CN109945533A - 深浅结合地热田综合开发系统 - Google Patents

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Abstract

深浅结合地热田综合开发系统，包括地热水循环管道1、热能交换池2和地表热交换装置3，所述地热水循环管道1包括取水管道11、热交换管道12和回渗管道13，所述取水管道11、热交换管道12和回渗管道13依次连接；所述热能交换池2位于地表以下10米至20米之间；所述热能交换管12包括第一热能交换区121、第二热能交换区122；所述地表热交换装置3包括第一换热装置31、第二换热装置32；所述第一换热装置21与所述第一热能交换区121对应，所述第二换热装置32与所述第二热能交换区122对应。本发明增强了热交换过程的稳定性；增加地热井使用寿命；地表能源输出稳定；解决了对管路和设备腐蚀；解决地下热水的补充与提高采水效率的平衡问题。

Description

深浅结合地热田综合开发系统
技术领域
本发明总体涉及能源开采领域，更具体地，涉及深浅结合地热田综合开发系统。
背景技术
地热能源作为清洁能源，是可再生的。目前，在低碳环保的大需求下，开发地热能源是很必要的。
现有地热资源采集系统，通常是将地下热水直接采集到地面，再进行利用，不将利用后的地下水回灌，这种方式会造成地下热水水量减少，严重者甚至会造成地面塌陷，还会因为地下热水所含的矿物质，对环境造成污染；另外一种方式是将地下热水采集，在地表进行热交换进行利用后回灌到地下，但这种热交换一般采用一次性热交换的方式，不能进行能量输出的调节，当地热资源处于不稳定的时期，通过热交换所输出的能量会随着地热资源的不稳定而有所浮动，增加地表利用地热资源的难度，降低地热利用率。
由于地下热水中的矿物含量较高，在利用地热水进行热交换会造成对管道和相关设备的腐蚀；地表温度随气候变化较大，夏天温度较高，冬天温度降低，地下热水的矿物含量较高，当地下热水温度降低时，矿物容易析出，进一步造成对管道的腐蚀，还有可能在管道内堆积，增加管道维护或更换成本。
发明内容
本发明需要解决的问题是，解决地热资源利用过程中，由于地热资源不稳定造成的地表能源输出不稳的问题，以及地热水中矿物质析出对管路和设备腐蚀的问题，提高地热资源的利用率，解决回灌水对地下热水的补充与提高采水效率之间的平衡问题。
本发明提供了一种深浅结合地热田综合开发系统，包括地热水循环管道1、热能交换池2和地表热交换装置3，所述地热水循环管道1包括取水管道11、热交换管道12和回渗管道13，所述取水管道11、热交换管道12和回渗管道13依次连接，用于提取地热储层的地热水，与地表热交换装置3进行热交换，将热交换完成的地热水回渗到地热储层；所述热能交换池2位于地表以下10米至20米之间，用于容纳所述热能交换管12和所述地表热交换装置3；其中，所述热能交换管12包括第一热能交换区121、第二热能交换区122；所述地表热交换装置3包括第一换热装置31、第二换热装置32；所述第一换热装置21与所述第一热能交换区121对应，所述第二换热装置32与所述第二热能交换区122对应。
根据本发明的一种实施方式，所述回渗管道13靠近地热储层的位置为渗漏结构。
根据本发明的一种实施方式，所述的深浅结合地热田综合开发系统，其中还包括动力装置4，所述动力装置4与所述取水管道11连接，用于向所述取水管道11提供动力输送地热水。
根据本发明的一种实施方式，所述的深浅结合地热田综合开发系统，其中，还包括升降装置5，所述升降装置5与所述取水管道11连接，用于根据地热储层地热水供应情况调节所述取水管道11的深度。
根据本发明的一种实施方式，所述的深浅结合地热田综合开发系统中，所述第一热能交换区121和所述第二热能交换区122中的至少一个采用管壳式热交换结构。
根据本发明的一种实施方式，所述回渗管道13包括加压装置6，用于驱动所述回渗管道13内的热交换水回渗。
根据本发明的一种实施方式，所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括第一过滤装置7和第二过滤装置8，所述第一过滤装置7安装在所述取水管道11上，所述第二过滤装置8安装在所述回渗管道13上。
根据本发明的一种实施方式，所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括矿物回收装置，所述矿物回收装置与所述第一过滤装置7和所述第二过滤装置8连接，用于回收过滤的矿物质。
根据本发明的一种实施方式，所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括回水补偿装置9，所述回水补偿装置安装在所述渗管道13上，用于向所述渗管道13补充回渗用水。
本发明中所述热交换池设置在地表以下10-20米左右的位置，在温度比较恒定的环境进行热交换，增强了热交换过程的稳定性；升降装置的设置，使得采水口可以垂直升降，可以根据地热储层地热水的变化情况及时调节，维持地热井产量稳定，增加地热井使用寿命；多级地热交换装置解决地热资源利用过程中，由于地热资源不稳定造成的地表能源输出不稳的问题；过滤装置解决地热水中矿物质析出对管路和设备腐蚀的问题，提高地热资源的利用率；回渗水补偿装置解决回灌水对地下热水的补充与提高采水效率之间的平衡问题。
附图说明
图1是深浅结合地热田综合开发系统各装置的示意图；
图2是动力装置的示意图；
图3是升降装置的示意图；
图4是加压装置的示意图；
图5是过滤装置的示意图；以及
图6是回水补偿装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。
图1示出了深浅结合地热田综合开发系统各装置的示意图。
如图1所示，一种深浅结合地热田综合开发系统，包括地热水循环管道1、热能交换池2和地表热交换装置3，所述地热水循环管道1包括取水管道11、热交换管道12和回渗管道13，所述取水管道11、热交换管道12和回渗管道13依次连接，用于提取地热储层的地热水，与地表热交换装置3进行热交换，将热交换完成的地热水回渗到地热储层；所述热能交换池2位于地表以下10米至20米之间，用于容纳所述热能交换管12和所述地表热交换装置3；其中，所述热能交换管12包括第一热能交换区121、第二热能交换区122；所述地表热交换装置3包括第一换热装置31、第二换热装置32；所述第一换热装置21与所述第一热能交换区121对应，所述第二换热装置32与所述第二热能交换区122对应。
所述取水管道11是将地热水抽取至换热池的管道，由于其输送的为含盐高温的地热水，要求其满足防腐蚀、防高温，且使得积盐不易附着于其内表面等要求。
本发明将所述热能交换池2置于距离地表300米至500米之间，是出于多方面的考虑。地表以下20米左右即进入恒温带，温度受到季节变换的影响很小。能够为热能交换提供一个稳定的外界环境，够控制热交换的稳定进行，另一方面，避免在热交换过程中矿物析出量出现较大波动，不利于处理，对管道和设备造成损伤。
本发明将所述热能交换管12分为两个区域，并将地表热交换装置3也划分为相对应的两个部分，除了为了充分的进行阶梯热交换的目的外，最主要的是将交换的能量分段输出。例如，所述第一换热装置31通过与所述第一热能交换区121的热交换，使得所述第一换热装置31获得了150℃的水蒸气能源，所述第一换热装置31能向外界提供数量为A的能源；使所述第二换热装置32获得了100℃的水蒸气能源，所述第二换热装置32能向外界提供数量为B的能源，外界在利用上述能源时候，只需要数量为C的能源即可，其中C≠A+B，所以可以调节从所述第一换热装置31和第二换热装置32取得能源的权重，以达到最终获得C能源的目的。当地热储层中的地热能源不稳定时，导致地表换热装置取得的能源数量和种类不同，所述种类不同指温度不同，也可以根据需要调整从不同的地表换热装置取得不同权重的能源，从而，使输出能源稳定，不受地热储层地热资源波动的影响。
所述热能交换管12以及地表热交换装置3还可以根据不同权重调节的需要分成更多的分区。
所述热能交换池2可以设置为圆形、方形以及任意可替代的形状，只要满足其内部进行换热的需要。
所述热能交换池2中的热交换结构由热能交换区和对应的地表热能交换装置组成，所述热能交换结构可以由两组或者两组以上热能交换器组成，两组热能交换器并联，在其连接管道的拐角，均采用大于90°的钝角，避免积盐。所述热能交换器采用一备一用的方式并联连接。可以方便的进行维护。
根据本发明的一种实施方式，所述回渗管道13靠近地热储层的位置为渗漏结构。本发明采用渗透的方式，通过地热能储层周边的裂缝将地热水回灌，在回灌过程中，利用地热将所述回灌水增温。
图2示出了动力装置的示意图。
如图2所示，所述的深浅结合地热田综合开发系统，其中还包括动力装置4，所述动力装置4与所述取水管道11连接，用于向所述取水管道11提供动力输送地热水。
所述动力装置4可以是各种泵、卷扬机等，可以是一个或多个的组合，可根据具体情况进行设计和组合。基于地热水的特性，可以选择具备耐热、耐腐蚀的设备进行组合，本发明不限定其材质。
图3示出了升降装置的示意图。
如图3所示，所述的深浅结合地热田综合开发系统，其中，还包括升降装置5，所述升降装置5与所述取水管道11连接，用于根据地热储层地热水供应情况调节所述取水管道11的深度。
所述升降装置5用于控制所述取水管道11在地热能储层中的深度。当所述地热能储层由于开采一段时间后，有可能因为其他原因导致的地热水液面下降；或者由于季节性原因导致地热水液面发生变化；或者由于地热水回灌阶段性的波动导致的地热水液面变化等等，为了保障地热井的产量稳定，保证在所述热能交换池2中换热源的稳定性，由所述升降装置5控制所述取水管道11的深度。进一步增强系统的稳定性。
根据本发明的一种实施方式，所述的深浅结合地热田综合开发系统中，所述第一热能交换区121和所述第二热能交换区122中的至少一个采用管壳式热交换结构。
所述管壳式热交换结构可以增大热交换效率，本发明还可以采用其他可替代的换热结构。
图4示出了加压装置的示意图。
如图4所示，所述回渗管道13包括加压装置6，用于驱动所述回渗管道13内的热交换水回渗。
所述回渗管道13用于将经过热交换的地热水(回灌水)回灌至地热能储层中，避免地面塌陷、地热井寿命减少等问题。但是在布设回灌结构时，需要注意：第一、需要所述地热水及时回灌。第二、由于回灌的地热水的温度低于地热储层中的地热水，在与取水口接近时，很容易影响取水口处地热水的温度，降低能源利用效率。所以，回灌处需要尽量远离所述取水口。本发明采用渗透的方式，通过地热能储层周边的裂缝将地热水回灌，在回灌过程中，利用地热将所述回灌水增温，同时，为了增加回灌速度，本发明采用加压装置6。能够取得既能将经过热交换的地热水及时的回灌，又能尽可能小的影响回灌水因为温度低于地热水造成取水口的取水温度的波动。
图5示出了过滤装置的示意图。
如图5所示，所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括第一过滤装置7和第二过滤装置8，所述第一过滤装置7安装在所述取水管道11上，所述第二过滤装置8安装在所述回渗管道13上。
所述第一过滤装置7用于过滤地热水中的泥沙以及大颗粒物，所述第二过滤装置8用于过滤热交换过程中地热水析出的矿物质杂质。
根据本发明的一种实施方式，所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括矿物回收装置，所述矿物回收装置与所述第一过滤装置7和所述第二过滤装置8连接，用于回收过滤的矿物质。
回收的矿物质可以回收利用，或者将所述矿物回收装置连接到回水补偿装置，使矿物质随回水排放至地下。
图6示出了回水补偿装置的示意图。
如图6所示，所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括回水补偿装置9，所述回水补偿装置安装在所述渗管道13上，用于向所述渗管道13补充回渗用水。
本发明中所述热交换池设置在地表以下10-20米左右的位置，在温度比较恒定的环境进行热交换，增强了热交换过程的稳定性；升降装置的设置，使得采水口可以垂直升降，可以根据地热储层地热水的变化情况及时调节，维持地热井产量稳定，增加地热井使用寿命；多级地热交换装置解决地热资源利用过程中，由于地热资源不稳定造成的地表能源输出不稳的问题；过滤装置解决地热水中矿物质析出对管路和设备腐蚀的问题，提高地热资源的利用率；回渗水补偿装置解决回灌水对地下热水的补充与提高采水效率之间的平衡问题。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims (9)

1.深浅结合地热田综合开发系统，包括地热水循环管道(1)、热能交换池(2)和地表热交换装置(3)，
所述地热水循环管道(1)包括取水管道(11)、热交换管道(12)和回渗管道(13)，所述取水管道(11)、热交换管道(12)和回渗管道(13)依次连接，用于提取地热储层的地热水，与地表热交换装置(3)进行热交换，将热交换完成的地热水回渗到地热储层；
所述热能交换池(2)位于地表以下10米至20米之间，用于容纳所述热能交换管(12)和所述地表热交换装置(3)；
其中，所述热能交换管(12)包括第一热能交换区(121)、第二热能交换区(122)；
所述地表热交换装置(3)包括第一换热装置(31)、第二换热装置(32)；
所述第一换热装置(21)与所述第一热能交换区(121)对应，所述第二换热装置(32)与所述第二热能交换区(122)对应。
2.根据权利要求1所述的深浅结合地热田综合开发系统，所述回渗管道(13)靠近地热储层的位置为渗漏结构。
3.根据权利要求1所述的深浅结合地热田综合开发系统，其中还包括动力装置(4)，
所述动力装置(4)与所述取水管道(11)连接，用于向所述取水管道(11)提供动力输送地热水。
4.根据权利要求3所述的深浅结合地热田综合开发系统，其中，还包括升降装置(5)，所述升降装置(5)与所述取水管道(11)连接，用于根据地热储层地热水供应情况调节所述取水管道(11)的深度。
5.根据权利要求1所述的深浅结合地热田综合开发系统，其中，所述第一热能交换区(121)和所述第二热能交换区(122)中的至少一个采用管壳式热交换结构。
6.根据权利要求1所述的深浅结合地热田综合开发系统，其中，所述回渗管道(13)包括加压装置(6)，用于驱动所述回渗管道(13)内的热交换水回渗。
7.根据权利要求1所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括第一过滤装置(7)和第二过滤装置(8)，所述第一过滤装置(7)安装在所述取水管道(11)上，所述第二过滤装置(8)安装在所述回渗管道(13)上。
8.根据权利要求7所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括矿物回收装置，所述矿物回收装置与所述第一过滤装置(7)和所述第二过滤装置(8)连接，用于回收过滤的矿物质。
9.根据权利要求1所述的深浅结合地热田综合开发系统，还包括回水补偿装置(9)，所述回水补偿装置安装在所述渗管道(13)上，用于向所述渗管道(13)补充回渗用水。
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