本发明属于地热能开采利用技术领域。

目前开采利用地热能源技术，主要局限于地热井深在3500米范围内的开采利用自然浅 地热能技术，即在已探明的浅地热区内的浅地热水层或汽水层有限区域范围内开采利用。本 发明开采利用深层和超深层地热能源的方法，适用于地球地热区及非地热区。

现有浅地热能源开采利用的主要缺陷在于依靠自喷能量所采至地面井口后的地热水及 水蒸气的地热能量温度、压力、喷水汽量等普遍偏低，一般在40～150℃以内。大多数地热 区很难达到最低限的地热发电温度150℃及喷射压力达5Mpa以上能量要求。所以传统自然 浅地热发电功率一直很小，仅达到2～10万kW水平。同时，随着自然浅地热区开采年限的 延长，往往会造成浅地热水、汽层的自喷水汽量、压力、水位递减，并且会出现地面补充地 下热水层水量困难和地面沉降等不利情况。

另外，有很多地热区的浅地热水和水蒸气中，往往含有一些有害的化学成分，如硫化氢、 氦等。必定会严重腐蚀地热井管、采热井口设备和发电汽轮机叶片等经济安全的使用寿命， 甚至出现泄露时也会造成生态环境污染。

本发明的目的，是针对已有浅地热开采利用技术的不足之处，发明一种通过钻地热区深 层和非地热区超深层地热井获取高温地热能源，并用于发电、换热产生纯净生活热水及供热 采暖的一种新方法。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

1.在地热区或非地热区钻的深地热井或超深地热水平井

在无工业开采利用价值的低、中温地热区或非地热区打一口深地热井及超深地热水平 井，使地面同地下深层与超深层地热场建立起一个采热利用通道。该井身结构是在井身的最 外层有表层套管，其内有深层套管，再往内层还有传热生产套管，在井底水平传热井段内的 传热生产套管内，有地热发电冷凝总回水高压注水井管及井下输出高温高压蒸汽绝热保温井 管，以及与两井管进出口相联接的井下螺旋管式热平衡能量换热器。为同时地热发电及供热 采暖；在超深地热水平井内，还同井筒下有一套直井段深层开采地热采暖水管柱。其结构是 在传热生产套管内，有地热采暖总回水中压注水井管及井内输出中温中压地热水绝热保温井 管，以及与两井管进出口相联接的井下直管式热平衡能量换热器。且防腐抗内压安全传热介 质油充满中部直井段至井底。在井身上部，有表层钻井导管和承托采热井口房的地面加厚钢 筋混凝土浇注基础。在超深地热水平井口处的上部；置有共用采热井口装置于采热井口房内 部，在采热井口房的上部，还装有测井井架及直井段测井防喷管、水平预热井段测井防喷管。

2.在地面设有地热能发电站

(1)在超深地热水平井的地上，由市政电网外输入电能至市政外来输入电源变压器内， 再把电能输入到地热站厂房的外来输入电源配电柜系统内，通过站内地下电缆，把市政输入 首次启动电能，分配到高压注水机泵站系统，通过高压电机泵从发电冷凝总回水储备澄清罐 内吸入发电冷凝总回水增压后，把地热发电冷凝总回水高压注水井管内的换热冷凝水注入超 深层井下水平井段地热场内，通过井下螺旋管式热平衡能量换热器的超深层地热能换热成高 温高压蒸汽后，再沿着井下输出高温高压蒸汽绝热保温井管来开采地热发电能至地面。再直 接进入共用采热井口装置的初步稳流控制，输入到地面高温高压脱水稳压器系统内，进行高 温高压蒸汽脱水及再稳压控制后，最后输入至地热发电厂房内的汽轮发电机组内，实现超深 层地热能超大功率发电。所发出电能先经过外输出总配电系统配电后，先输入到地热发电站 厂房外面的外输出升压变压器升高电压，再向全联合站供电供热用户区、站内自用电网及市 政外电网供电，站内自用电网供电，先由自备电源一次降压变压器降压后，再输入到自备电 源二次降压变压器再变低压电后，把自发地热电能输入到地热站厂房内的自备电源总配电柜 系统内，可实现外、内电源自动快速切换。最终达到利用地热自发电能维护全联合站发电供 热总运行；

(2)发电后余热蒸汽，首先输入到发电余热蒸汽高架冷凝塔罐系统兼外输供纯净生活热 水换热塔罐系统内进行初次冷凝，此后，再输入到增容热水储备罐内，对罐储增容采暖热水 进行再增热加温后，实现二次冷凝，二次冷凝水再输入到地热站清水储备罐内，实现冬季储 水防冻保温的作用，这时的发电余热蒸汽工质已完全冷凝成中温热水，再沿返回管道输入到 发电冷凝总回水水质优化处理系统内，进行冷凝后循环发电水质的总沉淀、粗过滤清排杂质、 补充清水、再精细过滤清排细杂质、防腐除水垢加药剂、汽水分离、水质除氧等全密闭化水 质优化处理，以实现地热发电冷凝总回水的重复循环利用；

(3)在超深地热水平井的地上，还有发电冷凝总回水的清水补充装置：主要是通过由市 政外来输入清水源管道，向发电冷凝用清水储备罐输供储备纯净清水，或由外输入清水源泵 站系统，向发电冷凝用清水储备罐泵输供清水。最后通过发电冷凝疏水泵站系统，从发电冷 凝用清水储备罐内吸入纯净清水，增压后在向地热发电余热蒸汽高架冷凝塔罐系统的泵输供 清水管道上，引接出一分支输供清水管道，把纯净清水输入至发电冷凝总回水水质优化处理 系统内的精细过滤罐内，实现定期自动调水位水量来补充发电循环水不够的需要；

(4)在超深地热水平井的地上，还置有地热发电站与地热站共用的全联合站防腐除水垢 加药剂工艺装置。主要由防腐除水垢加药泵房系统，利用泵输送药剂管道，定期向发电冷凝 总回水水质优化处理系统内的加药反应罐加药化学反应。以保证防止地热开采井管、采热井 口设备及汽轮机叶片的腐蚀积水垢；

(5)地热发电站的清排杂质污水，通过全联合站总排污井向市政总排污管道外排走。地 热发电站的监测控安全运行与维护检修管理，由置于发电厂房内的地热发电站中央计算机总 控制室，实现自动监测控安全运行管理及地热站厂房内的全联合站总维护检修车间来完成维 护与检修工作；

(6)为确保地热发电站不停电检修，另置有二套备用地热发电站设施系统，由二套地热 发电站输入发电蒸汽工质总接口管道同地热井相联接。

3.发电余热蒸汽冷凝时换热产生纯净生活热水的外输

它主要通过发电冷凝疏水泵站系统，向发电余热蒸汽高架冷凝塔罐系统兼外输供纯净生 活热水换热塔罐系统，泵注储满纯净清水，通过发电余热蒸汽在塔罐内与储备纯净清水换热 后，直接产生纯净生活热，利用高架塔罐的水位高差，向全联合站供电供热用户区广大用户， 常年输供给纯净生活热水的需要。

4.利用超深地热水平井同下双套采热管柱，来实现深层地热采暖

在超深地热水平井的地上，与地热发电站平行布局建有地热站系统。首先由自备电源一 次变压器对自发高压电能变压后，输入到自备电源二次变压器进行自发电能的二次降压变 压，再直接输入至地热站厂房内的自备电源总配电柜系统内，对全联合站自用电能统一分配。 通过地电缆联接，把自用启动地热站运行电能，输入到中压注水机泵站内使电机泵运转，从 而使电机泵在采暖总回水储备澄清罐内吸入地热采暖总回水，在电机泵中压增压后，沿着地 热采暖总回水中压注水井管，把地热采暖总回水注入井下中部直井段地热场内，通过井下直 管式热平衡能量换热器的地热能量置换成中温中压地热水后，再沿着井下输出中温中压地热 水绝热保温井管，采出地热采暖水能量至地面。直接进入共用采热井口装置的初步稳流控制。 再把地热采暖水输入到增容热水储备罐内储备起来，另一支分输地热采暖水管道，输入到外 输采暖水减稳压罐控制系统内进行减稳压控制。再直接把地热采暖水输送给全联合站供电供 热用户区广大用户冬季供热采暖。在地热站厂房内，另置有地热站中央计算机总控制室，实 行自动化监测控供热采暖安全运行管理控制。还设有全联合站总运行维护检修车间，达到随 时对地热站的运行维护与检修保证。地热站还置有与共用采热井口装置相联接的增容热水储 备罐，起到增容储备供热采暖水应用。相邻还设有地热站清水储备罐来储备地热采暖用补充 清水。在增容热水储备罐相联接的还有地热站热增容泵房系统，来保证全联合站供电供热用 户区的扩大采暖用户所用。在地热站还设置全联合站共用防腐除水垢加药泵房系统，也担负 地热站水质优化处理所需的定期加药功能。地热站另置有供热采暖总回水水质优化处理系 统，与其相邻的还有供热采暖总回水储备澄清罐，担负着向中压注水机泵站输供优化处理后 的储备供热采暖总回水的供水作用。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：

超深层地热发电站与地热站所用绝热保温的井下井管、地面供输热管道、塔罐、储罐等 系统，均采用高效绝热材质及优化绝热保温技术处理。

本发明的全套工艺技术方法，也完全适用于5000m以内的自然浅地热区，并有增温开采 地热能源效果。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1.本发明开采利用的深层与超深层地热能量温度高，可达150～350℃以上，自喷射流 压力能量大，可达10～30Mpa以上，采热效率高于80％，地热发电功率可达10～80万KW以 上：

2.本发明采用纯净清洁水作为深层与超深层地热能的置换能量循环介质，可实现全密 闭循环采热无污染、无腐蚀的绿色能源效果；

3.一口超深地热水平井可同时下两套双管采热管柱结构，可同时实现地热发电、同步 换热产生纯净生活热水及供热采暖的技术效果。

本发明的附图说明如下：

图1为非地热区超深层地热发电站及地热站工艺流程简图；

图2为超深地热水平井结构简图。

以下结合附图对本发明作进一步详述：

超深层地热发电站由自备电源二次降压变压器18、外来输入电源变压器19、自备电源 总配电系统20、外来输入电源配电系统21、地热电联合站总运行维护检修车间22、地热电 联合站防腐除水垢加药泵房系统30、地热电联合站供电供热用户区32、总排污井33、发电 余热蒸汽高架冷凝塔罐系统34、发电冷凝总回水水质处理系统35、发电冷凝总回水储备澄 清罐36、发电冷凝用清水储备罐37、高温高压蒸汽脱水稳压器系统38、外输入清水源泵站 系统39、高压注水机泵站系统40、发电冷凝疏水泵站系统41、地热发电站中央计算机总控 制室42、汽轮发电机组43、自备电源外输出总配电系统44、自备电源外输出升压变压器45、 自备电源一次降压变压器46、二套地热发电站输入发电蒸汽工质总接口管道47、外来输入 清水源管道48等组成。

超深层地热发电站的发供电方法 1.首次起动地热发电站用市政外电源输入、变配电、供电 (1)市政外电源输入启动电能    由市政外输入电网线路进站，向超深层地热发电站提供首次启动运转电能； (2)外电源降压变电    由市政外来输入电源变压器19来完成市政外电源降电压变电； (3)外电源配电、供电    由市政外来输入电源配电柜系统21，来完成外电源配电、供电。 2.自备内电源输入、变配电、供电 (1)自备内电源电网输入自发地热电能    由地热发电站内电网线路，向地热发电站提供内电源生产运行电能； (2)自备电源降压变电    由自备电源一次降压变压器46、自备电源二次降压变压器18来完成自备内电源降压变 电； (3)自备内电源配电、供电及与市政外输入电源自动切换    由自备电源总配电柜系统20，来完成自备内电源配电及供电。并同时由自备电源总配 电柜系统20的自动切换电源开关，可实现快速切换掉市政外电源供电； (4)自备内电源向供电供热用户区供电    向全联合站供电供热用户区32供民用电，也由自备电源总配电柜系统20来实现自供民 用电： (5)地热发电站向市政外电网外输供电    超深层地热发电站向市政外电网外输供电，由外输出升压变压器45来完成向市政外电 网并网输供电； (6)自备内电源向发电冷凝疏水泵站、市政外输入清水源泵站、热增容泵站、地热采暖水 中压注水机泵站、防腐除水垢加药泵房等配电、供电

向发电冷凝疏水泵站41、市政外输入清水源泵站39、热增容泵站28、地热采暖总回水 中压注水机泵站24、防腐除水垢加药泵房30等系统配电、供电；也由自备电源总配电柜系 统20，来完成合理分配自供电。 3.向超深地热水平井注入换热冷水工质、水平地热场内地热能置换、输出井内高温高压蒸   汽工质及脱水稳压处理 (1)向超深地热水平井注入换热冷水工质

由高压注水机泵站系统40，从发电冷凝总回水储备澄清罐36吸入发电冷凝总回水增压 后，通过共用采热井口装置12注入水量控制，并利用地热发电冷凝总回水高压注水井管10， 达到向井内水平井段地热场换热发电用冷水变高温蒸汽工质； (2)超深水平井段地热场内的地热能量置换

通过相联通的井下螺旋管式热平衡能量换热器4，达到对地面注入发电冷凝总回水工质 的超深层地热能量置换成高温蒸汽； (3)输出井内高温高压蒸汽工质及脱水稳压处理

由在井底与井下螺旋管式热平衡能量换热器4相联接的井下输出高温高压蒸汽保温井 管11，向地面输出井内高温高压蒸汽工质，并经过地面共用采热井口装置12的输出蒸汽节 流控制，进入地面高温高压蒸汽脱水稳压器系统38进行脱水稳压控制处理，可使汽轮机得 到稳定恒流干式蒸汽工质。 4.汽轮机发电、中央计算机监测控安全运行管理、维护与检修 (1)汽轮机发电

从高温高压蒸汽脱水稳压器系统38处理后所得到的稳定、恒流、高温高压干式蒸汽工 质，直接输入到地面汽轮发电机组43内，达到超大功率地热发电； (2)地热发电站中央计算机监测控安全运行管理

为保证汽轮发电机组43及地面高压注水机泵站40等方面的自动化安全运行管理。由地 热发电站中央计算机总控制室42，来实现地热发电站自动监测控安全运行发电管理； (3)地热发电站安全运行维护与检修

超深层地热发电站安全运行维护与检修，由全联合站总运行维护检修车间22来完成。 当实施年度停机检修时，先开启二套地热发电站输入发电蒸汽工质总接口管道系统47，待 在二套地热发电站系统正常发出电能后，关闭一套汽轮发电机组43后，实施年度检修。

超深层地热发电站冷凝换热产生纯净生活热水方法 1.市政外来输入清水源储供水、发电冷凝疏水储供水 (1)市政外来输入清水源储供水

首先由市政外来输入清水源管道48，自压向发电冷凝用清水储备罐37储满储备清水。 如来水压力低时，可通过外输入清水源泵站系统39，向发电冷凝用清水储备罐37泵满清水。 同时，还保证向地热站清水储备罐25泵输供水； (2)发电冷凝疏水储供水

地热发电站余热蒸汽冷凝用清水及冷凝换热产生纯净生活热水用的清水储供水，由冷凝 疏水泵站系统41，向发电余热蒸汽高架冷凝塔罐系统兼外输供纯净生活热水换热塔罐系统 泵满储供清水，作为初次冷凝发电余热蒸汽及同时换热产生纯净生活热水的纯净清水储供 水。 2.地热发电站余热蒸汽初次冷凝兼同时换热产生纯净生活热水，二次冷凝、三次冷凝成中   温热水 (1)地热发电站余热蒸汽初次冷凝兼同时换热产生纯净生活热水、外输供纯净生活热水

当汽轮发电机组43发电后输出的高温高压余热蒸汽，自压输入发电余热蒸汽高架冷凝 塔罐系统兼外输供纯净生活热水换热塔罐系统34内，可实现发电余热蒸汽的初次冷凝，即 同时换热产生大量纯净生活热水，利用百米高架水位压差，向全联合站供电供热用户区32 常年供应纯净生活热水； (2)发电余热蒸汽二次冷凝

发电余热蒸汽经初次冷凝后，水蒸汽温度还相当高，可达250～300℃，还需要二次冷 凝降温。由发电余热蒸汽高架冷凝塔罐系统34输出的余热蒸汽，再沿着冷凝输汽水管道， 输入到地热站的增容热水储备罐26内，利用罐内的增容储备中温(90～100℃)热水进行发 电余热蒸汽二次冷凝，同时达到对增容储备热水的再次预热增加保温作用效果； (3)发电余热蒸汽三次冷凝

从增容热水储备罐26输出的余热蒸汽水，温度降至90～100℃，还需用三次冷凝降温。 由通过地热站清水储备罐25内储备清水，再进行三次冷凝降温，即可达到60～80℃的发电 冷凝总回水，再输入到发电冷凝总回水水质优化处理系统35内处理后，至重复循环发电使 用。 3.地热发电站辅助发电运行工艺处理方法 (1)发电冷凝总回水水质优化处理方法

从地热站清水储备罐25内返回的发电冷凝总回水，输入到发电冷凝总回水水质优化处 理系统35内，进行水质总沉淀、粗过滤清排杂质、补充清水、再精细过滤清排细杂质、防 腐除水垢加药剂、汽水分离、水质除氧等密闭循环处理后，达到优化处理水质效果； (2)补充发电冷凝总回水缺水补供水

由冷凝疏水泵站41，从发电冷凝用清水储备罐37吸入纯净清水，泵入发电冷凝总回水 水质优化处理系统35的精细过滤罐内，达到及时补充发电循环水缺水需要； (3)发电冷凝总回水加防腐除水垢药剂

由全联合站防腐除水垢加药泵房系统30，定期把防腐除水垢药剂输入到发电冷凝总回 水水质优化处理系统35内的加药罐进行化学反应； (4)增加超深地热水平井地热场能量置换速度方法

主要通过打井时延长井底水平预热井段长度及加深打超深井的方法，另外运用地面注入 水的泵后增温预热办法等提高地热能量置换速度。

在地面设的深层地热站由地热站中央计算机总控制室23、中压注水机泵站24、地热站 清水储备罐25、地热站增容热水储备罐26、采暖总回水储备澄清罐27、地热站热增容泵房 系统28、供热采暖总回水水质优化处理系统29、外输采暖水减、稳压罐控制系统31等组成。

深层地热站的供热采暖方法 1.向超深地热水平井注入换热用采暖总回水工质、地热场内地热能量置换、输出井内中温   中压地热水及外输供减稳压控制 (1)向超深地热水平井注入换热用采暖总回水工质

由自备电源总配电柜系统20，向中压注水机泵站24提供首次启动地热站运转电能，通 过中压电机泵吸入来自地热采暖总回水储备澄清罐27内的经优化处理后的地热采暖总回水 增压后，经过共用采热井口装置12的注入水控制压力、排量，并利用地热采暖总回水中压 注水井管9，达到向井内直井段地热场注入换热冷水工质； (2)深层直井段地热场内的地热能量置换

通过相互联通的井下直管式热平衡能量换热器6，达到对地面注入地热采暖总回水工质 的深地热能量置换； (3)输出井内中温中压地热水工质及外输供减、稳压控制处理

由在井底与井下直管式热平衡能量换热器6相联接的井下输出中温中压地热水绝热保 温井管17，向地面输出中温中压地热采暖水工质。并经过地面共用采热井口装置12的出热 水节流控制，输入到地热采暖水外输供减、稳压罐控制系统31内，进行再减压、稳压、恒 流控制。 2.地热站向供电供热用户区供热采暖、中央计算机监测控安全运行管理、维护与检修 (1)向供电供热用户区供热采暖

从地热采暖水外输供减、稳压罐控制系统31输来的地热采暖水；经主干线供热管道向 全联合站供电供热用户区32内的广大用户，冬季供热采暖所用； (2)地热站中央计算机监测控安全运行管理

为保证地热采暖水外输供减、稳压罐控制系统31及地面中压注水机泵站24、热增容泵 站28等系统的自动化安全运行管理，由地热站中央计算机总控制室23实现地热供热采暖的 自动监测控安全运行管理； (3)地热站的安全运行维护与检修

深层地热站的安全运行维护与检修，也由全联合站总运行维护检修车间22来完成。 3.地热站扩大采暖用户的扩增容供热采暖方法 (1)扩增容储备供热采暖热水

由共用采热井口装置12输出的供热采暖管道上，接出一分支供热采暖管道至增容热水 储备罐26上部，预先储备满地热采暖水，并由地热发电二次冷凝循环换热系统，达到对增 容热水储备罐26的预热增温作用； (2)向供电供热用户区新增用户扩增容供热采暖

由热增容泵房系统28，把来自增容热水储备罐26内的增容地热水，直接也输向外输供 采暖水减、稳压罐控制系统31内来同步减、稳压控制，最后达到向全联合站供电供热用户 区32内的新增用户，不断扩增容的供热采暖。 4.地热站辅助供热采暖工艺方法 (1)地热采暖总回水水质优化处理

由全联合站供电供热用户区32返回的地热采暖总回水，自压输入到地热采暖总回水水 质优化处理系统29内，主要经过总沉淀、粗过滤清排杂质、补充清水、再精细过滤清排细 杂质、加防腐除水垢药剂、汽水分离、水质除氧等优化处理后，再输向地热采暖总回水储备 澄清罐27内，达到反复循环供热采暖使用； (2)地热采暖总回水循环不够时的补充清水来源

由地热站清水储备罐25满水位时，向地热采暖水水质优化处理系统29内的精细过滤罐 补充所需清水； (3)向地热采暖总循环水内加防腐除水垢药剂

由全联合站防腐除水垢加药泵房系统30，来定期向地热采暖总回水水质优化处理系统 29内的加药罐加药化学反应； (4)全联合站统一排污

由全联合站共用总排污井33，把清排杂质污水向市政外排总下水道排污。

实施例1：选在非地热区现有60万KW燃煤火力热电站，为接替超深层地热发电站对接 及新建地热站站址；用特超大型钻机钻成一口大直径超深地热水平井，钻至井深1.8万m， 井底水平预热井段延长钻至2000m。可自然获取非地热区超深层干热岩地热场温度540℃， 井下全程输出温降损失120℃以内，采至井口剩余地热能量温度达420℃以上。井口高压注 入水压力20Mpa，使自喷采出井口高温高压蒸汽压力能量大于21Mpa以上并有井下热膨胀压 力附加。另可在直井段地热场内获得地热采暖水蒸汽300℃以上，井下全程输出地热水蒸汽 温降损失100℃以内，采至井口剩余地热能量温度达200℃以上。井口中压注水压力10Mpa， 可使自喷采出井口中温中压地热水蒸汽压力能量大于11Mpa以上并有井下热膨胀压力附加。 每天地热发电所自喷出高温高压蒸汽能量达80万m3，每天地热供热采暖所自喷出中温中压 地热水蒸汽能量达32万m3，每天换热产生纯净生活热水量达18万m3。地热发电可获得60 万KW以上大功率发电量，地热供热采暖可多用户供应16万户居民区采暖。换热产生纯净生 活热水可供应16万户居民常年使用生活热水。

实施例2：选在浅地热区内现有60万KW燃煤火力热电站，为接替超深层地热发电站对 接和新建地热站站址；用特超大型钻机钻成一口大直径超深地热水平井，钻至井深1.5万 m，井底水平预热井段仍延长钻至2000m。可自然获取浅地热区超深层地热场温度800℃， 井下全部输出温降损失120℃以内，采至井口剩余地热能量温度达780℃以上。井口高压注 入水压力20Mpa，使自喷采出井口高温高压蒸汽压力能量大于21Mpa以上并有井下热膨胀压 力附加。另可在直井段地热场内获得地热采暖水蒸汽温度660℃，井下全程输出地热水蒸汽 温降损失100℃以内，采至井口剩余地热能量温度520℃以上。地面井口中压注水压力 10Mpa，，可使自喷采出井口中温中压地热水蒸汽压力能量大于11Mpa以上并有井下热膨胀 压力附加。每天地热发电所自喷出高温高压蒸汽能量达90万m3，每天地热供热采暖所自喷 出中温中压地热水蒸汽能量40万m3，每天换热产生纯净生活热水达20万m3，地热发电可 获得70万Kw以上大功率发电量，地热供热采暖可多用户供应18万户居民区采暖，换热产 生纯净生活热水可供应18万户居民常年使用生活热水。