申请/专利权人：中国科学院武汉岩土力学研究所

申请日：2019-03-13

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN109826595B

主分类号：E21B43/00

分类号：E21B43/00;F24T10/30;F24D15/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2019.06.25#实质审查的生效;2019.05.31#公开

摘要：本发明公开了一种多能联合干热岩储能供暖系统，包括一级过滤蓄水池，一级过滤蓄水池与二级过滤蓄水池连通，二级过滤蓄水池通过传输管道与回灌井直井段连通，回灌井直井段的底端通过回灌井斜井段与干热岩储水系统进水端连通，干热岩储水系统的出水端通过地热水开采井水平井段与地热水开采井直井段的底端连通，地热水开采井直井段内设置有潜水泵。本发明能够通过控制注水时间、注水量和注水温度来提高干热岩开采效率，延缓地热井温度突破时间，综合解决了风电和光电造成的弃风、弃光资源浪费问题，将小区域的风电和光电用来对地热尾水和地表补给冷水进行加热，进而保障干热岩地热资源的可持续性开发。

主权项：1.一种多能联合干热岩储能供暖系统，包括一级过滤蓄水池（14），其特征在于，一级过滤蓄水池（14）与二级过滤蓄水池（18）连通，二级过滤蓄水池（18）通过传输管道（37）与回灌井直井段（1）连通，回灌井直井段（1）的底端通过回灌井斜井段（2）与干热岩储水系统进水端连通，干热岩储水系统的出水端通过地热水开采井水平井段（4）与地热水开采井直井段（3）的底端连通，地热水开采井直井段（3）内设置有潜水泵（11），潜水泵（11）通过抽水管道（31）与换热器（12）内的第一换热通道一端连通，换热器（12）内的第一换热通道另一端与一级过滤蓄水池（14）连通，换热器（12）的第二换热通道两端分别与热用户端（13）连接，发电装置与二级过滤蓄水池（18）内的加热器（19）连接，地面温度监测装置（16）与二级过滤蓄水池（18）内的第四温度传感器（20）连接，地面温度监测装置（16）还通过穿过回灌井直井段（1）和回灌井斜井段（2）的监测导线与干热岩储水系统内设置的温度传感器连接，地热水开采井水平井段（4）上设置有第三阀门（29）。

全文数据：一种多能联合干热岩储能供暖系统技术领域本发明专利属于地热开发领域，具体涉及一种多能联合干热岩储能供暖系统，适用于干热岩地热资源开采。背景技术干热岩地热资源具有绿色低碳、清洁环保、储量大、分布广泛的特点，是一种可以循环利用的可再生能源。开发干热岩地热资源的有效方法是建立增强型地热系统工程，利用钻完井工艺建立注入井和生产井，并利用水力压裂技术在干热岩储层中产生复杂的交错裂缝系统，建立注入井和生产井之间的流体流动通道来进行循环采热，在地表通过热量交换将干热岩中储存的地热能开采出来，交换出来的热量用来发电或供暖等来加以利用。干热岩地热资源的开发大多采用单井开采、一注一采和一注多采的布井方式。单井开采时地热水不能循环利用，会造成大量地热水资源的浪费，并且单井开采效率较低。采用注采方式开发干热岩地热资源时，地热水在注入井和开采井之间循环利用，虽然相比于单井开采效率大大提高，但由于注入井和开采井之间通过裂缝连通，注水量、注水温度和注入时间的控制对干热岩地热资源开发至关重要，决定着地热井温度突破时间和干热岩地热田的开发寿命。此外，注采不平衡时会导致地层发生变形，引起地面沉降等严重灾害问题，而且会造成地下水水位下降，地热资源的开发可持续性无法保障。因此，建立合理的干热岩地热资源注采系统对地热资源可持续开发具有重要意义。发明内容针对目前干热岩地热开发系统开采效率不高、地热井容易过早产生温度突破、地热开采诱发地面沉降等问题，本发明的目的在于提供一种多能联合干热岩储能供暖系统，该系统能够通过控制注水时间、注水量和注水温度来提高干热岩开采效率，延缓地热井温度突破时间，进而提高地热井使用寿命，同时减缓地热开采引发的地面沉降、缓解地热水开采井井筒的腐蚀和结垢等问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种多能联合干热岩储能供暖系统，包括一级过滤蓄水池，一级过滤蓄水池与二级过滤蓄水池连通，二级过滤蓄水池通过传输管道与回灌井直井段连通，回灌井直井段的底端通过回灌井斜井段与干热岩储水系统进水端连通，干热岩储水系统的出水端通过地热水开采井水平井段与地热水开采井直井段的底端连通，地热水开采井直井段内设置有潜水泵，潜水泵通过抽水管道与换热器内的第一换热通道一端连通，换热器内的第一换热通道另一端与一级过滤蓄水池连通，换热器的第二换热通道两端分别与热用户端连接，发电装置与二级过滤蓄水池内的加热器连接，地面温度监测装置与二级过滤蓄水池内的第四温度传感器连接，地面温度监测装置还通过穿过回灌井直井段和回灌井斜井段的监测导线与干热岩储水系统内设置的温度传感器连接，地热水开采井水平井段上设置有第三阀门。如上所述的干热岩储水系统包括若干个干热岩储水库，各个干热岩储水库之间均通过干热岩储水库连接斜井段连接，各个干热岩储水库连接斜井段上均设置有阀门，各个干热岩储水库内均设置有温度传感器。如上所述的干热岩储水库的形状为立方体或圆柱腔体，各个干热岩储水库自上至下沿设定坡度分布。如上所述的各个干热岩储水库内均设置有分叉裂缝系统。如上所述的传输管道上设置有压力表、水表和第四阀门。如上所述的发电装置为光电加热装置或风电加热装置。如上所述的地热水开采井直井段外套设有井下过滤装置。如上所述的回灌井直井段与地热水开采井直井段之间的水平距离至少为500m。与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：1、通过光电加热装置和风电加热装置对地热尾水在地表进行加热后回灌，充分利用现有的风电和光电，可有效解决弃风和弃光问题，避免大量资源的浪费，并且利用干热岩对回灌水在热储中进行再加热后，特别是充分利用非供暖季进行长期加热后将热水储存在干热岩储水系统中，大大延缓干热岩型热储地热温度突破时间，提高地热开采效率。2、将已加热的回灌水储存在干热岩储水系统内进行二次加热，还能够控制注水时间和注水量，补充储层压力，从而缓解地热开采引起的地面沉降等问题。3、通过地面上的一级过滤蓄水池收集地热尾水以及地面补给水来保证充足的回灌水量，能够减少水资源的浪费，节约开采成本。附图说明图1为本发明的整体结构示意图。图2为本发明的井下过滤装置示意图。图3为本发明的干热岩储水库平面示意图。图中：1-回灌井直井段；2-回灌井斜井段；3-地热水开采井直井段；4-地热水开采井水平井段；5-一级干热岩储水库；6-二级干热岩储水库；7-三级干热岩储水库；8-一级干热岩储水库斜井段；9-二级干热岩储水库斜井段；10-井下过滤装置；11-潜水泵；12-换热器；13-热用户端；14-一级过滤蓄水池；15-风电加热装置；16-地面温度监测装置；17-光电加热装置；18-二级过滤蓄水池；19-加热器；20-第四温度传感器；21-压力表；22-水表；23-第四阀门；24-第一温度传感器；25-第二温度传感器；26-第三温度传感器；27-第一阀门；28-第二阀门；29-第三阀门；30-地面输水管道；31-抽水管道；32-砾石；33-滤网；34-封堵器；35-分叉裂缝系统；36-地热水开采井水平井段的井筒；37-传输管道。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。如图1-3所示，一种多能联合干热岩储能供暖系统，包括一级过滤蓄水池14，一级过滤蓄水池14与二级过滤蓄水池18连通，二级过滤蓄水池18通过传输管道37与回灌井直井段1连通，回灌井直井段1的底端通过回灌井斜井段2与干热岩储水系统进水端连通，干热岩储水系统的出水端通过地热水开采井水平井段4与地热水开采井直井段3的底端连通，地热水开采井直井段3内设置有潜水泵11，潜水泵11通过抽水管道31与换热器12内的第一换热通道一端连通，换热器12内的第一换热通道另一端与一级过滤蓄水池14连通，换热器12的第二换热通道两端分别与热用户端13连接，发电装置与二级过滤蓄水池18内的加热器19连接，地面温度监测装置16与二级过滤蓄水池18内的第四温度传感器20连接，地面温度监测装置16还通过穿过回灌井直井段1和回灌井斜井段2的监测导线与干热岩储水系统内设置的温度传感器连接，地热水开采井水平井段4上设置有第三阀门29。干热岩储水系统包括若干个干热岩储水库，各个干热岩储水库之间均通过干热岩储水库连接斜井段连接，各个干热岩储水库连接斜井段上均设置有阀门，各个干热岩储水库内均设置有温度传感器。干热岩储水库的形状为立方体或圆柱腔体，各个干热岩储水库自上至下沿设定坡度分布。各个干热岩储水库内均设置有分叉裂缝系统35。传输管道37上设置有压力表21、水表22和第四阀门23。发电装置为光电加热装置17或风电加热装置15。地热水开采井直井段3外套设有井下过滤装置10。回灌井直井段1与地热水开采井直井段3之间的水平距离至少为500m。本发明的具体实施步骤如下：1、通过地质勘探和资料分析确定地热水开采井直井段3井深为H（单位：m），回灌井直井段1和地热水开采井直井段3的水平距离为L（单位：m），干热岩储水系统水容量为W0，干热岩储水系统包括三个干热岩储水库，分别为一级干热岩储水库5、二级干热岩储水库6、三级干热岩储水库7，干热岩储水库的容量分别为W1、W2和W3。2、通过钻机钻取直径为d（单位：mm），孔深为H的井眼，下入套管并注入水泥固井，完成地热水开采井直井段3的钻探，然后在地热水开采井直井段3外套设有井下过滤装置10，接着钻取地热水开采井水平井段4，完成地热水开采井水平井段4的钻探后，采用相同的方法钻取回灌井直井段1，再钻取回灌井斜井段2，接着在干热岩储层中通过爆破和水力压裂等方式形成储水容量为W1且设置有分叉裂缝系统35的一级干热岩储水库5，在一级干热岩储水库5中设置好第一温度传感器24，然后钻取一级干热岩储水库斜井段8，一级干热岩储水库斜井段8完成后在干热岩储层中通过爆破和水力压裂等方式形成储水容量为W2且设置有分叉裂缝系统35的二级干热岩储水库6，在二级干热岩储水库6中设置好第二温度传感器25，在一级干热岩储水库斜井段8上设置好第一阀门27，再钻取二级干热岩储水库斜井段9，二级干热岩储水库斜井段9完成后在干热岩储层中通过爆破和水力压裂等方式形成储水容量为W3且设置有分叉裂缝系统35的三级干热岩储水库7，并将三级干热岩储水库7与地热水开采井水平井段4连接，然后在三级干热岩储水库7中设置好第三温度传感器26，在二级干热岩储水库斜井段9上设置好第二阀门28，在地热水开采井水平井段4中设置好第三阀门29。3、在地热水开采井直井段3内设置潜水泵11，并将潜水泵11与抽水管道31一端连接，抽水管道31另一端与地面上设置的换热器12内的第一换热通道一端连通，换热器12内的第一换热通道另一端与一级过滤蓄水池14连通，换热器12的第二换热通道两端分别与热用户端13连接，然后设置二级过滤蓄水池18，并在二级过滤蓄水池18内设置加热器19和第四温度传感器20，在二级过滤蓄水池18侧部设置有风电加热装置15、地面温度监测装置16和光电加热装置17，通过加热线路将风电加热装置15和光电加热装置17同地面二级过滤蓄水池18中的加热器19连接，然后通过监测线路将地面温度监测装置16与第一温度传感器24、第二温度传感器25、第三温度传感器26和第四温度传感器20连接。4、启动风电加热装置15、地面温度监测装置16和光电加热装置17，通过风电加热装置15和光电加热装置17对二级过滤蓄水池18中的体积为W0的水进行加热，通过第四温度传感器20对二级过滤蓄水池18中的水温进行监测和记录，二级过滤蓄水池18中的水经风电加热装置15和或光电加热装置17进行预加热后，经回灌井直井段1回灌到各个干热岩储水库中，通过干热岩储水库的热量进行再次加热，并且在非取暖季对热水进行储存和持续加热。注水前关闭第三阀门29，打开第二阀门28和第一阀门27，待三级干热岩储水库7存满水后关闭第二阀门28，待二级干热岩储水库6存满水后关闭第一阀门27，使注入水向一级干热岩储水库5中聚集，待一级干热岩储水库5中存满水后停止回灌井的回灌作业，关闭第四阀门23，通过干热岩储层对干热岩储水系统中的水进行加热。注水过程中记录压力表21和水表22上的数据。水表22和压力表21分别用来记录回灌时回灌水的流量和回灌压力。5、通过地面温度监测装置16对一级干热岩储水库5、二级干热岩储水库6和三级干热岩储水库7中的水温进行监测。监测干热岩储水系统中水温的同时，通过一级过滤蓄水池14对其他来源水进行收集和过滤。待一级干热岩储水库5、二级干热岩储水库6和三级干热岩储水库7中的水存满八个月，各个储水库中水温均达到供暖要求后打开第三阀门29通过地热水开采井直井段3中的潜水泵11将三级干热岩储水库7中的水抽到抽水管道31中，通过换热器12换热后再通过供暖管网（第二换热通道）对热用户端13进行供暖，然后将地热尾水排放到一级过滤蓄水池14中与一级过滤蓄水池14中收集的其他来源水混合后进行初步过滤，然后输送到二级过滤蓄水池18中进行储存并加热，打开第二阀门28，并暂时关闭第三阀门29将二级干热岩储水库6中储集的热水释放到三级干热岩储水库7中，关闭第二阀门28，打开第一阀门27将一级干热岩储水库5中的水释放到二级干热岩储水库6中，关闭第一阀门27。6、重复步骤4和5。本文中所描述的具体实施例仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。

权利要求：1.一种多能联合干热岩储能供暖系统，包括一级过滤蓄水池（14），其特征在于，一级过滤蓄水池（14）与二级过滤蓄水池（18）连通，二级过滤蓄水池（18）通过传输管道（37）与回灌井直井段（1）连通，回灌井直井段（1）的底端通过回灌井斜井段（2）与干热岩储水系统进水端连通，干热岩储水系统的出水端通过地热水开采井水平井段（4）与地热水开采井直井段（3）的底端连通，地热水开采井直井段（3）内设置有潜水泵（11），潜水泵（11）通过抽水管道（31）与换热器（12）内的第一换热通道一端连通，换热器（12）内的第一换热通道另一端与一级过滤蓄水池（14）连通，换热器（12）的第二换热通道两端分别与热用户端（13）连接，发电装置与二级过滤蓄水池（18）内的加热器（19）连接，地面温度监测装置（16）与二级过滤蓄水池（18）内的第四温度传感器（20）连接，地面温度监测装置（16）还通过穿过回灌井直井段（1）和回灌井斜井段（2）的监测导线与干热岩储水系统内设置的温度传感器连接，地热水开采井水平井段（4）上设置有第三阀门（29）。2.根据权利要求1所述的一种多能联合干热岩储能供暖系统，其特征在于，所述的干热岩储水系统包括若干个干热岩储水库，各个干热岩储水库之间均通过干热岩储水库连接斜井段连接，各个干热岩储水库连接斜井段上均设置有阀门，各个干热岩储水库内均设置有温度传感器。3.根据权利要求2所述的一种多能联合干热岩储能供暖系统，其特征在于，所述的干热岩储水库的形状为立方体或圆柱腔体，各个干热岩储水库自上至下沿设定坡度分布。4.根据权利要求3所述的一种多能联合干热岩储能供暖系统，其特征在于，所述的各个干热岩储水库内均设置有分叉裂缝系统（35）。5.根据权利要求1所述的一种多能联合干热岩储能供暖系统，其特征在于，所述的传输管道（37）上设置有压力表（21）、水表（22）和第四阀门（23）。6.根据权利要求1所述的一种多能联合干热岩储能供暖系统，其特征在于，所述的发电装置为光电加热装置（17）或风电加热装置（15）。7.根据权利1要求所述的一种多能联合干热岩储能供暖系统，其特征在于，所述的地热水开采井直井段（3）外套设有井下过滤装置（10）。8.根据权利要求1所述的一种多能联合干热岩储能供暖系统，其特征在于，所述的回灌井直井段（1）与地热水开采井直井段（3）之间的水平距离至少为500m。

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