摘要：为提高中深层地热井取热效率,设计了一种水平井同轴套管换热器,考虑地下渗流场作用,研究了渗流速度、渗流方向、水平段长度等因素对水平井同轴套管换热器取热性能的影响。结果表明:水平井同轴套管换热器的出口温度和取热功率比传统垂直井同轴套管换热器提高了12.6%和42.9%;间歇开采工况下取热系统的出口温度降幅较小,且地层温度恢复更好;当含水层的渗流速度大于5×10^(-8)m/s时,系统出口温度高于无含水层,渗流速度过低不利于地热井取热;渗流方向垂直于水平段,对系统取热性能的提升效果强于与水平段同向工况;适量增加注入流量、降低注入温度、增加水平段长度,可有效提高地热井取热量。

摘要：基于能量守恒和热传导理论,建立了2000 m深度同轴套管换热器的地下取热换热模型,开展了数值模拟,并与实测结果进行了对比分析。获得了不同流量条件下同轴套管换热器的进出口温差、换热性能以及沿深度方向上水温变化规律。结果表明,模拟与试验结果吻合较好。在当前模拟条件下,同轴管套的稳态换热量变化范围为110~210 kW(55~105 W/m)。增大流量可以获得120 W/m甚至更高的延米换热量,但需要考虑水泵功耗对系统能效的影响。由于深层地温较高,地温恢复快,同轴套管换热器更适合于间歇运行,以便发挥其高效换热能力的优势。同轴套管换热器实际工程设计时,管间距离应不低于10 m为宜。

摘要：地热能是一种含量丰富、成本相对低廉且分布广泛的可再生能源.雄安新区地热储量丰富,亟需高效取热的技术.地热井同轴套管闭式循环取热技术是一种适用于中深层地热、兼具换热效率高和“取热不取水”等优点的新型地热开发模式.单井同轴套管闭式换热系统由钻入地热地层中的垂直井以及井筒中呈同轴位置关系的中心管组成.在此系统中,循环工质从地面通过高压泵被注入环空,通过热对流和热传导从井壁提取热量,然后通过中心管返回地面流经热交换器被利用.本文针对雄安新区地热储层,首先完成同轴套管保温结构、高导热水泥的设计与研发;然后根据设计结果,对地热储层最大产能、井下换热系统取热效率及关键参数的影响规律进行了数值模拟研究;最后在研究基础上,开展同轴套管闭式循环取热技术的现场试验,完成针对中低温地热资源的同轴套管闭式循环取热技术研究及分析,并基于现场情况对不同热储条件和保温结构进行了经济性分析.研究结果表明,地热井同轴套管闭式循环取热技术可以满足对中深层地热能的开发需求,设计的保温结构和高导热水泥对取热供热有积极作用,形成了包括井身结构设计、保温结构设计、井下高效取热装置开发等在内的地热井高效取热完整技术体系.