CN102635966A

CN102635966A - 减消地震型注水深井地热能利用系统

Info

Publication number: CN102635966A
Application number: CN2012101344303A
Authority: CN
Inventors: 张宇; 孙保燕; 曾铮; 张嵩; 申健民; 张荣付; 赵新生; 刘小兵; 范霞; 张翼宏; 秦树淼
Original assignee: 张宇
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明公开一种减消地震型注水深井地热能利用系统，其多个深井注水口和多个深井供气口均设于地面上，且分布在以城市主轴为中心、半径为1个地壳厚度的圆周上；深井注水口和深井供气口相互间隔设置；每个深井注水口的上方通过加压注水装置与冷水水源供水管道相连通，每个深井供气口的上方与地热利用设备相连通；每个深井注水口和每个深井供气口的下方均与至少2条钻井管道相连通；上述每条钻井管道均从地面向下延伸至地下8～12km处，2个相邻的深井注水口和深井供气口下方所连的至少各一条钻井管道的末端在地下8～12km处相互靠近或连接。本发明能够有效减弱、延缓甚至是消弭地震、并能有效提高地热能的利用率。

Description

减消地震型注水深井地热能利用系统

技术领域

本发明涉及地震研究及地热能利用领域，具体涉及一种减消地震型注水深井地热能利用系统。

背景技术

地球本身存在极大的能量，其中包括有地震能、地磁能、地热能、地球板块漂移能、以及其他至今尚未被人类认识的一些能量。根据能量耗散理论，在地核的内部，其能量交换几乎是平衡的，符合热力学第一定律、第二定律。但地幔和地壳之间，由于远离平衡态，存在着物质交换和能量交换，譬如海沟每时每刻“吞吃”着地肉，在别的地方产生了新的岩层，整个地壳存在着复杂的非线性相干效应。非平衡即有序之源，由于能量交换的非平衡是引起地壳变迁的真正原因，因此若能够有效地将地幔和地壳之间的能量进行释放，以实现能量的平衡且应该能够在一定程度上减弱、延缓甚至是消弭地震的发生。

德国的R.霍尔尼斯提出的地震分类，一直使用至今：即塌陷地震、火山地震和构造地震。上述各类地震的特点参见表一：

表中：S为弧沟间隙或地震步距，h为地壳或岩石圈厚度即莫霍深度，N为正整数1.2.3……。

由上可知，地震是地球扩张、板块漂移所造成的，是地壳内部物质运动的表现形式，也是地层内压力失衡造成的能量释放。能量来源于地核，地震仅仅是岩浆在地壳内的喷发而已。

在地质断裂带、板块缝合线和海底转换断层等处，由于板块漂移和地幔柱的作用，使大陆地壳或大洋地壳内，岩石圈内部岩层与俯冲带(消亡带及贝尼奥夫带，和达-贝尼奥夫带等)发生相撞，俯冲带反方向运动深潜入M面及软流层以下，在这一运动过程中，使弧沟间隙、大陆和海洋的C面(康拉德面)和M面(莫霍面)之间产生了裂缝即空穴，称为地震空穴。地震空穴是在地下C面以下，在高压强高温度情况下被强行撕裂开一道缺口，具有高真空即高负压的性质。高温度负压也是一种物理场，很可能还具有超高静电的特殊性能。

从耗散结构论来分析，地震空穴既无能量交换又无物质交换，是一个远离平衡态的孤立系统。与此相反的是，软流层以下的岩浆所在的上地幔，处于正高压，与下地幔存在能量交换和物质交换，是一个开放系统。只要地震空穴在地壳的原始基岩及软流层物质中找到一丝缝隙，就会“击穿”软流层，引发地震空穴的爆炸，即地震空穴的湮灭，岩浆喷发，造成山根动摇，山崩地裂，继而房屋倒塌，河流壅堵等地震灾害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种减消地震型注水深井地热能利用系统，其能够有效减弱、延缓甚至是消弭地震、并能有效提高地热能的利用率。

为解决上述问题，本发明所设计的一种减消地震型注水深井地热能利用系统，主要由多个深井注水口、多个深井供气口、多条钻井管道、冷水水源供水管道、以及地热利用设备所组成；上述多个深井注水口和多个深井供气口均设于地面上，且分布在以城市主轴为中心、半径为1个地壳厚度的圆周上；深井注水口和深井供气口相互间隔设置；每个深井注水口的上方通过加压注水装置与冷水水源供水管道相连通，每个深井供气口的上方与地热利用设备相连通；每个深井注水口和每个深井供气口的下方均与至少2条钻井管道相连通；上述每条钻井管道均从地面向下延伸至地下8～12km处，2个相邻的深井注水口和深井供气口下方所连的至少各一条钻井管道的末端在地下8～12km处相互靠近或连接。

为了能够有效利用自然界的现有水源，所述冷水水源供水管道的入水端与海水、湖水和/或江河水相连通。

为了能够有效利用所获得的地热能，所述地热利用设备为地热发电站和/或城市供暖管道。

为了有效地将地震能级降低，所述深井注水口和深井供气口的总和为32的倍数。

上述方案中，所述冷水水源供水管道为钢管。

上述方案中，深井注水口和深井供气口相互间隔设置的方式有如下2种：其一采用完全等距设置方式，即让每个深井注水口均和与之相邻的2个深井供气口之间的间距相等，每个深井供气口均和与之相邻的2个深井注水口之间的间距相等；其二采用分组等距设置方式，即让一个深井注水口与一个深井供气口相互靠近形成一组深井口，然后让每组深井口和与之相邻的2组深井口之间的间距相等。

上述方案中，当深井注水口和深井供气口采用等距设置方式时，相邻的深井注水口和深井供气口之间的间隔为2～4公里。

上述方案中，当深井注水口和深井供气口采用分组等距设置方式时，所述每组深井口之间的间隔为2～4公里，每组深井口内的深井注水口与深井供气口之间的间隔为200～400米。

与现有技术相比，本发明通过人工建造一个环城深井网，并通过深井注水网向该环城深井口中注入自然界的冷水水源，加压注入的冷水以很快的速度流向地层深处；由于该环城深井网的深井注水口下方所连钻井管道与深井供气口下方所连钻井管道在地层深处交汇或靠近，因此从深井注水口加压注入的冷水能够大面积收集地核能、地壳能和地质断裂带上的摩擦能等，这些高温高压的地热能量能够将环城深井网中的冷水转化为水蒸气供供暖系统和/或推动蒸汽涡轮发电机进行发电；这样不仅能够提高地热能的利用率，节约能源；而且加压注入的冷水甚至可破坏掉康拉德面和莫霍面之间的地震空穴，且长期使用能够耗散掉地震大部分的能量，起到延缓、减弱、甚至消弭地震的作用；此外，长期坚持在地表沉降区或抬升区注水，可以改变沉降区地下水的状态而使得沉降区回升，或可以改变抬升区的应力而使得抬升区不再抬升。

附图说明

图1为一种减消地震型注水深井地热能利用系统的部分剖视图。

图2为减消地震型注水深井地热能利用系统的一种布局方式。

图3为减消地震型注水深井地热能利用系统的另一种布局方式。

图中标示：1、深井注水口；2、深井供气口；3、钻井管道；4、冷水水源供水管道；5、地热利用设备；6、加压注水装置。

具体实施方式

参见图1，一种减消地震型注水深井地热能利用系统，主要由多个深井注水口、多个深井供气口、多条钻井管道、冷水水源供水管道、以及地热利用设备所组成；上述多个深井注水口和多个深井供气口均设于地面上，且分布在以城市主轴为中心、半径为1个地壳厚度的圆周上；深井注水口和深井供气口相互间隔设置；每个深井注水口的上方通过加压注水装置与冷水水源供水管道相连通，每个深井供气口的上方与地热利用设备相连通；每个深井注水口和每个深井供气口的下方均与至少2条钻井管道相连通；上述每条钻井管道均从地面向下延伸至地下8～12km处，2个相邻的深井注水口和深井供气口下方所连的至少各一条钻井管道的末端在地下8～12km处相互靠近或连接。

为了能够有效的利用自然界的水源向地下注水，所述冷水水源供水管道的入水端与海水、湖水和/或江河水相连通，即冷水水源可以是海水、湖水和江河水中的一种或多种。为了能够将获得的地热能进行有效的利用，所述地热利用设备为地热发电站和/或城市供暖管道。设置在深井注水口和深井供气口上方的管道即冷水水源供水管道和城市供暖管道为钢管，而设置在深井注水口和深井供气口下方的钻井管道则是直接采用钻探设备在地下钻出的深井管孔。深井注水口和深井供气口可以布设成正圆形、椭圆形、多边形、规则的近圆形、甚至是矩形。在弧沟间隔的陆侧，即沿海岸线的地质断裂带设置可以采用直线布局，以减消大陆架的地震。每个深井注水口下方所连的至少2条钻进管道均分为2组，这2组钻进管道以深井注水口下为中心呈倒V形设置并延伸，并分别与相邻的2个深井供气口靠近或相连。同样的，每个深井供气口下方所连的至少2条钻进管道均分为2组，这2组钻进管道以深井供气口下为中心呈倒V形设置并延伸，并分别与相邻的2个深井注水口靠近或相连。

由于每一个地震等级之间能量相差32倍，因此为了能够有效地将地震等级降低，本发明所述深井注水口和深井供气口的个数总和为32的倍数，即深井注水口和深井供气口的个数总和为32×n个，其中n为拟减弱的地震级数。若深井注水口和深井供气口的总数恰好为32个时，此时n＝1，那么实际爆发的地震就只是3.3级，而不是本应发生的4.3级。若深井注水口和深井供气口的总数恰好为64个时，此时n＝2，那么实际爆发的地震就只是2.3级，而不是本应发生的4.3级。以此类推，若深井注水口和深井供气口的总数为32n时，则实际爆发的地震震级为G-n级，而不是原来本应发生的地震级数G级。深井注水口和深井供气口的间隔依据所布设的圆周周长和拟设的深井注水口和深井供气口的个数而定，即深井口间隔

深井注水口和深井供气口相互间隔设置的方式有如下2种：其一如图2所示，采用完全等距设置方式，即让每个深井注水口均和与之相邻的2个深井供气口之间的间距相等，每个深井供气口均和与之相邻的2个深井注水口之间的间距相等。此时，每个深井注水口和与之相邻的深井供气口之间的间隔为2～4公里。其二如图3所示，采用分组等距设置方式，即让一个深井注水口与一个深井供气口相互靠近形成一组深井口，然后让每组深井口和与之相邻的2组深井口之间的间距相等。此时每组深井口内部的深井注水口与深井供气口之间的间隔为200～400米。每组深井口之间的间隔为2～4公里。

深井管道从深井注水口或深井供气口处倾斜向下延伸，即每个深井注水口或深井供气口上连接的至少2条深井管道分别向左右两侧倾斜，并相互形成倒V型，这样深井注水口的深井管道末端才能够与2个相邻深井供气口的深井管道末端相互靠近。深井注水口所连深井管道的末端与深井供气口所连深井管道的末端相靠近之处本系统最为重要的能量交换之处，其埋深的深度决定了水蒸气的压力与温度，埋深的深度越深，水蒸气的温度和压强越高，地热能的利用率也更高。考虑到目前深井钻头的最大钻井深度为12公里左右，因此在发明中，深井注水口所连深井管道的末端与深井供气口所连深井管道的末端的埋深深度介于地下8～12公里之间。在本发明优选实施例中，深井注水口所连深井管道的末端与深井供气口所连深井管道的末端的埋深深度为10公里，那里的压强能够达到2700大气压、300℃的温度，而高温地热发电所需的高温蒸汽的温度为150℃～300℃。

冷水水源供水管道将海水、河水或湖泊水等冷水引入至各深井注水口处。冷水在加压装置的作用下从各深井注水口注入与之相连的深井管道内，冷水逐渐从地下8～12公里处渗入地壳深处。由于地壳深处具有极大的地热能，因此冷水在地壳深处会吸收地热能而转换为热蒸汽，这些产生蒸汽会沿着深井供气口上所连的深井管道排出以供地热利用设备即地热发电站或城市供暖管道所用。由于从深井注水口注入的冷水会随着时间的推移，逐渐进入到地壳的各个部分，如地震空穴之处，这样不仅能够将地壳深处的能量进行释放，而且能够让地震空穴吸收大量水蒸气，从而有效延缓甚至是减弱消弭地震的发生。

本发明最好建造在潜在地震高发区，如VI～VII度地震烈度区、地质断裂带处、逆掩层处、板块缝合线处、以及弧沟间隙处。此外，本发明还能将城市供水、供暖、供电等功能集合为一体，实现城市能源管网的集中和统一化的管理。

Claims

1.减消地震型注水深井地热能利用系统，其特征在于：主要由多个深井注水口、多个深井供气口、多条钻井管道、冷水水源供水管道、以及地热利用设备所组成；上述多个深井注水口和多个深井供气口均设于地面上，且分布在以城市主轴为中心、半径为1个地壳厚度的圆周上；深井注水口和深井供气口相互间隔设置；每个深井注水口的上方通过加压注水装置与冷水水源供水管道相连通，每个深井供气口的上方与地热利用设备相连通；每个深井注水口和每个深井供气口的下方均与至少2条钻井管道相连通；上述每条钻井管道均从地面向下延伸至地下8～12km处，2个相邻的深井注水口和深井供气口下方所连的至少各一条钻井管道的末端在地下8～12km处相互靠近或连接。

2.根据权利要求1所述减消地震型注水深井地热能利用系统，其特征在于：所述冷水水源供水管道的入水端与海水、湖水和/或江河水相连通。

3.根据权利要求1所述减消地震型注水深井地热能利用系统，其特征在于：所述地热利用设备为地热发电站和/或城市供暖管道。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述减消地震型注水深井地热能利用系统，其特征在于：所述深井注水口和深井供气口的总和为32的倍数。

5.根据权利要求1所述减消地震型注水深井地热能利用系统，其特征在于：所述冷水水源供水管道为钢管。

6.根据权利要求1所述减消地震型注水深井地热能利用系统，其特征在于：深井注水口和深井供气口相互间隔设置的方式有如下2种：其一采用完全等距设置方式，即让每个深井注水口均和与之相邻的2个深井供气口之间的间距相等，每个深井供气口均和与之相邻的2个深井注水口之间的间距相等；其二采用分组等距设置方式，即让一个深井注水口与一个深井供气口相互靠近形成一组深井口，然后让每组深井口和与之相邻的2组深井口之间的间距相等。

7.根据权利要求6所述减消地震型注水深井地热能利用系统，其特征在于：当深井注水口和深井供气口采用等距设置方式时，相邻的深井注水口和深井供气口之间的间隔为2～4公里。

8.根据权利要求6所述减消地震型注水深井地热能利用系统，其特征在于：当深井注水口和深井供气口采用分组等距设置方式时，所述每组深井口之间的间隔为2～4公里，每组深井口内的深井注水口与深井供气口之间的间隔为200～400米。