一種利用地球天然熱爐加熱地表水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用地球天然熱爐加熱地表水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“地?zé)帷笔侵改軌蚪?jīng)濟(jì)地為人類所利用的埋藏在地下的熱能資源的簡(jiǎn)稱。地球的熱場(chǎng)也稱地球的溫度場(chǎng)、或地?zé)釄?chǎng)，它與地球的電場(chǎng)、重力場(chǎng)、磁場(chǎng)等都是地球的物理場(chǎng)。地?zé)釄?chǎng)表示地球內(nèi)部各層中溫度的分布狀態(tài)。地球的各圈層溫度分布狀況和熱場(chǎng)的特征各不相同。通常所說的熱場(chǎng)是指地球上層能直接測(cè)量到的部分。
[0003]地?zé)豳Y源作為一種新能源，早已引起世界各國(guó)的重視。地?zé)豳Y源是一種寶貴的自然資源，有人曾做過如下的估計(jì)，地下熱能的總量約為全部煤儲(chǔ)量可能釋放的能量的I億7千萬倍。地?zé)豳Y源不僅可以提供熱能，而且還可提供供水水源及礦物資源，如提取有用元素和化合物。我國(guó)的地?zé)豳Y源豐富，是世界上開發(fā)最早的國(guó)家之一。
[0004]目前，我國(guó)用熱主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，即工業(yè)加熱、工農(nóng)業(yè)用熱、家庭取暖、洗浴、溫室種植、養(yǎng)殖等方面。而我國(guó)目前供熱主要是煤、電和部分地?zé)幔姵怂?、風(fēng)電、太陽能發(fā)電外，主要還是煤電。
[0005]根據(jù)建設(shè)部2010年的統(tǒng)計(jì)顯示，目前全國(guó)供熱采暖耗能全年約為2.5億噸煤，占全社會(huì)總能耗的10%。來自“清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)”2010年會(huì)的信息顯示，目前我國(guó)發(fā)電供熱用煤占全國(guó)煤炭生產(chǎn)總量的50%左右。因?yàn)?，煤是高污染能源，大約全國(guó)90%的SO2排放由煤電產(chǎn)生，80%的CO2排放量由煤電排放。在給人們生產(chǎn)、生活帶來便利的同時(shí)，也產(chǎn)生較大污染，給人們生命健康帶來危害。同時(shí)，燒煤的鍋爐屬于高壓容器，使用不當(dāng)還會(huì)產(chǎn)生爆炸等危險(xiǎn)。
[0006]按目前的開發(fā)利用水平估算，全國(guó)每年可開發(fā)利用地?zé)崴偭考s68.45億立方米，折合每年3284.8萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量。但是，現(xiàn)在被利用的還不到20%。即使如此，由于長(zhǎng)期盲目開采，造成使用不合理，綜合利用低，浪費(fèi)較為嚴(yán)重。有些地方，由于缺乏管理造成布井不合理、密度太大，開采過量，造成地下熱水位大幅度下降。大量的地?zé)崴S意排放到環(huán)境中，將造成地表水和地下淡水的污染。
[0007]我們生活的地球是一個(gè)巨大的低熱庫，僅地下10千米厚的一層，儲(chǔ)熱量就達(dá)1.05 X 1026焦耳，相當(dāng)于9.95 X 1015標(biāo)準(zhǔn)煤所釋放的熱量。根據(jù)從事地?zé)崮苎绣澈烷_發(fā)的桑哈什(SEMHACH)公司介紹，地?zé)崮艿奶N(yùn)藏量超過了煤炭、石油的儲(chǔ)量。
[0008]地?zé)豳Y源是礦產(chǎn)資源的一部分，與煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)的化石能源相比，地?zé)崮芫哂星鍧?、環(huán)保、可就地直接取用、成本相對(duì)低、價(jià)格穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。由于蘊(yùn)藏在地球內(nèi)部的天然熱量一一地?zé)崮軆?chǔ)存量巨大，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響小，已被世界各國(guó)公認(rèn)為可再生清潔能源，被各國(guó)列為重點(diǎn)研宄開發(fā)的新能源之一。
[0009]目前的地?zé)崂冒òl(fā)電和熱利用兩種方式。地?zé)豳Y源按照介質(zhì)的溫度狀況可以分為三種:高溫(大于150°C )、中溫(90— 150°C )、低溫(小于90°C )系統(tǒng)。中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)大部分采取直接利用的方式(如:供暖、浴療、在工農(nóng)業(yè)方面的使用等)和地源熱泵供熱、制冷進(jìn)行開發(fā)利用；高溫地?zé)嵯到y(tǒng)用來發(fā)電，地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到1000萬千瓦，可以說，地?zé)崮壳笆莾H次于風(fēng)能的最為現(xiàn)實(shí)和最具競(jìng)爭(zhēng)力的新能源。
[0010]國(guó)土資源部數(shù)據(jù)顯示，據(jù)初步估算，全國(guó)主要沉積盆地距地表2000米以內(nèi)儲(chǔ)藏的地?zé)崮?，相?dāng)于2500億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。全國(guó)經(jīng)正式勘查并經(jīng)國(guó)土部門審批的地?zé)崽餅?03處，提交的可采地?zé)豳Y源量每年為33283萬立方米；經(jīng)初步評(píng)價(jià)的地?zé)崽餅?14處。按目前的開發(fā)利用水平估算，全國(guó)每年可開發(fā)利用地?zé)崴偭考s68.45億立方米，折合每年3284.8萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量。但是，現(xiàn)在被利用的還不到20%，開發(fā)利用前景廣闊。
[0011]目前存在如下問題:
[0012]一是利用煤炭產(chǎn)生嚴(yán)重污染，且成本較高，每年合計(jì)用煤(包括煤發(fā)電取暖)10億噸，保守按每噸500元計(jì)算，則是5000億元；
[0013]二是利用地?zé)嶂皇菑牡叵氯崴?，而地下的熱水雖然量比較大，但也是有限定的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種既節(jié)約能源又環(huán)保的利用地球天然熱爐加熱地表水的方法。
[0015]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種利用地球天然熱爐加熱地表水的方法，包括以下步驟:
[0016]I)確定一個(gè)沉積巖地區(qū)；
[0017]任何地方都可以，選擇沉積巖地區(qū)的原因是井可以容易打些，因?yàn)槌练e巖比巖漿巖、變質(zhì)巖容易鉆探。
[0018]我國(guó)地殼沉積巖出露面積大，達(dá)到600萬平方千米以上，占我國(guó)陸地面積的2/3以上。尋找沉積巖區(qū)為現(xiàn)有技術(shù)，因?yàn)榛茉磶缀醵荚诔练e盆地之中，我國(guó)60余年開展煤炭、石油、天然氣勘探開發(fā)均在沉積盆地中進(jìn)行，通過露頭、物探、鉆井等找油氣、找煤勘探，所以已基本將陸上盆地分布范圍搞得比較清楚了。
[0019]2)在所述沉積巖地區(qū)確定一個(gè)地溫梯度相對(duì)高的地區(qū)；目的是井可以打的淺一止匕
~、O
[0020]收集該區(qū)以往地?zé)豳Y料，特別是打井實(shí)際測(cè)量的溫度資料，以確定該地區(qū)的地溫梯度。在地下，如果地溫梯度為4°C /100米，通常情況下地表溫度15°C，那么兩千米就可以達(dá)到95°C，三千米就可以達(dá)到135°C。因此，打井可以打到2000?3500米之間。
[0021]具體步驟如下:
[0022]2.1)測(cè)量該地區(qū)的大地?zé)崃髦担?br>[0023]所述大地?zé)崃髦禐橐痪C合參數(shù)，是在地表能直接測(cè)得的惟一反映地殼深部熱狀況的一個(gè)物理量，比其他地?zé)釁?shù)更能確切地反應(yīng)某個(gè)地區(qū)地溫場(chǎng)的特點(diǎn)。其計(jì)算公式:
[0024]q = -1OOKr (dT/dz)；
[0025]式中，
[0026]q--大地?zé)崃?，?cal/(cm.s)，通?？s寫為 HFU(Heat Flow Unit)；
[0027]Kr--巖石導(dǎo)熱率，cal/ (cm.s.°C )；
[0028]dT/dz--地溫梯度，°C/hm，負(fù)號(hào)表示垂向坐標(biāo)向地表為正；
[0029]T——溫度，°C ；
[0030]z--?米度，π?ο
[0031]2.2)測(cè)量該地區(qū)的地溫梯度；
[0032]地下的溫度狀況是通過鉆孔和礦井的地溫直接測(cè)量求得的，打完井后，用地球物理測(cè)井中的地溫測(cè)井，測(cè)得不同深度對(duì)應(yīng)的溫度，每100米增加的溫度就是地溫梯度。
[0033]地溫梯度又稱“地?zé)崽荻取薄１硎镜厍騼?nèi)部溫度不均勻分布程度的參數(shù)。一般埋深越深處的溫度值越高，以每百米垂直深度上增加的°0數(shù)表示。不同地點(diǎn)地溫梯度值不同，通常為(I?3) °C/百米，火山活動(dòng)區(qū)較高。
[0034]3)在所述地溫梯度相對(duì)高的地區(qū)確定兩口井的井位并進(jìn)行鉆井，一口為進(jìn)水井，一口為出水井，兩口井對(duì)接；
[0035]所述進(jìn)水井分為三段，一段為直井段，一段為造斜井段，一段為水平井段；所述出水井為垂直井；
[0036]該步驟不用尋找儲(chǔ)集層，只要在沉積盆地、溫度夠高，打U型井，全部下油層套管，固井并將地層封閉即可。
[0037]4)在地面，從所述進(jìn)水井的直井段注入地表淡水，地表淡水經(jīng)過水平井段，得到加熱后的熱水，所述加熱后的熱水流入出水井，然后再送到出水井口即可。
[0038]該步驟相當(dāng)于將加熱爐放到了地下深處，一邊將清水注入進(jìn)水井，然后在地下的水平井段將注入水加熱，一邊將加熱后的水從出水井抽出。
[0039]本發(fā)明的有益效果是:
[0040]1、利用本發(fā)明的方法，不用煤炭天然氣等能源，十分環(huán)保、可持續(xù)。節(jié)約大量煤炭資源，每年可節(jié)約煤炭2.5億噸，保守按每噸500元計(jì)算，則是1250億元；同時(shí)極大降低了CO2的排放，減少許多環(huán)境污染。因?yàn)槊繃崢?biāo)煤燃燒產(chǎn)生的CO 2量，工業(yè)鍋爐大概2.6噸CO 2，那么節(jié)約2.5億噸煤，就可減少6.5億噸CO2排放。
[0041 ] 2、本發(fā)明不受地點(diǎn)限制，可以在任何地方實(shí)施。
[0042]優(yōu)選沉積巖，因?yàn)樵摰胤揭子阢@探，優(yōu)選地溫梯度高的地方，因?yàn)榫梢源虻臏\些。而我國(guó)有沉積盆地的面積將近600萬平方千米，避免了目前開采地?zé)岬木窒扌浴?br>[0043]3、不用采地下水，只需將從地面注水，加熱后抽取即可，節(jié)約了地下水資源，防止過量開采造成水位的下降。我國(guó)19個(gè)省份50多個(gè)城市發(fā)生了不同程度的地面沉降，且主要集中在長(zhǎng)三角地區(qū)。
[0044]4、可以在工、農(nóng)業(yè)、居民、溫室等多地使用。已廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。在工業(yè)上主要用于發(fā)電、紡織、印染、造紙、釀造、皮革加工處理等；農(nóng)業(yè)上主要用于保溫育苗、溫室栽培、人工孵化及調(diào)劑灌溉水溫度等。
[0045]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0046]進(jìn)一步，在步驟3)中，所述鉆井的具體步驟為:
[0047]3.1)先鉆進(jìn)水井，具體如下:
[0048]3.1.1)先用445mm鉆頭，鉆開表層，然后再用311mm鉆頭，接著往下鉆進(jìn)，鉆至井深2200?2600米處，下入直井套管，然后繼續(xù)鉆井至井深3000米處，形成直井段；
[0049]3.1.2)在井深3000米處開始造斜，利用組合動(dòng)力鉆具，設(shè)計(jì)造斜段狗腿度
4.5° /30m，剖面設(shè)計(jì)為單圓弧剖面，然后再鉆水平井段，下套管，然后用水泥漿進(jìn)行固井；
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