李海福 楊 宇 宋榮彩 王玉婷 孫晗森 鄭麗婧

1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院 2.中海石油研究總院有限責(zé)任公司

0 引言

根據(jù)地?zé)豳Y源的埋藏深度可以將地?zé)豳Y源簡單分為淺層地?zé)豳Y源和中深層地?zé)豳Y源，距離地表200 m深度內(nèi)的資源為淺層地?zé)豳Y源，賦存于地下200～3 000 m的地?zé)豳Y源為中深層地?zé)豳Y源。

在淺層地?zé)豳Y源開發(fā)中，主要是利用地源熱泵系統(tǒng)進行開采利用，技術(shù)較為成熟。主要應(yīng)用在農(nóng)村和城區(qū)的供暖、空調(diào)制冷、道路交通等[1-2]，還有城市的地鐵、酒店、餐廳、防護工程建設(shè)等方面[3-5]。中深層地?zé)豳Y源可分為水熱型地?zé)豳Y源和干熱巖兩種類型。水熱型地?zé)豳Y源可直接用于供暖、養(yǎng)殖業(yè)及醫(yī)療洗浴等方面。但我國干熱巖發(fā)電技術(shù)起步較晚，僅在青海省共和盆地、中國東北的松遼盆地及中國東南沿海等地區(qū)取得了一定的成果[6-8]。針對中深層地?zé)豳Y源的開發(fā)，有直接開采熱水及井下?lián)Q熱器的方式進行開采，隨著對地?zé)崴Y源保護措施的加大，關(guān)于單井井下?lián)Q熱器的研究增多。

對于換熱技術(shù)，陳雁等人[9]對井下?lián)Q熱器裝置進行模擬，采用U型銅管進行換熱輸出功率影響因素研究，得出通過增強儲層—井壁—U型管換熱器之間的自然對流來提高換熱效率的結(jié)論；卜憲標(biāo)等人[10]研究井內(nèi)對流熱阻與巖石熱阻的關(guān)系，結(jié)果表明對流熱阻小于巖石熱阻、增加井深和降低注入水溫度可以有效提高換熱效率。對于換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計，李思奇等人[11]通過數(shù)值模擬技術(shù)，對井下?lián)Q熱器儀器進行改進，在內(nèi)管上采用絕熱材料與普通材料的混合設(shè)計，在控制成本的基礎(chǔ)上優(yōu)化了換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

因此，目前井下?lián)Q熱器開采技術(shù)存在“不乏理論技術(shù)，缺少現(xiàn)場實踐”的特點。同時，由于換熱效率的影響因素頗多、對于巖石傳熱學(xué)研究的不徹底、設(shè)備選材的不確定性以及高昂的成本等“劣勢”，使得井下?lián)Q熱器開采技術(shù)的發(fā)展受到制約。所以如何經(jīng)濟、有效地采熱對于地?zé)崮艿睦脕碚f具有非常重要的意義，以此為出發(fā)點對比井下?lián)Q熱器開采存在的優(yōu)缺點，并對其發(fā)展方向進行分析。

1 中深層地?zé)豳Y源開發(fā)方式

1.1 水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)方式

水熱型地?zé)豳Y源的傳統(tǒng)開發(fā)方式主要是利用直接抽取熱水，如對井開采、多分支井開采等技術(shù)[12]。這種開采方式存在不足：抽取地?zé)崴焕诳沙掷m(xù)發(fā)展，多井開采存在鉆井事故多、鉆井成本高等問題，并且地?zé)峋驳慕Y(jié)垢、腐蝕問題不容忽視。與之對應(yīng)，單井井下?lián)Q熱開采技術(shù)具有“取熱不取水”的特點，在換熱過程沒有地下熱水采出，解決了回灌問題并且避免了地下水污染，同時，具有節(jié)約鉆井成本的優(yōu)點。因此，單井井下?lián)Q熱開采技術(shù)作為一種新興開發(fā)技術(shù)，具有巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.2 干熱巖型地?zé)豳Y源開發(fā)方式

干熱巖傳統(tǒng)開采模式為壓裂及化學(xué)刺激技術(shù)，在控制裂縫網(wǎng)絡(luò)、構(gòu)建人工熱儲方面存在技術(shù)瓶頸。如果采用單井井下?lián)Q熱開采技術(shù)，如同軸套管換熱器和超長重力熱管換熱器技術(shù)，對于壓裂的要求更低，避免了壓裂縫網(wǎng)復(fù)雜、井間連通困難的問題。這些單井井下?lián)Q熱開采技術(shù)還可以與發(fā)電廠進行耦合，利用開采出的熱能進行發(fā)電等[13]，具有節(jié)約成本、操作簡單的優(yōu)點，適用于干熱巖的開采。

如表1所示，單井井下?lián)Q熱器相較于傳統(tǒng)開采技術(shù)，具有低成本、易操作的優(yōu)點。因此，對單井井下?lián)Q熱器的原理進行分析，并對其應(yīng)用前景進行對比分析，是十分必要的。

表1 傳統(tǒng)開采與單井井下?lián)Q熱器開采對比表

2 單井井下?lián)Q熱器分類及應(yīng)用

單井井下?lián)Q熱器最初只用于淺層地?zé)豳Y源。隨著淺層地埋管換熱器的不斷發(fā)展，單井井下?lián)Q熱這一技術(shù)越來越趨于成熟，并且延伸到中深層地?zé)豳Y源的開發(fā)中。國內(nèi)外學(xué)者對單井井下?lián)Q熱也進行了相關(guān)理論研究。1992年，D.H. Freeston和M.G.Dunstall[14]在羅托魯瓦地?zé)崽镞x取一系列的低壓井進行井下?lián)Q熱器實驗，在該地區(qū)對原有的井進行改造并使用井下熱交換器，效益良好。

單井井下?lián)Q熱器分為同軸套管、U型管及超長重力熱管換熱器，可以適應(yīng)不同類型的地?zé)豳Y源開采。目前國內(nèi)外對于中深層U型管換熱技術(shù)的研究相對較少，并且重力熱管換熱技術(shù)大多都用于其他化工生產(chǎn)或者廢熱回收中[15-16]，而針對同軸套管換熱器的研究更為成熟。

2.1 同軸套管換熱器

眾多學(xué)者對同軸套管換熱器做了相關(guān)研究，在模型建立及分析方面：Yiqun Zhang[17]建立包含換熱器及鄰近地層的三維傳熱模型，并在現(xiàn)場進行測試，測試表明模型具有可靠性并且驗證了前人提出的井筒、流體的相關(guān)參數(shù)對換熱性能的影響，具有較好的指導(dǎo)意義；Aiqiang Pan[18]提出一種新型的同軸套管換熱器分析模型，在實際應(yīng)用中遇到井壁溫度升高的問題，經(jīng)過分析進行改進，總結(jié)出一種解決井壁溫度升高的新方法，優(yōu)化數(shù)值分析模型，使其具有計算精度高、計算速度快的特點。

基于建立的模型，一些學(xué)者提出優(yōu)化設(shè)計方案。P.J. Yekoladio， T. Bello-Ochende[19]針對井下同軸換熱器，進行熱力學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，確定工質(zhì)的最佳泵送流量、同軸套管內(nèi)外管的最佳直徑比，在節(jié)約鉆采成本的基礎(chǔ)上提高采熱效率；Ling Ma[20]針對中深層井下同軸套管換熱開采過程提出一種瞬態(tài)熱傳導(dǎo)與井筒傳熱過程耦合的解析模型，該模型的主要特點是進行分段計算，結(jié)果為井下同軸套管換熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

2.1.1 換熱原理

同軸套管換熱器常用于水熱型或干熱巖地?zé)豳Y源的單井換熱開采中。它是井內(nèi)下入的一套同心的環(huán)狀軸管，管材隔熱效果良好。將冷水從環(huán)形空間注入，儲層中的熱水通過井內(nèi)套管壁和水泥環(huán)進行熱傳導(dǎo)，加熱環(huán)形空間中的冷水，再從同軸套管中抽出進行熱能提取，最后將提取后的冷水注入循環(huán)系統(tǒng)，達到“取熱不取水”的目的[21-23]。

對于垂直井，中深層同軸套管換熱器其結(jié)構(gòu)與淺層埋管同軸換熱器的結(jié)構(gòu)大致相同，只是其應(yīng)用的井深較大，一般大于1 000 m。其結(jié)構(gòu)主要組成部分為：外管、內(nèi)管、固井材料、循環(huán)泵、換熱器等。根據(jù)流體在管內(nèi)的流動方式可將其分為正循環(huán)和反循環(huán)兩種方式，正循環(huán)是指外部流體從內(nèi)管流入，通過與外部儲層的熱傳導(dǎo)，再從環(huán)空中流出（圖1）；反循環(huán)是指外部流體從環(huán)空中注入，最后從內(nèi)管抽出的循環(huán)方式（圖2）。

圖1 垂直井同軸套管換熱器正循環(huán)示意圖

圖2 垂直井同軸套管換熱器反循環(huán)示意圖[22]

對于水平井，中深層同軸套管換熱器要設(shè)置相應(yīng)的水平管段，并在水平管段設(shè)置相應(yīng)的換熱器。水平井中的同軸套管換熱器在換熱管段的循環(huán)對流效果較差，通常在換熱器內(nèi)安裝潛水泵，增強地層與換熱器之間的循環(huán)對流[24]。水平井的同軸套管換熱器結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要組成部分為：內(nèi)管、外管I、外管Ⅱ、環(huán)空I、環(huán)空II、潛水泵等。根據(jù)流體的循環(huán)方式，水平同軸套管換熱器又可分為兩種類型：第一種是工質(zhì)從環(huán)空II中注入，經(jīng)循環(huán)后從環(huán)空I中流出，同時潛水泵抽取地?zé)崃黧w并從內(nèi)管前端注入，流經(jīng)換熱器后從末端流出到地層中，經(jīng)循環(huán)對流再次回到換熱器前端（圖3a）；第二種是工質(zhì)從內(nèi)管中注入，經(jīng)循環(huán)后從環(huán)空I中流出，潛水泵抽取地?zé)崃黧w并從前端環(huán)空Ⅱ注入，流經(jīng)換熱器后從環(huán)空Ⅱ末端流出到地層中，經(jīng)循環(huán)對流再次回到換熱器前端（圖3b）。

圖3 兩類水平井套管換熱器示意圖[24]

2.1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

截至目前，很多國家和地區(qū)都已經(jīng)利用同軸套管換熱器進行熱采。在20世紀(jì)90年代，Koji Morita等學(xué)者[25]首次進行中深層同軸套管的換熱測試。測試井深約900 m，最大取熱量達到370 kW，證實中深層單井換熱技術(shù)的可行性。1994年，在Weggis Switzerland地區(qū)，采用同軸套管井下?lián)Q熱器進行換熱開采，其完井深度為2 300 m，井底溫度為78℃。根據(jù)Eugster和Fuglister的報道，其平均產(chǎn)出溫度為40.5℃，采出的熱能達到220 MWh/a，可直接應(yīng)用。2001年，該系統(tǒng)增加三套多戶住宅的熱能供應(yīng)，由于輸送的熱量幾乎增加了一倍，生產(chǎn)溫度降至37.2℃[26]。

德國亞琛工業(yè)大學(xué)的學(xué)生服務(wù)中心“Super C”大樓的供暖和制冷利用一口2 500 m深的地?zé)峋甗27]（圖4）。在該項目中，亞琛工業(yè)大學(xué)試圖將井下同軸套管換熱器內(nèi)管材質(zhì)改為一種新型的玻璃纖維塑料管，但由于該種材料只能應(yīng)用于井深小于1 965 m的地?zé)峋?，結(jié)果井口產(chǎn)出溫度僅僅達到35℃，沒有達到預(yù)期，于2014年該項目宣布失敗。

圖4 德國亞琛工業(yè)大學(xué) “Super C”大樓照片[27]

2.1.3 發(fā)展趨勢分析

同軸套管單井井下?lián)Q熱器可通過在換熱管段增加潛水泵，以增強管段換熱的強制對流，從而增強工質(zhì)和儲層流體之間的熱交換熱效率。此外，在定向鉆完井技術(shù)及井下設(shè)備的技術(shù)支撐下，使水平井的單井井下同軸套管換熱成為可能。但不管是垂直井還是水平井，同軸套管換熱器目前存在安裝復(fù)雜、換熱效率不夠高等問題，其改進的關(guān)鍵是要有效提高換熱效率。研究表明[28]，同軸套管換熱器的內(nèi)管材質(zhì)、內(nèi)管直徑、流體循環(huán)方式及循環(huán)流量、鉆井深度等都會影響同軸套管的換熱效率。

因此，基于以上幾種影響因素，為提高換熱性能，對同軸套管換熱器的優(yōu)化提出以下幾點建議：①盡量使用高熱阻材質(zhì)的內(nèi)管，減輕環(huán)空中的流體與內(nèi)管的熱短路現(xiàn)象；②參考鉆井井孔直徑，調(diào)整內(nèi)外管直徑比值，適當(dāng)減小內(nèi)管直徑；③對比正循環(huán)、反循環(huán)兩種方式的換熱效果，優(yōu)選循環(huán)方式；④綜合考慮換熱性能、鉆井成本適當(dāng)增加鉆井深度。

2.2 U型管換熱器

2.2.1 換熱原理

U型管換熱器常見于淺層地埋管換熱器之中。其換熱原理是將換熱器下入井內(nèi)，在地面用水泵將工質(zhì)（冷水）驅(qū)入U型管的一個端口，流體流經(jīng)井下?lián)Q熱器管段并與地?zé)崴M行熱交換后，其溫度升高。然后從另一端口采出熱水進行綜合利用，將降溫后的冷水再次注入換熱器內(nèi)，進行循環(huán)換熱[29]（圖5）。

U型管井下?lián)Q熱器通常又可以分為單U型（圖5）和雙U型（圖6）。從圖中可以看出，單U型管換熱器的基本結(jié)構(gòu)為：U型內(nèi)管、循環(huán)泵、換熱器等。雙U型管結(jié)構(gòu)與單U型管結(jié)構(gòu)類似，只是U型單管換成了U型雙管。已有的研究[30]表明：從熱泵

圖5 單U型管換熱器工作原理圖[29]

圖6 雙U型管工作示意圖

單U型管換熱器在工作時，井內(nèi)流體與套管環(huán)空會發(fā)生自然對流現(xiàn)象。即井內(nèi)流體在重力作用下向下流動，通過套管下部射孔進入環(huán)空，與環(huán)空中溫度較高、密度較小的熱水混合并向上循環(huán)至上部射孔再進入井內(nèi)，產(chǎn)生循環(huán)對流。因此，為了提高換熱效率，常在單U型管換熱器中安裝強化換熱裝置，例如對流增速管。機組運行效率上看，雙U型管換熱器的效率高于單U型；但從進出口溫差上看，單U型換熱器換熱效率要優(yōu)于雙U型換熱器。因此使用雙U型換熱器雖然可以一定程度上增大單位井深的換熱量，但同時也會增加U型管材料。對此，以下主要介紹單U型管的工作原理及應(yīng)用。

對流增速管可以有效增強循環(huán)對流，提高換熱效率，其結(jié)構(gòu)是一段兩端連通的管道，安置于井下液位與井底之間。如圖7所示，在井內(nèi)安裝有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三種模式。Ⅰ型是將對流增速管安置在U型管旁側(cè)，Ⅱ型是將對流增速管安置于U型管外側(cè)，Ⅲ型是將對流增速管安置在U型管的一個管上?，F(xiàn)場生產(chǎn)中，一般使用Ⅰ型對流增速管（圖5），有利于降低成本。Torren T S的有無對流增速管的對比實驗表明，如果井下U型管換熱器不安裝對流增速管，那么在垂直方向上地?zé)崴臏囟染哂休^大差異。而對流增速管可以有效減少甚至消除這一差異，并且增強自然對流現(xiàn)象，從而提高換熱器的換熱效率。

圖7 幾種對流增速管安裝位置示意圖

2.2.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，在淺層地源熱泵開發(fā)技術(shù)中，U型管換熱器占有舉足輕重的地位，幾乎在全國各地都有應(yīng)用。但是，在中深層水熱型地?zé)豳Y源的開采中，還沒有相關(guān)現(xiàn)場應(yīng)用。

2.2.3 發(fā)展趨勢分析

針對U型管換熱器換熱效率較低的缺陷，國外學(xué)者在20世紀(jì)80年代對此提出對流增速管這一概念。隨后，David Gordon和Tirupati Bolisetti等[31]分析U型管井下?lián)Q熱器工作短期時間內(nèi)的溫度場變化，提出圓柱形熱源組合模型，為U型管換熱器周圍溫度場的解釋提供了一種簡單有效的方法。同年，Yu Shi，Xianzhi Song等[29]建立了井下?lián)Q熱器滲流場和溫度場的三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型，比較了單U型、雙U型管換熱器的換熱性能，并通過實驗驗證了換熱器出入口溫度、儲層孔隙度、管壁的導(dǎo)熱率等因素對換熱器性能的影響。近年來，關(guān)于U型管換熱器的理論研究增多，研究面也越來越廣。

Zehao Lyu，Xianzhi Song等[32]人在 2017年，基于中國辛集地?zé)崽锏牡責(zé)衢_采情況，綜合分析了質(zhì)量流量、深度、U型管管長流體與熱儲的溫度差等參數(shù)對換熱器性能的影響。通過比較，得出管長對U型管的換熱效率影響最大這一結(jié)論，因此適當(dāng)延長U型管管長可以有效開發(fā)地?zé)崮躘32]。2018年，Zehao Lyu地?zé)釄F隊又對中國霸州的地?zé)崽镞M行研究[33]，結(jié)果表明地?zé)醿拥姆蔷|(zhì)性對U型管的換熱性能影響不大，所以在U型管的安裝過程中不用考慮其安裝位置。

U型管單井井下?lián)Q熱器具有安裝簡便、不易滲漏的優(yōu)點。雖然取熱功率在中深層開采中要小于同軸套管式換熱器、取熱量低于開放式開采下的取熱量，換熱效率也不高。但是若能將淺層U型管換熱器移植到中深層地?zé)衢_發(fā)中，那么中深層水熱型地?zé)豳Y源的開發(fā)將達到一個新的高度。因此，在中深層地?zé)衢_發(fā)中，U型管單井井下?lián)Q熱器的應(yīng)用研究是未來單井井下?lián)Q熱發(fā)展的主要方向之一。

2.3 超長重力熱管換熱器

重力熱管技術(shù)較早是用于工業(yè)鍋爐、電力技術(shù)以及余熱回收等方面。但隨著技術(shù)的發(fā)展，改進的超長重力熱管技術(shù)在干熱巖資源的開采中展現(xiàn)出了可行性。

關(guān)于重力熱管換熱技術(shù)的研究不多，有學(xué)者提出超長重力熱管技術(shù)，并將其應(yīng)用于干熱巖的開采。例如張龍等[34]基于3 000 m井深的超長重力熱管進行測試觀察，總結(jié)出工質(zhì)的選取應(yīng)該具有較小的液體密度、較大的蒸汽密度以及較大的汽化潛熱等特點。在2016年，林紅等學(xué)者通過一系列的改進實驗和數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)超長重力熱管的接頭連接方式、工質(zhì)的選取、重力熱管的傾斜角度、充液量等方面的研究仍然有較大的改進空間。黃文博等[35]提出應(yīng)用超長重力熱管技術(shù)開采干熱巖的過程中，其熱管充液量、有無裂隙性熱儲以及成本造價等因素仍然需要進一步進行研究和探索。

2.3.1 換熱原理

重力熱管換熱器又稱為熱虹吸管換熱器，主要分為三大部分：冷凝段、絕熱段和蒸發(fā)段，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。而超長重力熱管增加了熱管的長度，以適應(yīng)深層干熱巖的開采。先在超長重力熱管井段對干熱巖進行壓裂，形成具有較大滲透率的熱儲區(qū)域，然后在熱儲區(qū)注入工質(zhì)，進而與熱管進行換熱[36]。由圖8可知，先在超長重力熱管中加入工質(zhì)，初始情況下，工質(zhì)處于熱管底部，受地下高溫儲層加熱后，使液體達到蒸發(fā)溫度，液體汽化為蒸汽，即出現(xiàn)“蒸發(fā)段”。 “蒸發(fā)段”的溫度和壓力都稍高于其他管段，因此熱管產(chǎn)生一定的壓力差，蒸汽向上移動，流經(jīng)絕熱段后到達“冷凝段”，經(jīng)換熱器換熱后冷凝成液體，在重力作用下流回“蒸發(fā)段”。以此來進行循環(huán)取熱，將地?zé)崮荛_采出來。

2.3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

意大利的Ischia島Campi Flegrei地?zé)崽锏責(zé)豳Y源豐富，該地?zé)崽镌诘孛嫦路?0 m左右的深度處流體溫度就可達到75℃。在該地使用圖8所示的兩相熱虹吸管原理進行開采測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)取熱效率在10～25 kW之間，有良好的經(jīng)濟效益[37]。在日本九州島的某地?zé)崽?，F(xiàn)ujikura公司開發(fā)了一種大規(guī)模提取地?zé)崮艿某L重力熱管,其外徑為150 mm，長度可達150 m，將其應(yīng)用于地?zé)峋校诋a(chǎn)出溫度從100℃ 增加到150℃。此外，在試驗測試中，該重力熱管能夠在80℃的工作溫度下連續(xù)提取90 kW的熱功率。因此，對于干熱巖的開采方面，使用超長重力熱管技術(shù)進行開發(fā)具有一定的可行性，但是沒有完整地建立起單井井下?lián)Q熱器的研發(fā)體系，大多只進行了室內(nèi)試驗及小規(guī)模的現(xiàn)場應(yīng)用。

圖8 重力熱管結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.3 發(fā)展趨勢分析

超長重力熱管換熱器對干熱巖的開采比傳統(tǒng)開采方式有較大的優(yōu)勢：

①超長重力熱管在換熱過程中，工質(zhì)在熱管內(nèi)部進行流動及相態(tài)轉(zhuǎn)化，可以避免工質(zhì)的損失；

②采取熱管換熱這種“間接取熱”的方式，避免了地?zé)崃黧w與井筒和其他儀器的直接接觸，減少了結(jié)垢、腐蝕等問題；

③超長重力熱管技術(shù)的應(yīng)用可減少壓裂次數(shù)，解決了縫網(wǎng)復(fù)雜、井間連通困難的問題，可以獲得較高的發(fā)電效率。

但是超長重力熱管技術(shù)是近些年來發(fā)展起來的新技術(shù)，其開發(fā)體系不夠完整，現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗不足。例如對于熱管內(nèi)部產(chǎn)生的積液效應(yīng)和充液量多少的設(shè)置問題：充液量過多，蒸發(fā)溫度相應(yīng)升高，導(dǎo)致傳熱較差；而充液量較少，蒸發(fā)溫度低，但液體難以較好地潤濕蒸發(fā)管段的內(nèi)壁，傳熱效果也很差。因此，利用超長重力熱管技術(shù)進行干熱巖開采，雖然具有可行性且開發(fā)效益可期，但目前還存在技術(shù)瓶頸，仍需進一步攻關(guān)。

2.4 單井井下?lián)Q熱器開采對比

通過對單井井下?lián)Q熱器換熱原理的研究以及應(yīng)用情況的分析，總結(jié)出不同類型的單井井下?lián)Q熱器的優(yōu)缺點及對比情況（表2）。

表2 單井井下?lián)Q熱器類型及特性

通過表2可知：①同軸套管換熱器在國內(nèi)外已經(jīng)開展應(yīng)用，其技術(shù)較為成熟，成本高和內(nèi)管材質(zhì)選擇是制約發(fā)展的關(guān)鍵因素；②超長重力熱管在現(xiàn)場應(yīng)用較少，因為在重力熱管的開發(fā)中，裂隙熱儲的存在與否會大大影響系統(tǒng)采熱性能，充液量的不確定使技術(shù)實施存在巨大難題；③U型管幾乎沒有現(xiàn)場應(yīng)用，主要是由于U型管在淺層地?zé)衢_發(fā)中的換熱效率較低，進而在中深層井下?lián)Q熱器中還沒有選用U型管管型，而強化對流增速管并應(yīng)用到U型管換熱器中，可以有效解決該問題。

因此，基于我國淺層地源熱泵技術(shù)先進、中深層地?zé)豳Y源豐富的特點，要打好地?zé)豳Y源開發(fā)的基礎(chǔ)，就要繼續(xù)發(fā)展同軸套管換熱器和重力熱管換熱器換熱技術(shù)。而將淺層地源熱泵技術(shù)中的U型管換熱器進行改進并應(yīng)用到中深層地?zé)豳Y源的開發(fā)中，這是提高開采效率的關(guān)鍵，可以有效增強地?zé)豳Y源的開發(fā)效果，具有良好的開發(fā)前景。

3 結(jié)論

對于中深層地?zé)豳Y源的開發(fā)，單井井下?lián)Q熱器比傳統(tǒng)開采方式具有節(jié)約成本、操作簡單的優(yōu)點。

1）同軸套管單井井下?lián)Q熱技術(shù)在國內(nèi)外取得了不錯的研究進展，換熱功率高?，F(xiàn)場完井深度可達2 300 m，出口水溫超過40℃，熱能產(chǎn)出可達220 MWh/a，開發(fā)效果較好。

2）超長重力熱管單井井下?lián)Q熱技術(shù)適用于干熱巖開采，產(chǎn)出溫度為100～150℃，效果良好。但開發(fā)技術(shù)存在瓶頸，現(xiàn)場應(yīng)用較少，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3）U型管單井井下?lián)Q熱技術(shù)換熱率較低，基本沒有現(xiàn)場應(yīng)用，但具有安裝方便、密閉性好等優(yōu)勢。將U型管換熱器應(yīng)用至中深層的地?zé)衢_發(fā)中并有效提高U型管換熱器的換熱量，是未來單井井下?lián)Q熱技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。