CN103196249A - 一种中深地层封闭循环热交换系统 - Google Patents

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陈康生
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王春梅
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F24T10/17—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Abstract

本发明涉及热交换系统领域，特别是涉及一种利用中深地层封闭循环热交换系统。包括热能使用端、换热器及循环泵，其特征在于：还包括井眼、井口装置、固井套管及悬挂套管，所述井眼深度为1000-3500m，固井套管安装在井眼中，固井套管为金属材料，井壁与固定套管之间填充油井水泥；所述悬挂套管放入固井套管中，并通过井口装置悬挂、固定；所述循环泵将水从环形空间注入井中，自上而下，与周围固井套管热交换，接近井底后，再从悬挂套管内返回地面，再通过换热器将热交换给热能使用端。本发明提供可再生的、稳定的、极低运行成本的热源。不破坏、不污染未扰动的地下水。

Description

一种中深地层封闭循环热交换系统
 
技术领域
本发明涉及热交换系统领域，特别是涉及一种利用中深地层封闭循环热交换系统。
 
背景技术
现有技术中，利用地暖供暖技术主要包括：
1、采用温泉水作为供暖热源。但是，地面温泉资源分布是自然的、有限度的。
2、钻井开发中深层地下水。尽管配有回灌井，但回灌水量不充分是不可避免的，构成地面沉降风险。
3、裸眼井换热，是半封闭循环，循环水与地下水相互交融、渗透，地下水源被人为污染。井壁长期被水浸泡，发生脱落、垮塌。
上述几种现有技术都存在污染、高能耗、不可再生等各种的问题。
 
发明内容
本发明的目的，是提供一种利用中深地层封闭循环热交换系统。
本发明技术方案如下：
一种中深地层封闭循环热交换系统，包括热能使用端、换热器及循环泵，其特征在于：
还包括井眼、井口装置、固井套管及悬挂套管，所述井眼深度为1000-3500m，固井套管安装在井眼中，固井套管为金属材料，井壁与固定套管之间填充油井水泥；所述悬挂套管放入固井套管中，并通过井口装置悬挂、固定；
所述循环泵将水从环形空间注入井中，自上而下，与周围固井套管热交换，接近井底后，再从悬挂套管内返回地面，再通过换热器将热交换给热能使用端。
进一步的，所述井眼井底的温度为60-90 oC。
 
本发明中深地层封闭循环热交换系统，与中深地层内表面金属套管换热，通过闭路水循环系统将地层的热量携带到地面。不与地层和地下水直接接触，具有如下有益效果：
1. 提供可再生的、稳定的、极低运行成本的热源。
2. 不破坏、不污染未扰动的地下水。
3. 运行中实现废水、废气的零排放。
4. 适合城市中使用。
5. 使用寿命长。
 
附图说明
图1是本发明的结构示意图。图中，热能使用端1、换热器2及循环泵3、井眼4、井口装置5、固井套管6、悬挂套管7、井底8、油井水泥9。图中箭头为本系统中的循环水流动方向。
 
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明一种中深地层封闭循环热交换系统，包括热能使用端1、换热器2及循环泵3， 还包括井眼4、井口装置5、固井套管6及悬挂套管7。本系统利用增温层，即中深地层(深度2000 m左右)的60~90 oC 温度作为可再生的、清洁热源，因此，井眼4深度为1000-3500m。固井套管6安装在井眼4中，固井套管6为金属材料，井壁与固定套管5之间填充油井水泥9；悬挂套管7放入固井套管6中，并通过井口装置5悬挂、固定。
本发明的运行如下：循环泵将水从环形空间注入井中，自上而下，与周围固井套管热交换，接近井底8后，再从悬挂套管内返回地面，再通过换热器将热交换给热能使用端。
本发明的安装过程如下：
1、选择热能使用区域安装合适的石油钻井设备。
2、钻井到达所需地层温度的裸眼井深(如, 2000m )。
3、将固井套管下入井中。
4、用油井水泥填充和加固井壁与套管之间的间隙。
5、再将悬挂套管放入井中，并悬挂、固定在井口。
6、安装井口装置、换热器、循环泵等。
当设计井口出水温度=60 oC，进水温度=40oC，温差 Δ t =20 oC, 流量=50 ton/ h,  换热井生产出约1200 kW 热能。 
生产热能过程中，仅消耗很少量的电能供循环泵使用，零排放。
如果换热井用于城市小区集中供暖，在建筑节能达标情况下，一口井可提供大约 2万平方米供暖面积的热能。

Claims (2)

1.一种中深地层封闭循环热交换系统，包括热能使用端、换热器及循环泵，其特征在于：
还包括井眼、井口装置、固井套管及悬挂套管，所述井眼深度为1000-3500m，固井套管安装在井眼中，固井套管为金属材料，井壁与固定套管之间填充油井水泥；所述悬挂套管放入固井套管中，并通过井口装置悬挂、固定；
所述循环泵将水从环形空间注入井中，自上而下，与周围固井套管热交换，接近井底后，再从悬挂套管内返回地面，再通过换热器将热交换给热能使用端。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述井眼井底的温度为60-90 oC。
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