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龙图腾网恭喜中国石油大学(华东)申请的专利深层地热井同轴套管式换热器取热能力的预估方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119416596B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-16发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510020098.5，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权深层地热井同轴套管式换热器取热能力的预估方法是由巩亮;何圣鹏;章涛;朱传勇;邹庆睿设计研发完成，并于2025-01-07向国家知识产权局提交的专利申请。

本深层地热井同轴套管式换热器取热能力的预估方法在说明书摘要公布了：本发明属于地热能开采技术领域，具体公开一种深层地热井同轴套管式换热器取热能力的预估方法。用于解决现有方法计算量较大并且未考虑到深层复杂的地质条件及保温内管选材的经济性的问题。本发明构建同轴套管式换热器瞬态换热模型，综合考虑复杂深层地质条件下地层的非均质性，以及地下渗流层存在多种不同渗透率和孔隙度的分布下渗流作用对地热井取热能力和地层传热的影响，并且考虑到地温梯度的非均匀性以及不同深度下保温内管选材的经济性，基于有限元方法对内管流体、保温内管、外管流体、外部套管、固井水泥、岩层之间的换热过程进行了理论和建模分析。本发明在保证计算精度的前提下，提高了计算效率。

本发明授权深层地热井同轴套管式换热器取热能力的预估方法在权利要求书中公布了：1.一种深层地热井同轴套管式换热器取热能力的预估方法，其特征在于，构建同轴套管式换热器瞬态换热模型，其中，地热井部分构建一维模型，地层部分构建三维模型，综合考虑复杂深层地质地层的非均质性以及地下渗流层存在多种不同渗透率和孔隙度的分布下，渗流作用对地热井取热能力和地层传热的影响，并且考虑到地温梯度的非均匀性以及不同深度下保温内管选材的经济性，基于有限元方法对内管流体、保温内管、外管流体、外部套管、固井水泥、岩土之间的换热过程进行建模分析，包含初始条件和边界条件设置部分以及换热过程数学计算部分，利用模型预估深层地热井同轴套管式换热器取热能力和地层的温度变化；所述初始条件和边界条件设置部分包括：地层初始温度的设置、固井水泥初始温度设置、地热井内流体初始温度的设置、地热井内流体入口温度设置以及地层表面、底部和侧面温度设置；其中，地层的初始温度由初始地温梯度决定，固井水泥和地热井内流体的初始温度均采用同一深度下地层的初始温度；地层表面温度采用恒定温度边界条件，取大气温度，作为第一类边界条件；地层底部温度存在恒定的热流密度，作为第二类边界条件；地层侧面温度采用恒定温度边界条件，取初始地层温度，作为第一类边界条件；地热井内流体入口温度采用恒定注入温度，作为第一类边界条件；地层根据岩土物性分为n个部分，每一部分具有不同的导热系数和地温梯度，根据地温梯度，地层的初始温度分布为：Tg,1＝Tg,s+D1·z1，Tg,n＝Tg,n-1+Dn·Zn，式中，Tg,s代表地表温度，Tg,1代表第一层地层沿深度方向的温度分布，D1代表第一层地层的温升梯度，z1代表第一层岩土的厚度，Tg,n代表第n层地层沿深度方向的温度分布，Tg,n-1代表第n-1层地层沿深度方向的温度分布，Dn代表第n层地层的温升梯度，zn代表第n层岩土的厚度；深层地热井同轴套管式换热器的换热过程为：当同轴套管式换热器工作时，冷流体沿外部套管和保温内管之间形成的环空区域向下注入地热井，并存在两种形式的换热：一种是流体沿地热井轴向上的热传导和热对流，另一种是流体沿地热井径向上通过外管壁与地层之间的对流换热以及通过内管壁与内管流体之间的对流换热；当工作流体流至地热井底部时，流动方向发生逆转，热流体沿内管向上流动，存在两种形式的换热：一种是沿地热井轴向上的热传导和热对流，另一种是沿地热井径向上通过内管壁和外管流体之间的对流换热；地层部分存在两种形式的传热：当无渗流作用时，传热形式为纯导热；当存在地下水渗流作用时，传热形式为热传导和热对流同时作用；将流体和壁面之间的对流换热等效成源项纳入轴向换热的数学方程，简化为一维线元之间的换热，流体轴向的能量平衡方程为： 式中，为哈密顿算子，ρf为流体密度，t为时间，A为内管的截面面积，Cp,f为流体的定压比热容，u为沿井轴方向上的平均流速，T为温度，k为管材导热系数，fD为摩擦因子，di为管道内径，Qwall为流体通过管壁的换热量；流体径向的对流换热方程为：Qwall＝hZeffText-Tf，式中，hZeff为表面传热系数，Text为管壁外控制体温度，Tf为地热井内流体温度；对于通过内管壁进行换热的流体：式中，r0为内管内径，r1为内管外径，hint为内管流体的表面传热系数，hext为外管流体的表面传热系数，kp为内管的导热系数；地层部分存在两种形式的传热，当存在渗流作用时，传热形式为热传导和热对流同时作用，对于饱和渗流层中的流体流动采用达西定律来描述：式中，εp为岩土的孔隙度，t为时间，为哈密顿算子，ρf为流体的密度，u’是达西速度；对于单相流，考虑重力效应，达西速度表示为：式中，κ’为渗透率，μ为动力粘度，P为水的压力，g为重力加速度，Z为水位；饱和岩土的能量守恒方程为：式中，Cp,f为流体的恒压比热容，Q为热源，ρCpeff和keff分别为岩土的有效体积热容和有效导热系数；ρCpeff＝1-εpρsCp,s+εpρfCp,f，式中，ρs为岩土的密度，Cp,s为岩土的定压比热容；keff＝1-εpks+εpkf，式中，ks为岩土的导热系数，kf为流体的导热系数。

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