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申请/专利权人：河南豫中地质勘查工程有限公司;中国石油大学(华东)

摘要：本发明公开一种基于热管技术的U型地热井自主补热辅热系统及方法，属于一般热交换地热供暖的技术领域。本发明包括：分支小井眼、柔性热管和分支小井眼导向装置；分支小井眼导向装置位于下降段底部与水平段入口衔接的位置，所述柔性热管通过分支小井眼导向装置装入分支小井眼内后，关闭分支小井眼导向装置的通道；在所述U型井内充有循环的取暖低温工作介质，并依次沿下降段、水平段和上升段方向流动。本发明利用热管的工作特性，在不依靠人工从地面向井下补充外部能量的情况下，将深部储层的热量自主地传递到浅部储层，实现浅部储层不间断补热辅热。

主权项：1.一种基于热管技术的U型地热井自主补热辅热系统，包括：下降段、水平段和上升段，所述下降段通过水平段与上升段相连形成U型地热井，其特征在于，所述系统还包括分支小井眼、柔性热管和分支小井眼导向装置；分支小井眼导向装置位于下降段底部与水平段入口衔接的位置，所述柔性热管通过分支小井眼导向装置装入分支小井眼内后，关闭分支小井眼导向装置的通道；在所述U型地热井内充有循环的取暖低温工作介质，并依次沿下降段、水平段和上升段方向流动；所述的分支小井眼包括分支小井眼水平段和分支小井眼倾斜段；所述的柔性热管包括柔性热管水平段和柔性热管倾斜段，其总长度与分支小井眼长度相适应；所述的分支小井眼倾斜段在远离水平段一定深度和距离的储层中延伸的深度为：以使在采暖期间，所述分支小井眼倾斜段起点所在储层的最低温度与所述分支小井眼倾斜段终点所在储层的最高温度之间的差值不小于3oC；所述分支小井眼倾斜段在远离水平段一定深度和距离的储层中延伸的最优深度和距离的确定，采用以下步骤：S1：收集U型地热井所在地区的地质构造参数、热学参数、岩性参数，利用COMSOL多物理场数值模拟软件建立地质模型；S2：选定U型地热井井筒半径、水平段长度、储层深度、分支小井眼井筒半径、分支小井眼倾斜段延伸深度、分支小井眼倾斜段延伸距离和分支小井眼倾斜段延伸倾斜角，利用COMSOL多物理场数值模拟软件建立U型地热井井筒物理模型、分支小井眼物理模型和柔性热管物理模型；S3：利用COMSOL多物理场数值模拟软件自带的网格剖分工具对所述地质模型、U型地热井井筒物理模型、分支小井眼物理模型、柔性热管物理模型进行网格剖分；S4：所述下降段、水平段和上升段内的取暖低温工作介质为水；所述柔性热管内的循环工作介质为液氨；设置边界条件和初始条件，模拟时间取固定值，水流量取固定值，同时运行地质模型、U型地热井井筒物理模型、分支小井眼物理模型、柔性热管物理模型，统计模拟时间末上升段井口出水温度、水平段周围一定半径范围内储层的平均温度；S5：调整U型地热井井筒半径、水平段长度、储层深度、分支小井眼井筒半径、分支小井眼倾斜段延伸深度、分支小井眼倾斜段延伸距离和分支小井眼倾斜段延伸倾斜角，重复上述步骤S2-S4过程，分别对应形成多种方案；S6：将上述多种方案中所述模拟时间末上升段井口出水温度、水平段周围一定半径范围内储层的平均温度分别设定为两类目标参数，对所述目标参数分别采用最大最小化归一化方法进行处理，得到每一个方案对应的井口出水温度的归一化结果Ti、水平段周围一定半径范围内储层的平均温度的归一化结果Ri；然后对井口出水温度、水平段周围一定半径范围内储层的平均温度这两类目标参数分别赋以权重值W1和W2；再根据加权求和公式计算每一个方案的综合得分；最后确定上述方案中对应综合得分最高的方案为最优方案；所述步骤S4中的模拟时间为大于1的任意多年；所述步骤S4中的水平段周围一定半径范围内储层是大于5米小于50米的任意尺寸；所述步骤S6中的对各类目标参数分别采用最大最小化归一化方法为： （E1）在公式（E1）中，xmax为任一类目标参数的最大值，xmin为某一类目标参数的最小值，xi为任一类目标参数中第i个待处理参数的数值，Xi为任一类目标参数中第i个待处理参数的归一化结果，其值在0到1范围内；按照上述公式（E1）的计算方法，将第i个方案的井口出水温度的归一化结果表示为Ti、第i个方案的水平段周围一定半径范围内储层的平均温度的归一化结果表示为Ri；所述步骤S6中的两类目标参数分别赋以一定权重值是根据对井口出水温度和水平段周围一定半径范围内储层的平均温度的要求采用专家打分方法分别在0到1范围给出各自权重值W1和W2，井口出水温度、水平段周围一定半径范围内储层的平均温度两类目标参数的权重之和为1，即W1+W2=1；所述步骤S6中的根据加权求和公式计算每一个方案的综合得分采用公式（E2）进行计算，根据综合得分最高来确定最优方案：Si=Ti×W1+Ri×W2（E2）公式（E2）中，Si为任一个方案的综合得分；所述的分支小井眼采用裸眼完井。

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