CN103816714B - 砂岩地热尾水经济回灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到地热开发利用过程中地热尾水回灌技术，整个系统除地热井外，主要采用了地热水除砂装置、分（集）水器、换热装置、变频加压装置、除气装置、尾水过滤装置及电动调节阀；通过系统的调整实现地热井的开采和回灌的功能转变，消除长期对单口地热井回灌造成的积累性堵塞，保证回灌的长期性；采用了备用过滤装置，保证回灌过程的持续性与连续性。配合采用三级不同精度的过滤器，此外设计具备自动调控功能，使得整个系统可实现加压泵自动升降频及电动调节阀开度的PID控制，消除了地热井开采与回灌间的相互干扰。该系统适用于不同地区砂岩地层，使用该系统可对地热综合利用之后的尾水进行经济有效的回灌，保证地热开发与利用可持续发展。

Description

砂岩地热尾水经济回灌系统

技术领域

本发明属于地热开发利用领域，具体涉及砂岩地热尾水回灌。

技术背景

地热资源作为一种可再生能源已纳入“十二五”能源规划。如何利用好地热资源是当前节能减排的理想选择之一。

地热水从地层内开采至地面进行换热利用，地热水的温度、压力等工况发生改变，且与空气接触后的地热水组分发生变化，回灌过程中在砂岩热储内形成了不同成因的堵塞，造成砂岩热储内地热尾水回灌流量减小，回灌效率降低，甚至不能进行回灌。

现有的回灌装置基本由过滤装置、排气装置和加压回灌泵串联组成。从整体来看，目前所使用的回灌装置主要有以下特点：（1）均为二级过滤，且前后两级精度设置跨度太大，由于地热尾水所含悬浮物颗粒粒级范围广，此类设施容易造成过滤器在运行过程中工作负荷过大；另一方面，尽管经过过滤，长时间回灌后，回灌井也会发生不同程度的堵塞造成回灌效率降低。（2）回灌装置未能将开采至回灌整个系统整体考虑设计，造成管路水力工况存有相互干扰。（3）石英砂罐过滤装置使用过程中遇矿化度高、成分复杂的地热水容易造成块结，会降低过滤效果，且不易清洗。氮气保护装置及石英砂罐占地过大，不易大规模推广使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供砂岩地热尾水经济回灌系统，主要是采用先进的设计理念，具体体现为（1）本回灌系统针对地热尾水中所含颗粒的粒径分布特征，对应设置粗效、中效、精效三个主要粒度等级进行过滤。（2）整个系统密闭性良好，避免空气接触产生化学、生物堵塞。（3）本回灌系统通过调整井口装置-分（集）水器-阀门，并切换地热井工作状态，实现地热井开采与回灌功能的转换。原回灌井转换为生产井进行开采工作时，地热水通过地层孔隙渗入井筒内，经潜水泵抽吸作用，可以对近井筒地带原回灌形成的堵塞进行有效清除，达到长期回灌的目的。这种设计思路具有很强的实用性，极大的降低了回灌时对地层内近井筒地带形成的堵塞清理的难度，减少了回灌过程中运行成本的支出，提高了回灌的效率。（4）本回灌系统把开采-回灌整个过程作为一个整体进行考虑设计，回灌系统设计有自动调节装置，当开采及回灌流量或压力波动时，通过自控装置调节压力与流量，保证回灌与生产间不相互干扰。（5）换热出口端的地热尾水首先在排气罐内排放尾水中的溶解气体，然后进入后续设备。该设计避免地热尾水在过滤、加压的过程中再释放气体对过滤器造成堵塞或对加压泵造成气蚀，也避免使用氮气保护装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

砂岩地热尾水经济回灌系统，其包括：

至少一组地热井、地热水除砂装置、分（集）水器、换热装置、变频加压装置、除气装置、尾水过滤装置及电动调节阀；

其中，所述的地热井和所述的地热水除砂装置相连，所述地热水除砂装置通过所述分（集）水器与所述的换热装置相连，所述换热装置分别与所述的变频加压装置和电动调节阀相连，所述变频加压装置通过除气装置与所述尾水过滤装置相连，所述变频加压装置分别与所述分（集）水器、尾水过滤装置及电动调节阀相连。

优选的，所述的地热井是至少一组具有开采和回灌功能的地热井。

优选的，所述的分（集）水器设置于具有开采和回灌功能的地热井之间，用于采灌转换和系统管路功能互换。

优选的，所述地热井井口与所述分（集）水器关键节点位置均设有阀门，所述地热水除砂装置和所述分（集）水器均设置有压力监测器、温度监测器以及流量监测器。

优选的，所述的变频加压装置由变频器和加压泵组成，其中所述变频加压装置与所述分（集）水器连接，最终处理的地热尾水通过所述分（集）水器灌入回灌井。

优选的，所述的尾水过滤装置由三级过滤精度不同的过滤器组成，其中各级过滤器根据地热尾水中悬浮物粒径分布设置其过滤精度。

优选的，所述的电动调节阀设有可受外部信号控制的执行器FCE，加压泵由受外部信号控制的变频器调控。

优选的，所述过滤器7A和过滤器7B均设有备用过滤器。

本发明的有益效果是：

1、通过三级过滤，有效过滤不同粒径的沉淀物，减少细微颗粒的通过量，减轻精效过滤器工作负荷；

2、通过压力信号快速反馈，自动调节控制，克服回灌井与开采井之间的管路水力工况干扰问题；

3、通过井口装置-分（集）水器-阀门的组合调整，快速实现地热井生产与回灌功能的相互切换，有效去除地热井长期回灌导致的积累性堵塞；

4、合理设置了除气罐的位置，保证除气罐始终处于正压工况，防止空气进入系统；

5、从开采井至回灌井，整个管路系统于密闭性良好，避免因地热水与空气接触，形成各种堵塞；

6、过滤器采用一用一备，当过滤器需长时间清洗或维修时可自动切换使用备用过滤器，保证回灌连续不中断；

7、整套回灌系统设计精巧，安装操作简便，运行维护简单。

附图说明

通过以下的详细说明和附图，可以完全理解本发明，详细的说明以及附图只是示例而不是本发明的限定。

附图1是本发明砂岩地热尾水经济回灌系统的实施方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如附图1所示本发明要解决的技术问题是提供砂岩地热尾水经济回灌系统，其包括：

至少一组地热井（1）、地热水除砂装置（2）、分（集）水器（3，9）、换热装置（4）、变频加压装置（5，8）、除气装置（6）、尾水过滤装置（7）及电动调节阀（10）；

其中，所述的地热井（1）和所述的地热水除砂装置（2）相连，所述地热水除砂装置（2）通过所述分（集）水器（3）与所述的换热装置（4）相连，所述换热装置（4）分别与所述的变频加压装置（5）和电动调节阀（10）相连，所述变频加压装置（5）通过除气装置（6）与所述尾水过滤装置（7）相连，所述变频加压装置（8）分别与所述分（集）水器（9）、尾水过滤装置（7）及电动调节阀（10）相连。

所述的地热井（1）是至少一组具有开采和回灌功能的地热井。

所述的分（集）水器（3，9）设置于具有开采和回灌功能的地热井之间，用于采灌转换和系统管路功能互换。

所述地热井（1）井口与所述分（集）水器（3，9）关键节点位置均设有阀门，所述地热水除砂装置（2）和所述分（集）水器（3，9）均设置有压力监测器（101）、温度监测器（102）以及流量监测器（103）。

所述的变频加压装置（5，8）由变频器（104）和加压泵（105）组成，其中所述变频加压装置（8）与所述分（集）水器（9）连接，最终处理的地热尾水通过所述分（集）水器（9）灌入回灌井。

所述的尾水过滤装置（7）由三级过滤精度不同的过滤器（7A、7B、7C）组成，其中各级过滤器根据地热尾水中悬浮物粒径分布设置其过滤精度。

所述的电动调节阀（10）设有可受外部信号控制的执行器FCE，加压泵（104）由受外部信号控制的变频器（105）调控。

所述过滤器（7A、7B）均设有备用过滤器。

如有一组地热井，结合图1，具体实施说明如下：在工作时，如把地热井1#作为开采井，地热井2#作为回灌井。V1、V4、V6、V7阀门开启，V2、V3、V5、V8阀门关闭，回灌过程如下：

地热水从地热井1#内通过潜水泵P1抽出后通过地热水除砂装置（2）除砂后输入机房内分（集）水器（3）；接着通过换热装置（4）提取热量后的地热水经变频加压装置（5）加压进入除气装置（6），由此操作可以避免气体进入地层形成堵塞；除气后的地热水再经过设置有三级过滤精度不同过滤器（7A、7B、7C）的尾水过滤装置（7）；过滤后的地热尾水通过分（集）水器（9）后自然回灌至2#地热井。回灌过程如需加压可通过变频加压装置（8）加压后注入回灌井，完成整个回灌过程。

在第一个采暖季之后，地热井2#（回灌井）内近井筒地带形成无法通过经济可行手段消除的堵塞物，因此在下一个采暖季，可以通过调整系统将原地热井1#转换成回灌井，地热井2#转换成开采井。V1、V4、V6、V7阀门关闭，V2、V3、V5、V8阀门开启，回灌过程即可转变为潜水泵P2抽去2#地热井（转换前回灌井）内地热水回灌至1#地热井（转换前开采井），由此有效清除长期回灌导致的近井筒地带内产生的积累性堵塞。

在整个过程中，回灌加压泵（105）均为变频控制。在变频加压装置（5）前连接有电动调节阀（10），通过压力信号PA对加压泵变频器(104)及电动调节阀（10）的执行器FCE进行PID控制，在开采或回灌流量、压力波动时自动调节控制运行工况。如回灌井内压力升高回灌量下降时，PA随之升高，此时电动调节阀（10）开度增大，增大流量使压力PA值降低至设定数值，反之亦然。当开采井抽水流量上升或下降时，压力PA随之上升或下降，加压泵变频器(104)可联动该压力信号自动升降频率。当开采井流量上升时，PA升高，加压泵自动升频增大回灌量；开采井流量降低时，PA降低，加压泵自动降频，可防止水泵空转及气蚀并减少大量不必要的电力消耗。消除了回灌井与生产井之间的水力干扰。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。其中对上述表述进行相似替换以及本领域发明人显而易见的改动均属于本发明的保护范围，本发明也存在其他类似的技术方案，均不受上述实施例的限制，本发明要求保护由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种砂岩地热尾水经济回灌系统，其包括:

至少一组具有开采和回灌功能的地热井(1)、设置于具有开采和回灌功能的地热井(1)之间的分/集水器A(3)和分/集水器B(9)、地热水除砂装置(2)、换热装置(4)、变频加压装置A(5)、变频加压装置B(8)、除气装置(6)、尾水过滤装置(7)及电动调节阀(10)；所述的分/集水器A(3)和分/集水器B(9)用于采灌转换和系统管路功能互换；所述的地热水除砂装置(2)和地热井(1)相连，所述地热水除砂装置(2)还通过所述分/集水器A(3)与所述的换热装置(4)相连，所述换热装置(4)分别与所述的变频加压装置A(5)和电动调节阀(10)相连，所述变频加压装置A(5)通过除气装置(6)与所述尾水过滤装置(7)相连，所述变频加压装置B(8)分别与所述分/集水器B(9)、尾水过滤装置(7)及电动调节阀(10)相连:所述的尾水过滤装置(7)由三级过滤精度不同的过滤器A(7A)、过滤器B(7B)、过滤器C(7C)组成，所述过滤器A(7A)连接过滤器B(7B)及除气装置(6)，过滤器B(7B)连接过滤器C(7C)，过滤器C(7C)为三级过滤，所述过滤器A(7A)、过滤器B(7B)及过滤器C(7C)根据地热尾水中悬浮物粒径分布设置其过滤精度，过滤器C(7C)连接变频加压装置B(8)，变频加压装置A(5)和变频加压装置B(8)由变频器(104)及加压泵(105)组成，所述变频加压装置B(8)与所述分/集水器B(9)连接，最终处理的地热尾水通过所述分/集水器B(9)灌入回灌井，所述的电动调节阀(10)设有可受外部信号控制的执行器FCE，加压泵(105)由受外部信号控制的变频器调控，加压泵(105)为变频控制，在变频加压装置(5)前连接有电动调节阀(10)，通过压力信号PA对变频器(104)及电动调节阀(10)的执行器FCE进行PID控制，在开采或回灌流量、压力波动时自动调节控制运行工况。

2.根据权利要求l所述的砂岩地热尾水经济回灌系统，其特征在于，所述过滤器A(7A)和过滤器B(7B)均设置有备用过滤器。