一种用于废弃油气井改造的地热装置及方法与流程

本发明涉及属于废弃井地热能的开发和利用，具体而言，涉及一种用于废弃油气井改造的地热装置及方法。

背景技术：

1、我国有地热的地方，大多数都进行过石油勘探和钻井，随着储层中的石油逐渐枯竭，留下了大量在石油开采上没有价值的废弃井。据统计，2005年我国废弃井的数量为7.68万口，2010年已增加到9.2万口，目前我国废弃井数已突破10万口。然而，废弃油田仍然蕴藏着巨大的能源资源。

2、与太阳能、风能和潮汐能等其他可再生资源相比，地热资源具有分布广、储量大、清洁环保和稳定可靠的特点。然而，地热能仅占全球可再生能源消费量的2％，地热能市场份额低的主要原因在于高昂的投资成本，其中钻探成本更是占到项目总投资的50％。因此，利用原有的废弃井开发地热能有望成为推动地热能商业化发展的重要途径。

3、目前，废弃井改地热井工程面临着许多急需解决的问题，一是现有改造方法以抽取废弃井地下热水为主，水质差，且回灌难度高，造成生态污染；二是换热一段时间后，近井区域温度对于地热系统补给不足，造成取热温度下降较大的问题；三是现有的地热温度监测一般采用点式探测，产生的电信号在传输过程中容易受到电磁干扰，且无法同时监测全井温度数据。

4、因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本申请所要研究解决的课题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于废弃油气井改造的地热装置及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于废弃油气井改造的地热装置，包括设置在废弃油气井井口位置的换热器以及位于废弃油气井井内的无动力取热器，所述无动力换热器包括保温件和蒸发件，所述换热器、所述保温件和所述蒸发件自上而下依次连通；向所述无动力取热器中注入液态工质，所述液态工质在所述原油层中吸热蒸发为气态工质，所述气态工质依次经过所述蒸发件和所述保温件传输至所述换热器中，所述气态工质在所述换热器中内冷凝放出热量变为液态工质，所述液态工质在重力作用下回流至废弃油气井井底。

4、进一步的，所述保温件包括隔热层、连接块和蒸汽管，所述隔热层沿着周向设置在废弃油气井的井壁处，所述蒸汽管沿井深方向设置在所述隔热层中，所述蒸汽管与所述隔热层通过所述连接块连接；所述蒸汽管与所述隔热层之间形成所述液体介质流动的第一环形空间。

5、进一步的，所述蒸发件包括石油套管和气液分离装置，所述石油套管沿着周向设置在废弃油气井的井壁处，所述气液分离装置呈多组设置在所述石油套管的内部，所述气液分离装置与所述石油套管之间形成所述液体介质流动的第二环形空间；各所述气液分离装置包括底座和集气管，所述底座安装在所述石油套管的内壁上，所述集气管架设在所述底座上；所述底座上开设有多个排液孔。

6、进一步的，所述集气管为变径管。

7、进一步的，所述保温件和所述蒸发件与废弃油气井的井壁之间形成第三环形空间，所述第三环形空间中填充高导热泥浆。

8、为解决上述技术问题，本申请还提供一种用于废弃油气井改造的地热方法，应用于如上所述的用于废弃油气井改造的地热取热装置，包括：

9、s1.选定废弃油气井，向其内部压入高导热复合材料，通过废弃油气井井壁上的射孔进入原油层的裂隙缝网中，强化热储层的导热率；

10、s2.下入无动力取热器，并随无动力取热器一同下入测温光纤，监测井下温度；

11、s3.在废弃油气井井壁与无动力取热器之间的第三环形空间中填充泥浆，排出第三环形空间内的气体，增加热传导；

12、s4.对无动力取热器内部抽真空，并注入低沸点工质。

13、进一步的，所述测温光纤连接有光纤温度测试主机，所述光纤温度测试主机设置在废弃油气井井口位置，所述光纤温度测试主机通过所述测温光纤获取废弃油气井下温度。

14、进一步的，所述测温光纤包括纤芯、不锈钢管、纤膏、钢丝铠装和铁氟龙保护套，所述纤芯设有两根，各所述纤芯均设置在所述不锈钢管内，所述不锈钢管内部填充所述纤膏，所述钢丝铠装套设在所述不锈钢管外部，所述铁氟龙保护套套设在所述钢丝铠装外部。

15、进一步的，还包括光纤保护装置，所述光纤保护装置包括接箍保护器和钢扎带，所述接箍保护器设置在所述保温件和所述蒸发件的连接处，所述接箍保护器与所述测温光纤配合使用；所述测温光纤通过所述钢扎带固定在所述保温件和所述蒸发件上。

16、进一步的，所述低沸点工质的注入量根据所述测温光纤所测温度进行调节。

17、与现有技术相比，本发明的优点在于：

18、1、无动力取热器内部设计气液分离装置，减小气液卷携效应，实现长距离的热量传输，管内采用环境友好型的低沸点工质，扩大了可用地热水的温度范围，提高了地热单井的取热功率。

19、2、无动力取热器循环过程中，内部液态工质依靠重力作用回流至废弃油气井井底，过程不消耗泵功，降低运行成本，并实现了真正意义上的“取热不取水”过程。

20、3、采用分布式光纤测温主机，不怕电磁干扰，可保证在恶劣环境下长期稳定地测温，根据废弃油气井全井段固井的特点，设计一种接箍处的测温光纤的保护装置，与市面上常规的保护装置相比，成本降低60％，且更适用于地热深井井壁与套管的狭窄线性空间要求。

21、4、减少资源浪费，废弃的油气田地质参数完整，场地广阔，将这些废弃井改造为地热井，不仅降低了勘探成本与钻井成本，而且缓解目前能源短缺的问题，改善环境，促进经济增长。简化了施工步骤，无需额外进行压裂，降低热储改造工程成本，可利用原有油气井的射孔产生的裂隙，通过填充高导热液态工质，实现远处热量向近井周围岩的快速传递，促进近井区域地层温度恢复，提高地热能开采效率。

技术特征：

1.一种用于废弃油气井改造的地热装置，其特征在于，包括设置在废弃油气井井口位置的换热器以及位于废弃油气井井内的无动力取热器，所述无动力换热器包括保温件和蒸发件，所述换热器、所述保温件和所述蒸发件自上而下依次连通；向所述无动力取热器中注入液态工质，所述液态工质在所述原油层中吸热蒸发为气态工质，所述气态工质依次经过所述蒸发件和所述保温件传输至所述换热器中，所述气态工质在所述换热器中内冷凝放出热量变为液态工质，所述液态工质在重力作用下回流至废弃油气井井底。

2.根据权利要求1所述的一种用于废弃油气井改造的地热装置，其特征在于，所述保温件包括隔热层、连接块和蒸汽管，所述隔热层沿着周向设置在废弃油气井的井壁处，所述蒸汽管沿井深方向设置在所述隔热层中，所述蒸汽管与所述隔热层通过所述连接块连接；所述蒸汽管与所述隔热层之间形成所述液体介质流动的第一环形空间。

3.根据权利要求1所述的一种用于废弃油气井改造的地热装置，其特征在于，所述蒸发件包括石油套管和气液分离装置，所述石油套管沿着周向设置在废弃油气井的井壁处，所述气液分离装置呈多组设置在所述石油套管的内部，所述气液分离装置与所述石油套管之间形成所述液体介质流动的第二环形空间；各所述气液分离装置包括底座和集气管，所述底座安装在所述石油套管的内壁上，所述集气管架设在所述底座上；所述底座上开设有多个排液孔。

4.根据权利要求3所述的一种用于废弃油气井改造的地热装置，其特征在于，所述集气管为变径管。

5.根据权利要求1所述的一种用于废弃油气井改造的地热装置，其特征在于，所述保温件和所述蒸发件与废弃油气井的井壁之间形成第三环形空间，所述第三环形空间中填充高导热泥浆。

6.一种用于废弃油气井改造的地热方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任意一项所述的用于废弃油气井改造的地热装置，该方法包括：

7.根据权利要求6所述的一种用于废弃油气井改造的地热方法，其特征在于，所述测温光纤连接有光纤温度测试主机，所述光纤温度测试主机设置在废弃油气井井口位置，所述光纤温度测试主机通过所述测温光纤获取废弃油气井下温度。

8.根据权利要求6所述的一种用于废弃油气井改造的地热方法，其特征在于，所述测温光纤包括纤芯、不锈钢管、纤膏、钢丝铠装和铁氟龙保护套，所述纤芯设有两根，各所述纤芯均设置在所述不锈钢管内，所述不锈钢管内部填充所述纤膏，所述钢丝铠装套设在所述不锈钢管外部，所述铁氟龙保护套套设在所述钢丝铠装外部。

9.根据权利要求6所述的一种用于废弃油气井改造的地热方法，其特征在于，还包括光纤保护装置，所述光纤保护装置包括接箍保护器和钢扎带，所述接箍保护器设置在所述保温件和所述蒸发件的连接处，所述接箍保护器与所述测温光纤配合使用；所述测温光纤通过所述钢扎带固定在所述保温件和所述蒸发件上。

10.根据权利要求6所述的一种用于废弃油气井改造的地热方法，其特征在于，所述液态工质的注入量根据所述测温光纤所测温度进行调节。

技术总结
本发明公开了一种用于废弃油气井改造的地热装置及方法，其中地热装置包括设置在废弃油气井井口位置的换热器以及位于废弃油气井井内的无动力换热器，无动力换热器包括保温件和蒸发件，换热器、保温件和蒸发件自上而下依次连通，向无动力取热器中注入液态工质，液态工质在原油层中吸热蒸发为气态工质，气态工质依次经过蒸发件和保温件传输至换热器中，气态工质在换热器中内冷凝放出热量变为液态工质，液态工质在重力作用下回流至废弃油气井井底。本发明实现了真正意义上的“取热不取水”过程，并且运行过程中不需要水泵，降低运行成本。

技术研发人员：王俊逸,李龙,鞠贵冬,刘旭阳
受保护的技术使用者：双良节能系统股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29