地熱井產能增強方法及其系統的制作方法
【專利摘要】一種地熱井產能增強方法，包括井內結垢分析計算的步驟、井外巖層裂隙及緊密度分析計算的步驟、出流量與震波強度分析的步驟、流體壓縮的步驟、產生震波的步驟、排除結垢與增大巖層裂隙的步驟；借由上述方法，提供一種可方便清除地熱井井內結垢，且可擴大井外巖層裂隙與巖層緊密度的地熱井產能增強方法。
【專利說明】
地熱井產能增強方法及其系統
技術領域
[0001]本發明為一種地熱井產能增強方法及其系統，特別是一種可提高地熱井滲透率、清除井內及周遭結垢的方法與系統構造。
【背景技術】
[0002]由于地球在形成的初受隕石頻繁的撞擊，及放射性物質衰變所釋放的巨大能量，使得地表成為高溫的熔融狀態，待地球冷卻后，內部物質分化而形成地殼、地函與地核等三層，地球內部的溫度則隨離地殼的深度呈正比，且在離地殼表面深度約100公里之處，其溫度足以熔化巖石，在地球中心處，溫度約高達6000°c，使得地球的核心成熔融狀，而借由地球內部的變動，部份熔巖可上升接近至地球表面，使熔巖上方、周遭的巖石、地下水則因受熱升溫而形成地熱能，該地熱能主要儲存于巖石本身，而少部分則儲存在巖石孔隙(pores)或裂隙(fractures)的水中，同時借由地下水于巖層中流動，其可滲出地表而可形成溫泉熱水；故，地下水是目前地熱能的主要輸送媒介。
[0003]而為取得該地熱能、溫泉熱水，目前皆以設置地熱井的方式來取得，上述該地熱井是借由埋設一井管，以將儲存于巖層內的地熱能及溫泉熱水導出至地表來使用者；但，由于地熱井中流動的水液含有許多碳酸鈣及多種物、離子，其很容易附著于地熱井的管壁而產生層層疊疊的結垢，經年累月下，該結垢則變硬、厚度增加，造成地熱井的管徑變小而阻塞水液流動，進而降低地熱井熱水、溫泉的輸出量，同時降低產能效率。
[0004]而查，目前用以將井內結垢清除的方法，主要包括酸洗法及機械洗井法；就以酸洗法而言，其是利用化學藥劑將管壁內的結垢予以腐蝕分解來清除，其很容易造成井管腐蝕損壞，且化學藥液亦有污染周遭環境及民生用水的疑慮而有不環保的情事；就以機械洗井法而言，其需利用鉆頭來將結垢鉆破崩解，其所產生的應力、剪力很容易造成老舊的井管斷裂破損；不論是酸洗法或機械洗井法，其皆需龐大的機械設備，且所費不貲，造成業者成本提高、作業困難，且有造成井管損壞、污染環境之虞。
[0005]另，當該地熱井周遭的巖盤縫隙或裂隙過小、排列過緊時，則很容易因地下水無法于巖層的縫隙或裂隙中流動，造成地熱能、熱水、溫泉無法有效經地熱井傳遞至地表供利用。
[0006]故，如何提高井管除垢、擴張巖盤縫隙作業的方便性、降低作業成本，實為目前急待解決的課題。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的主要技術問題在于，克服現有技術存在的上述缺陷，而提供一種地熱井產能增強方法及其系統，可增強地熱井產能。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0009]一種地熱井產能增強方法，包括如下步驟:
[0010]a.井內結垢分析計算:計算、探查地熱井內結垢的范圍、厚度；
[0011]b.井外巖層裂隙及緊密度分析計算:計算、探查地熱井井外巖層的裂隙及巖層緊密度；
[0012]c.出流量與震波強度分析:依據步驟a、b所得的結垢范圍、厚度及井外巖層裂隙緊密度大小的數值，計算高壓流體的出流量及欲引發震波的強度；
[0013]d.流體壓縮:依據上述步驟所得的數值壓縮流體使形成高壓流體；
[0014]e.產生震波:將上述步驟d的高壓流體排入呈低壓狀態的空間以形成預設強度的震波；
[0015]f.排除結垢與增大巖層裂隙:借由上述步驟e所形成的震波，其可使井內的結垢崩毀、破壞排除，且借由震波傳遞至巖層，其可將巖層的裂隙震松，以增大裂隙及降低巖層緊密度；
[0016]借由上述方法，提供一種可方便清除地熱井井內結垢，且可擴大井外巖層裂隙與巖層緊密度的地熱井產能增強方法。
[0017]本發明的有益效果是，可增強地熱井產能。
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0019]圖1是本發明的方法流程圖。
[0020]圖2是本發明的系統圖。
[0021]圖3是本發明震波產生器的構造圖。
[0022]圖4是本發明震波產生器的構造圖，及高壓容室內注滿流體的示意圖。
[0023]圖5是本發明震波產生器的構造圖，及震波平衡閥向上移動使流體沖入井下震波管的示意圖。
[0024]圖6是本發明震波產生器的構造圖，及高壓容室與井下震波管完全連通且容積控制閥受力向下壓縮下彈簧的示意圖。
[0025]圖7是本發明震波產生器的構造圖，及容積控制閥受力向上壓縮上彈簧的示意圖。
[0026]圖8是本發明的系統圖，及震波可傳遞至巖層的示意圖。
[0027]圖中標號說明:
[0028]10壓縮機
[0029]20震波產生器
[0030]21A.21B 高壓容室
[0031]211、212 傾斜端
[0032]22直管部
[0033]23震波開關容室
[0034]24容積控制驅動器
[0035]241容機控制閥
[0036]25震波開啟驅動器
[0037]26震波平衡閥
[0038]261上閥體
[0039]262下閥體
[0040]27震波關閉驅動器
[0041]28上限位擋片
[0042]281彈簧
[0043]29下限位擋片
[0044]291彈簧
[0045]30井下震波管
[0046]40震波位置指示器
[0047]50地熱井
【具體實施方式】
[0048]如圖1所示，實施例中的地熱井產能增強方法，包括如下步驟:
[0049]a.井內結垢分析計算:計算、探查地熱井內結垢的范圍、厚度；
[0050]b.井外巖層裂隙及緊密度分析計算:計算、探查地熱井井外巖層的裂隙及巖層緊密度；
[0051]c.出流量與震波強度分析:依據步驟a、b所得的結垢范圍、厚度及井外巖層裂隙緊密度大小的數值，計算高壓流體的出流量及與欲引發震波的強度；
[0052]d.流體壓縮:依據上述步驟所得的數值壓縮流體使形成高壓流體；
[0053]e.產生震波:將上述步驟d的高壓流體排入呈低壓狀態的空間以形成預設強度的震波；
[0054]f.排除結垢與增大巖層裂隙:借由上述步驟e所形成的震波，其可使井內的結垢崩毀、破壞排除，且借由震波傳遞至巖層，其可將巖層的裂隙震松，以增大裂隙及降低巖層緊密度；
[0055]借由上述方法，將流體壓縮形成高壓流體，借由高壓流體的移動所產生的震波，以破壞排除井內的結垢，排除地熱井井內因結垢所產生阻塞，進而提高溫泉、地熱傳遞的順暢性者；同時，借由震波傳遞至地熱井周遭的巖層，其可增大巖層裂隙、降低巖層的緊密度，使儲存于巖層中的溫泉、地熱提高流動性，進而可增強地熱井的產能效益。
[0056]為進一步說明本發明，茲謹再配合圖2所示的系統配置圖及圖3至圖8所示的可行實施例，詳細說明如下:
[0057]如圖2所示，本發明的地熱井產能增強系統，包括一壓縮機10、震波產生器20及一井下震波管30 ;其中:
[0058]壓縮機10 (請同時參閱圖2所示)，與震波產生器20銜接，用以壓縮流體形成高壓流體，并將高壓流體輸送進震波產生器20。
[0059]震波產生器20(請同時參閱圖3所示)，其內經分隔形成兩高壓容室21A、21B、一直管部22與一震波開關容室23，該兩高壓容室21A、21B、直管部22與震波開關容室23成連通狀；該高壓容室21A、21B下端形成傾斜端211、212，兩傾斜端211、212并匯集與直管部22銜接，兩高壓容室21A、21B上各設有一容積控制驅動器24，該容積控制驅動器24底部設有一容積控制閥241，令容積控制閥241可受容積控制驅動器24的驅動上下滑移以調整高壓容室21A、21B的容積；該震波開關容室23設有震波開啟驅動器25，震波開啟驅動器25連接設有震波平衡閥26，震波平衡閥26伸置于兩高壓容室21A、21B的傾斜端211、212內，且該震波平衡閥26具有一上閥體261與一下閥體262，該上閥體261與下閥體262的間距與高壓容室21A、21B下側傾斜端211、212的管徑相對應，令震波開啟驅動器25可驅動震波平衡閥26向上移動使高壓容室21A、21B與井下震波管30連通，該震波平衡閥26并樞設有震波關閉驅動器27，震波關閉驅動器27可驅動震波平衡閥26向下移動復位使高壓容室21A、21B密合與井下震波管30隔絕關閉。
[0060]承上述，較佳的實施例是，該震波產生器20的兩高壓容室21A、21B內各設有一上限位擋片28與一下限位擋片29，借以限制容積控制驅動器24及容積控制閥241上下位移的距離，且該上限位擋片28與容積控制閥241間設有一上彈簧281，下限位擋片29與容積控制閥241間設有一下彈簧291。
[0061]承上述，較佳的實施例是，該震波產生器20的兩高壓容室21A、21B內各設有一震波位置指示器40。
[0062]承上述，較佳的實施例是，該高壓流體以二氧化碳(CO2)氣體經壓縮形成的超臨界流體為佳。
[0063]井下震波管30 (請同時參閱圖3所示)，設于震波產生器20的下方并與直管部22銜接，以供震波產生器20的高壓流體的沖入并產生震波。
[0064]借由上述構造，先計算探查地熱井井內結垢的范圍厚度與井外巖層的裂隙及巖層緊密度，計算分析所需震波強度及流體出流量，然將本發明的震波產生器20架設于地熱井50的井頭，并將井下震波管30伸入地熱井內，依據震波強度及流體出流量，利用震波產生器20所設的容積控制驅動器24驅動容積控制閥241向上(或向下)移動至預設位置使高壓容室21A、21B的容積達預定值，并利用震波關閉驅動器27驅動震波平衡閥26，使上閥體261封閉于震波開關容室23底端，下閥體262則封閉于直管部22頂端，使兩高壓容室21A、21B密合與井下震波管30隔絕封閉(如圖3所示)，然后利用壓縮機10將流體壓縮形成高壓流體輸送至震波產生器20的高壓容室21A、21B，使高壓流體填滿高壓容室21A、2IB (如圖4所示)，使高壓容室21A、21B內形成高壓狀態；接著，利用震波開啟驅動器25驅動震波平衡閥26向上移動，當震波平衡閥26的下閥體262向上移動使高壓容室21A、21B與直管部22瞬間連通時(如圖5所示)，高壓容室21A、21B內的高壓流體即瞬間向直管部22匯流，并形成一向上的作用力施于下閥體262的下表面，進而將震波平衡閥26快速向上推(如圖6所示)，使高壓容室21A、21B內的高壓流體可完全匯入直管部22，然后再流至井下震波管30，借以引發一定強度的震波，借由該震波可使井內的結垢崩解毀壞，以排除井內因結垢所產生的阻塞，同時，借由震波傳遞到地熱井井外的巖層，其可擴大巖層裂隙使巖層產生些許滑動，降低巖層的緊密度，進而可使溫泉水液、地熱資源可順利經地熱井排出至地表。
[0065]另，由于當高壓容室21A、21B內的高壓流體匯入井下震波管30時，高壓容室21A、21B內的壓力會急速向下移動，其會產生強大的真空拉力，造成容積控制閥241受力向下偏移(如圖6所示)，該容積控制閥241則會壓縮下彈簧291，此時，上彈簧281亦施力于容積控制閥241并使容積控制驅動器24再驅動容積控制閥241向下壓縮下彈簧291，接著借由下彈簧291復位的反作用力，使容積控制閥241向上移動并壓縮上彈簧281 (如圖7所示)，然后，再借由上彈簧281復位的反作用力使使容積控制閥241向下移動直至震波經上彈簧281與下彈簧291的作用而減損消失，故，其可令使容積控制閥241于高壓容室21A、21B中受力上、下移動，借以將高壓容室21A、21B中的高壓流體反復推入井下震波管30以產生多次反彈震波(如圖8所示)，進而有助于將震波傳遞至井內結垢以崩解破壞該結垢，并可傳遞至井外巖層，使井外巖層的裂隙擴大并可降低巖層緊密度與巖層裂隙的結垢。
[0066]由是，從以上所述可知，本發明具有如下的優點:
[0067](一)由于本發明的高壓容室21A、21B設有容積控制驅動器24與驅動容積控制閥241調整高壓容室21A、21B的容積，進而可依據地熱井井內的結垢程度、巖層裂隙結垢程度與井外巖層緊密度來調整高壓容室21A、21B的容積，進而可調整控制震波的強度，而可提高作業效益。
[0068]( 二)由于本發明由兩高壓容室21A、21B匯流并向下銜接井下震波管30，其除了使高壓流體往低壓的井下震波管30沖入外，并可受地球重力的作用提高匯流速度，進而使高壓容室21A、21B內呈穩定狀態，并可減少震波產生器20的震動。
[0069](三)借由本發明的高壓容室21A、21B內設置有上彈簧271與下彈簧281頂壓容積控制閥241，其可于震波產生時提高震波的速度與強度，然后借由容積控制閥241受上彈簧271與下彈簧281的作用力而上、下移動，以反復堆壓高壓流體使形成數次的反彈震波，借由該反彈震波可提高井內結垢崩解破壞與巖層裂隙擴大的效益。
[0070](四)另，如圖3、圖4所示，當震波平衡閥26封閉高壓容室21A、21B且高壓容室21A、21B內充滿高壓流體時，由于震波平衡閥26的上閥體261下表面與下閥體262上表面的受力面積相等，并形成力平衡狀態，因此當需驅動震波平衡閥26向上移動時，僅需施以大于震波平衡閥26與直管部22、震波開關容室23間摩擦力的作用力，即可令震波平衡閥26移動者；因此，該震波開啟驅動器25不需配置大型驅動裝置來驅動震波平衡閥26，而具有節省成本與省力的優點。
[0071](五)又，由于本發明借由震波平衡閥26的下閥體262隔絕高壓容室21A、21B與直管部22，當下閥體262向上移動至下表面脫離直管部22的瞬間，高壓容室21A、21B內的高壓流體即會沖入低壓的直管部22形成震波，同時該向下匯流的高壓流體會產生一作用力施于下閥體262的下表面，令震波平衡閥26受力而快速向上移動，促使高壓容室21A、2IB內的高壓流體可快速沖入直管部22、井下震波管30，提高高壓流體的出流量，可提高震波的強度與縮短作用時間。
[0072](六)由于本發明是利用壓縮機10壓縮流體輸送震波產生器20形成高壓流體，再借由瞬間開啟震波平衡閥26使高壓流體沖入井下震波管30產生震波，以將井內結垢崩解破壞，并擴大井外巖層裂隙與緊密度，亦可排除井外巖層裂隙中的結垢；因此，本發明無須放置精密設備裝置至井下，而僅設置一井下震波管，然后再地表井頭制造產生震波，透過井下震波管傳遞至目標處，故本發明所需的設備較為簡易，且其成本較低，施作亦較現有機械洗井法簡單，且確可增強地熱井的產能及效益。
[0073](七)再，由于本發明是利用震波產生器20內的高壓流體瞬間沖入井下震波管30所產生的震波來崩解破壞地熱井井內結垢，并擴大井外巖層裂隙與緊密度，而該高壓流體可為無色無害的二氧化碳流體經壓縮形成的超臨界流體，因此，其并不會造成土壤的污染與環境的危害，且確可增強地熱井的產能及效益。
[0074]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
[0075]綜上所述，本發明在結構設計、使用實用性及成本效益上，完全符合產業發展所需，且所揭示的結構亦是具有前所未有的創新構造，具有新穎性、創造性、實用性，符合有關發明專利要件的規定，故依法提起申請。
【主權項】
1.一種地熱井產能增強方法，其特征在于，包括如下步驟: 井內結垢分析計算的步驟:計算、探查地熱井內結垢的范圍、厚度； 井外巖層裂隙及緊密度分析計算的步驟:計算、探查地熱井井外巖層的裂隙及巖層緊密度； 出流量與震波強度分析的步驟:依據上述步驟所得的結垢范圍、厚度及井外巖層裂隙緊密度大小的數值，計算高壓流體的出流量及欲引發震波的強度； 流體壓縮的步驟:依據上述步驟所得的數值進行壓縮流體使形成高壓流體； 產生震波的步驟:將上述經流體壓縮后的高壓流體排入呈低壓狀態的空間以形成預設強度的震波； 排除結垢與增大巖層裂隙的步驟:借由上述步驟所形成的震波，其可使井內的結垢崩毀、破壞排除，且借由震波傳遞至巖層，其可將巖層的裂隙震松，以增大裂隙及降低巖層緊密度； 借由上述步驟，提供一種可方便清除地熱井井內結垢，且可擴大井外巖層裂隙與巖層緊密度的地熱井產能增強方法。2.根據權利要求1所述的地熱井產能增強方法，其特征在于，所述流體以二氧化碳氣體為佳。3.—種地熱井產能增強系統，其特征在于，包括有一壓縮機、震波產生器及一井下震波管；其中: 壓縮機，與震波產生器銜接，用以壓縮流體形成高壓流體，并將高壓流體輸送進震波產生器； 震波產生器，其內經分隔形成兩高壓容室、一直管部與一震波開關容室，該兩高壓容室、直管部與震波開關容室成連通狀；該兩高壓容室下端形成傾斜端，傾斜端并匯集與直管部銜接，高壓容室上各設有一容積控制驅動器，該容積控制驅動器底部設有一容積控制閥，令容積控制閥可受容積控制驅動器的驅動上下滑移以調整高壓容室的容積；該震波開關容室設有震波開啟驅動器，震波開啟驅動器連接震波平衡閥，震波平衡閥系伸置于兩高壓容室的傾斜端內，且該震波平衡閥具有一上閥體與一下閥體，該上閥體與下閥體的間距與高壓容室下側傾斜端的管徑相對應，令震波開啟驅動器可驅動震波平衡閥向上移動使高壓容室與井下震波管連通，該震波平衡閥并樞設有震波關閉驅動器，震波關閉驅動器可驅動震波平衡閥向下移動復位使高壓容室與井下震波管隔絕關閉； 井下震波管，設于震波產生器的下方并與直管部銜接，以供震波產生器的高壓流體的沖入并產生震波； 借由上述構造，提供一種可方便清除地熱井井內結垢，且可擴大井外巖層裂隙與巖層緊密度的地熱井產能增強系統。4.根據權利要求3所述的地熱井產能增強系統，其特征在于，所述震波產生器的兩高壓容室內各設有一上限位擋片與一下限位擋片，以限制容積控制驅動器及容積控制閥上下位移的距離，且該上限位擋片與容積控制閥間設有一上彈簧，下限位擋片與容積控制閥間設有一下彈簧。5.根據權利要求3所述的地熱井產能增強系統，其特征在于，所述震波產生器的高壓容室內各設有一震波位置指示器。
【文檔編號】E21B43/26GK105986800SQ201510091115
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月28日
【發明人】蘇榮華, 鐘隆宇, 胡明森, 賈澤民
【申請人】蘇榮華