一种干热岩控压隔热开采系统的制作方法

本发明涉及高温地热和干热岩资源开采的技术领域，尤其是涉及一种干热岩控压隔热开采系统。

背景技术：

近年来，深部地热资源的开发利用迅速发展，已成为世界各国重点研究战略替代清洁能源。依据存在形式，深部地热可分为水热型和干热岩型两种类型。干热岩是指埋藏于地下内部不含水或蒸汽的高温岩体，以花岗岩等火成岩为主，温度高于180℃，具有高温、坚硬和致密的特点，干热岩内所能蕴含的热能是开发利用的对象。干热岩资源开发潜力巨大、分布范围广、清洁可持续，据估计地壳深部3-10千米深度范围内干热岩所蕴含的能量相当于全球化石能源总能量的30倍。当前技术条件下，干热岩热能的开采需实施多眼钻入高温坚硬的干热岩中的钻井，并采用压裂等方法实现井间的连通，采热工质(一般为水)通过注入井进入地层与干热岩进行热交换，加热后的采热工质通过采出井提取至地面，在地面上利用降温后重新进入注入井，形成循环。该过程涉及的采热工质持续不断地与干热岩进行热交换，并将热量采出地面，如何实现这一循环过程的连续稳定，是实现干热岩资源开采利用的关键难题之一。

目前，国外干热岩项目一般采用简单注采循环的方式进行热量开采，井内管柱未采取隔热措施，采出过程不稳定、采出率低、热损失大、自耗能大；国内有干热岩热能开采的相关试验研究，例如单井开采，但单井方式因换热面积过小采出热量下降快、无法持续稳定，国内相关水热型地热开采也未见采取隔热措施案例。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种干热岩控压隔热开采系统，以缓解了现有的干热岩开采系统的稳定性较差且热损失较大的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种干热岩控压隔热开采系统，包括：采出井，地面设备，注入井，隔热管路和压力调节设备，其中，所述地面设备通过所述隔热管路分别与所述采出井、所述注入井、所述压力调节设备相连接；所述采出井，用于将目标采热工质抽送至所述地面设备，其中，所述目标采热工质为由干热岩加热后的采热工质；所述地面设备，用于对所述目标采热工质进行目标处理，得到处理后的目标采热工质，并将所述处理后的目标采热工质输送至所述注入井，其中，所述目标处理包括：过滤，热交换，加药，除杂；所述注入井，用于将所述处理后的目标采热工质输送至所述干热岩，以使所述干热岩对所述处理后的目标采热工质进行加热；所述隔热管路，用于所述干热岩控压隔热开采系的采热工质进行输送和保温；所述压力调节设备，用于对所述干热岩控压隔热开采系统内的压力进行调节。

进一步地，所述隔热管路包括：第一井内管路，第二井内管路和地面管路，所述第二井内管路设置在所述注入井内。

进一步地，所述采出井内设置有高压电潜泵和所述第一井内管路，其中，所述高压电潜泵通过所述第一井内管路和所述地面管路与所述地面设备相连接。

进一步地，所述地面设备包括：过滤器，换热器，处理装置和加药口，其中，所述过滤器，所述换热器，所述处理装置和所述加药口依次通过所述地面管路相连接，所述加药口通过所述地面管路与所述第二井内管路相连接；所述过滤器，用于对所述目标采热工质进行过滤；所述换热器，用于对完成过滤的采热工质进行热交换，得到完成热交换的目标采热工质；所述处理装置，用于去除所述完成热交换的目标采热工质内的目标物质，得到中间采热工质，其中，所述目标物质包括杂质和易结垢组分；所述加药口，用于将药剂添加至所述中间采热工质中，得到所述处理后的目标采热工质。

进一步地，所述压力调节设备包括：背压泵，缓冲罐，增压补水泵，蓄水池和监测仪表，其中，所述背压泵通过所述地面管路与所述采出井相连接，所述缓冲罐通过所述地面管路与所述过滤器和所述采出井相连接，所述增压补水泵通过所述地面管路分别与所述蓄水池、所述水处理装置和加药口和所述注入井相连接，所述监测仪设置在所述隔热管路上；所述背压泵，用于保持所述采出井内的背压；所述缓冲罐，用于为所述目标采热工质提供缓冲，以避免所述干热岩控压隔热开采系统内产生压力脉冲；所述蓄水池，用于存储补充水，并将所述补充水通过所述增压补水泵注入所述完成热交换的目标采热工质；所述增压补水泵，用于在所述完成热交换的目标采热工质为水的情况下，对所述完成热交换的目标采热工质进行加压和补水；所述监测仪表，用于采集所述干热岩控压隔热开采系统内的运行数据，其中，所述运行数据包括：压力数据，流量数据和温度数据。

进一步地，所述监测仪表包括：第一组监测仪表，第二组监测仪表，第三组监测仪表和第四组监测仪表，其中，所述第一组监测仪表设置在所述背压泵与所述采出井之间的地面管路上，所述第二组监测仪表设置在所述缓冲罐与所述采出井之间的地面管路上，所述第三组监测仪表设置在所述增压补水泵与所述注入井之间的地面管路上，所述第四组监测仪表设置在所述注入井上。

进一步地，所述隔热管路为中空隔热泵管或填充保温材料的隔热泵管。

进一步地，所述采热工质为水或其他流体，其中，所述其他流体包括以下之一：二氧化碳，氮气。

进一步地，所述采出井和所述注入井的数量为一个或多个，且所述采出井和所述注入井的类型为以下之一：垂直井，斜井，水平井。

进一步地，所述增压补水泵的运行状态为间歇性运行。

在本发明实施例中，通过采出井将目标采热工质抽送至换热器，其中，目标采热工质为由干热岩加热后的采热工质；地面设备对目标采热工质进行目标处理，得到处理后的目标采热工质，并将处理后的目标采热工质输送至注入井，其中，目标处理包括：过滤，热交换，加药，除杂；注入井将处理后的目标采热工质输送至干热岩，以使干热岩对处理后的目标采热工质进行加热；隔热管路所述干热岩控压隔热开采系的采热工质进行输送和保温；压力调节设备对干热岩控压隔热开采系统内的压力进行调节，达到了利用压力调节设备对系统内的压力进行调整，以及利用隔热管路降低了系统的热量损失的目的，进而解决了现有的干热岩开采系统的稳定性较差且热损失较大的技术问题，从而实现了提升干热岩开采系统的稳定性和经济效益的技术效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种干热岩控压隔热开采系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种干热岩控压隔热开采系统的示意图；

图3本发明实施例提供的一种干热岩控压隔热开采系统的压力控制原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种干热岩控压隔热开采系统的实施例。

如图1所示，图1是根据本发明实施例的一种干热岩控压隔热开采系统的示意图，如图1所示，该系统包括：采出井10，地面设备20，注入井30，隔热管路40和压力调节设备50，其中，所述地面设备通过所述隔热管路分别与所述采出井、所述注入井、所述压力调节设备相连接；

所述采出井10，用于将目标采热工质抽送至所述地面设备，其中，所述目标采热工质为由干热岩加热后的采热工质；

所述地面设备20，用于对所述目标采热工质进行目标处理，得到处理后的目标采热工质，并将所述处理后的目标采热工质输送至所述注入井，其中，所述目标处理包括：过滤，热交换，加药，除杂；

所述注入井30，用于将所述处理后的目标采热工质输送至所述干热岩，以使所述干热岩对所述处理后的目标采热工质进行加热；

需要说明的是，上述的采热工质可为水，或二氧化碳、氮气等其他流体。

所述隔热管路40，用于所述干热岩控压隔热开采系的采热工质进行输送和保温；

需要说明的是，上述的隔热管路主要是井内管路，井内管路为真空隔热泵管或填充保温材料的隔热泵管。

本发明隔热管路对干热岩进行开采可减少采热工质在采出井内、注入井内的延程热损失，提高热量的提取效率。

所述压力调节设备50，用于对所述干热岩控压隔热开采系统内的压力进行调节。

需要说明的是，上述的采出井和注入井的数量可为均可为单眼和多眼，井型可为垂直井、斜井与水平井。

在本发明实施例中，通过采出井将目标采热工质抽送至换热器，其中，目标采热工质为由干热岩加热后的采热工质；地面设备对目标采热工质进行目标处理，得到处理后的目标采热工质，并将处理后的目标采热工质输送至注入井，其中，目标处理包括：过滤，热交换，加药，除杂；注入井将处理后的目标采热工质输送至干热岩，以使干热岩对处理后的目标采热工质进行加热；隔热管路所述干热岩控压隔热开采系的采热工质进行输送和保温；压力调节设备对干热岩控压隔热开采系统内的压力进行调节，达到了利用压力调节设备对系统内的压力进行调整，以及利用隔热管路降低了系统的热量损失的目的，进而解决了现有的干热岩开采系统的稳定性较差且热损失较大的技术问题，从而实现了提升干热岩开采系统的稳定性和经济效益的技术效果。

现有技术中，干热岩靠猜系统采用简单注采循环的方式进行热量开采，采出过程不稳定、采出率低、自耗能大，且频繁的应力绕道易诱发地震；国内有干热岩热能开采的相关试验研究，例如单井开采，但单井方式因换热面积过小采出热量下降快、无法持续稳定等问题。本发明以控制整个循环系统各阶段压力的系统和方法为核心，通过控制压力保持干热岩热储裂隙稳定张开、系统平衡，减少结垢，结合隔热管路降低延程热损失，以保证采热工质(一般为水)稳定连续、经济高效、安全提取干热岩热能，支撑实现干热岩资源的开发利用。

在本发明实施例中，所述隔热管路40包括：第一井内管路401，第二井内管路402和地面管路403，所述第二井内管路设置在所述注入井内。

所述采出井内设置有高压电潜泵11和所述第一井内管路，其中，所述高压电潜泵通过所述第一井内管路和所述地面管路与所述地面设备相连接。

在本发明中，高压电潜泵通过隔热管路将目标采热工质抽采至地面管路内。

本发明控压开采可维持干热岩热储裂隙稳定张开，降低采热工质在裂隙内的流动阻力，大部分时间仅需依靠井内的高温电潜泵即可维持开采循环，采热稳定平衡、自耗能低，同时避免了压力大幅波动可减少结垢。

在本发明实施例中，如图2所示，所述地面设备20包括：过滤器21，换热器22，处理装置23和加药口24，其中，所述过滤器，所述换热器，所述处理装置和所述加药口依次通过所述地面管路相连接，所述加药口通过所述地面管路与所述第二井内管路相连接；

所述过滤器21，用于对所述目标采热工质进行过滤；

所述换热器22，用于对完成过滤的采热工质进行热交换，得到完成热交换的目标采热工质；

所述处理装置23，用于去除所述完成热交换的目标采热工质内的目标物质，得到中间采热工质，其中，所述目标物质包括杂质和易结垢组分；

所述加药口24，用于将药剂添加至所述中间采热工质中，得到所述处理后的目标采热工质。

在本发明实施例中，如图2所示，所述压力调节设备50包括：背压泵51，缓冲罐52，增压补水泵53，蓄水池54和监测仪表55，其中，所述背压泵通过所述地面管路与所述采出井相连接，所述缓冲罐通过所述地面管路与所述过滤器和所述采出井相连接，所述增压补水泵通过所述地面管路分别与所述蓄水池、所述水处理装置和加药口和所述注入井相连接，所述监测仪设置在所述隔热管路上；

所述背压泵51，用于保持所述采出井内的背压；

所述缓冲罐52，用于为所述目标采热工质提供缓冲，以避免所述干热岩控压隔热开采系统内产生压力脉冲；

所述蓄水池54，用于存储补充水，并将所述补充水通过所述增压补水泵注入所述完成热交换的目标采热工质；

所述增压补水泵53，用于在所述完成热交换的目标采热工质为水的情况下，对所述完成热交换的目标采热工质进行加压和补水；

所述监测仪表55，用于采集所述干热岩控压隔热开采系统内的运行数据，其中，所述运行数据包括：压力数据，流量数据和温度数据。

需要说明的是，增压补水泵为间歇性运行，大部分时间内无需运行，采出井电潜泵提供的压力足以维持注入压力，构成循环。

另外，还需要说明的是，上述的监测仪表55包括：第一组监测仪表551，第二组监测仪表552，第三组监测仪表553和第四组监测仪表554，其中，所述第一组监测仪表设置在所述背压泵与所述采出井之间的地面管路上，所述第二组监测仪表设置在所述缓冲罐与所述采出井之间的地面管路上，所述第三组监测仪表设置在所述增压补水泵与所述注入井之间的地面管路上，所述第四组监测仪表设置在所述注入井上。

下面，将结合图1和图2对上述系统的工作过程进行详细说明。

高温电潜泵通过第一井内隔热管路将热水抽采至地面管路内，地面管路延程设置有缓冲罐，以避免系统产生压力脉冲，之后经过滤器后进入换热器，与发电等利用系统进行热交换。

冷却后的成为冷水，进入回注阶段，经过处理装置，流经增压补水泵，增压补水泵根据系统水量和压力情况自动间歇性运行维持循环系统的压力和水量。随后，冷水通过第二井内隔热管路和注入井2井筒进入干热岩热储裂隙内，被干热岩热储加热后成为热水，并进入采出井。

如图3所示，采出井设置有背压泵，通过背压流体(气体或水)维持采出井背压p0，以提高井底压力保持采出井附近干热岩热储裂隙张开度，降低储层摩阻，从而降低注入压力p2，通过高温潜水泵实现整个系统循环，同时可避免采出井内水因高温导致闪蒸。

高温电潜泵将热水采出泵压提升至p1，经过地面管路与设施后产生地面压降，注入压力降为p2，p2大于储层摩阻和采井背压，形成循环。

根据系统压力和水量情况进行增压和补水。

各环节设置有压力计、流量计和温度计等监测仪表，系统根据压力和流量实际情况，在预先设置的控制策略下自动稳定系统的压力和流量。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。