套管，然后繼續鉆井至井深3000米處，形成直井段；
[0049]3.1.2)在井深3000米處開始造斜，利用組合動力鉆具，設計造斜段狗腿度
4.5° /30m，剖面設計為單圓弧剖面，然后再鉆水平井段，下套管，然后用水泥漿進行固井；
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