CN101762104B - 一种地热水单井分级回灌方法及其设备 - Google Patents

一种地热水单井分级回灌方法及其设备 Download PDF

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本发明涉及一种利用提取地下水热源并回灌的技术，具体是指一种地热水单井分级回灌方法及其设备。其特征在于：所述井管为分级结构，其中每一级井管的管壁均由实体管与网眼管连接构成，井管的各级之间通过隔板隔开；分水器连接一组长度不同的分级回水管，各个分级回水管分别插入井管的每一级；在井管内部设置的提水管沿井管轴向穿过隔板并插入到井管的底部，在提水管的末端连接有潜水泵，提水管的另一端连接热交换器。本发明的优点在于可以使回灌水在不同层面渗入地下，减小地下压力对回灌水的阻力，免去了加压设备；同时可以防止地下水位下降，对地面及周边建筑物无影响。

Description

一种地热水单井分级回灌方法及其设备
一、技术领域：本发明涉及一种利用提取地下水热源并回灌的技术，具体是指一种地热水单井分级回灌方法及其设备。
二、背景技术：随着科技的发展和能源的短缺，分布广泛、再生性强、成本低廉的地下热能已经引起人们的广泛关注。现在，利用地下热能作为冷热源，进行能量转换供暖(冷)已经成为现实，但现有技术多为双井或多井抽灌，即一个井抽水，另一个或多个井回灌，这种技术不但钻井数量多，而且改变地下水的分布，长期运行会使抽水井附近地下水位降低，出现地面沉降等问题，并进而危机周边建筑物的基础。为解决上述问题，有人采用水平回转式单井抽灌换热装置，即将换热后的水通过加压回灌到同井的同层水中，使地下水作水平回转循环。但是，由于回灌水受土壤阻力和地球引力作用，阻碍回灌水水平运动的流程和区域，使回灌水很难回到需要的地下水层。为了解决这一问题，必须加大回水压力，扩大水井口径，导致回灌装置工艺复杂，造价高，限制了地热能源的开发利用。
三、发明内容：
1、发明目的：本发明提供一种地热水单井分级回灌方法及其设备，其目的在于克服现有的多井抽灌带来成本高或有些单井回灌须加大回水压力或扩大口径等方面带来的问题。
2、技术方案：本发明是通过以下方式实现的：
一种地热水单井分级回灌的设备，该设备包括井管，井管上端管口处的分水器，及与分水器通过回水管连接的热交换器，及井管内设置的提水管，其特征在于：所述井管为分级结构，其中每一级井管的管壁均由实体管与网眼管连接构成，井管的各级之间通过隔板隔开；分水器连接一组长度不同的分级回水管，各个分级回水管分别插入井管的每一级；在井管内部设置的提水管沿井管轴向穿过隔板并插入到井管的底部，在提水管的末端连接有潜水泵，提水管的另一端连接热交换器。
所述的实体管是管壁不带通孔的井管；所述的网眼管是管壁带多个通孔的井管。
所述的井管由上至下的第25米、第75米、第120米处各设置一个隔板5形成隔水层，使井管形成3级。
分水器下部还连接有应急排水管，应急排水管穿过井管的3个隔板，插入到井管的第3级以下。
井管上端管口处还设有一个自吸泵，该自吸泵连接一组排沙管。
所述排沙管长度不同，分别插入井管的每一级。
一种如上所述的地热水单井分级回灌的方法，其特征在于：将井管分为多级结构，其中每一级井管的管壁均由不带通孔的实体管与带通孔的网眼管连接构成，井管的各级之间隔开；将回灌水通过回水管分级回送，各个分级回水管分别插入井管的每一级，回灌水通过各级的网眼管排出管外；在井管内部设置的提水管沿井管轴向穿过隔板并插入到井管的底部提水，提水管的另一端连接热交换器。
所述的井管由上至下通过隔板形成3级结构。
3、优点及效果：本发明较现有技术的先进之处在于：
(1)回水管长度不同，配合带有多处网眼结构的井管，可以使回灌水在不同层面渗入地下，使回灌水有足够的渗透流程，减小地下压力对回灌水的阻力，且保证了回灌水沿纵向自流回灌，免去了加压设备；
(2)回灌水与地下不同层面的地质接触并充分渗透回井管周围的地质中，可以防止地下水位下降，对地面及周边建筑物无影响；
(3)单井抽灌，无需额外的回灌井，减少工艺的复杂性，降低成本；
(4)回灌水通过不同深度的地质逐级加热，不会对井管附近的地热水源造成影响。
四、附图说明：
图1为本发明的剖面图；
图2为本发明的井管示意图。
附图标记说明：
1、井管，2、分水器，3、分级回水管，4、提水管，5、金属隔板，6、应急排水管，7、潜水泵，8、热交换器，9、回水管，10、排沙管，11、自吸泵。
五、具体实施方式：
如附图1所示，将长130米、口径0.42米的井管1、采用打井工艺下到地下至含水层处，在井管1由上至下的第25米、第75米、第120米处各设置一个隔板5形成隔水层，使井管1形成三级。每一级井管都是实体管和网眼管连接，实体管是管壁不带通孔的井管；网眼管是管壁带多个通孔的井管；通孔的直径设计为1～2cm。这样的设计是由于水的重量带来一定的压力，使井管内的泥沙很容易排出管外，不滞留在井管内；如果都制成网眼管，管壁外的泥沙由于负压的作用会回到管壁中来，反而会带来更多的泥沙，不如前述方案有效果。第一级井管管壁的上面13米为实体管，下面12米连接网眼管；第二级井管管壁的上面38米为实体管，下面12米连接网眼管；第三级井管管壁的上面33米为实体管，下面12米连接网眼管；每一个网眼管均布有1042个通孔制作成网眼。尺寸的如此设计，是使回灌水无需加压且能顺畅通过，沙石也不易在井管中停留下来。井管1上端开口处设有一个分水器2，该分水器2下部连接3个分级回水管3，3个分级回水管3长度不同，依次深入井管1的各级中。在回灌水时，由于有隔板5的阻挡，不同长度的分级回水管3将水分别回灌至井管1的第一级、第二级、第三级，各级之间的回灌水通过管壁上的网眼结构渗入井管1周围不同层的地下水源中，保证了回水的纵向自流回灌。
在井管1内还有一个提水管4，该提水管4沿井管1的轴向穿过井管1并插入到井管1的底部，在提水管4的底部连接有潜水泵7，提水管4另一端连接热交换器8，热交换器8又通过回水管9与分水器2连接。
工作时，12℃的地下水通过潜水泵7抽到提水管4中，并经提水管4送入热交换器8；换热后，变成5℃的水经回水管9进入分水器2，然后通过与分水器2连接的分级回水管3回灌到地下水源中，与土壤换热后再次被潜水泵7抽出，从而完成一次地下水的换热循环。
为了防止分级回水管被沙石堵塞，分水器2下部还连接有一个应急排水管6。为了避免回水过程中由于回灌水夹带泥沙而堵塞井管的网眼结构，本装置还带有一个自吸泵11，该自吸泵11安装在井管1上端开口处，并连接有3个排沙管10，三个排沙管10长度均不相同，插入井管1的第一级、第二级、第三级，分别将这三级井管中沉降在隔板上的泥沙抽到井外排掉。

Claims (8)

1.一种地热水单井分级回灌的设备，该设备包括井管，井管上端管口处的分水器，及与分水器通过回水管连接的热交换器，及井管内设置的提水管，其特征在于：所述井管为分级结构，其中每一级井管的管壁均由实体管与网眼管连接构成，井管的各级之间通过隔板隔开；分水器连接一组长度不同的分级回水管，各个分级回水管分别插入井管的每一级；在井管内部设置的提水管沿井管轴向穿过隔板并插入到井管的底部，在提水管的末端连接有潜水泵，提水管的另一端连接热交换器。
2.根据权利要求1所述的一种地热水单井分级回灌的设备，其特征在于：实体管是管壁不带通孔的井管；所述的网眼管是管壁带多个通孔的井管。
3.根据权利要求1所述的一种地热水单井分级回灌的设备，其特征在于：所述的井管由上至下的第25米、第75米、第120米处各设置一个隔板(5)形成隔水层，使井管形成3级。
4.根据权利要求1所述的一种地热水单井分级回灌的设备，其特征在于：分水器下部还连接有应急排水管，应急排水管穿过井管的3个隔板，插入到井管的第3级以下。
5.根据权利要求1所述的一种地热水单井分级回灌的设备，其特征在于：井管上端管口处还设有一个自吸泵，该自吸泵连接一组排沙管。
6.根据权利要求5所述的一种地热水单井分级回灌的设备，其特征在于：所述排沙管长度不同，分别插入井管的每一级。
7.一种如权利要求1所述的地热水单井分级回灌的方法，其特征在于： 将井管分为多级结构，其中每一级井管的管壁均由不带通孔的实体管与带通孔的网眼管连接构成，井管的各级之间隔开；将回灌水通过回水管分级回送，各个分级回水管分别插入井管的每一级，回灌水通过各级的网眼管排出管外；在井管内部设置的提水管沿井管轴向穿过隔板并插入到井管的底部提水，提水管的另一端连接热交换器。
8.根据权利要求7所述的一种地热水单井分级回灌的方法，其特征在于：所述的井管由上至下通过隔板形成3级结构。 
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