CN110230895A - 深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统，包括主井、控制室、抽水系统、回灌系统和阻水系统，抽水系统用于开采某一区域的深埋藏热储含水层内的地热水，回灌系统用于将提热后的地下水回灌到抽采影响半径外的同层热储含水层内，阻水系统用于阻止抽采水与提热后的地下水汇合，控制室设置在主井外地面上。本发明能够进行同层同井深层地热水的抽水和回灌，避免同层地热水抽采和回灌时相互干扰，降低凿井费用，占地面积小，地质结构扰动少，回灌率高，实用性好，可操作性强。

Description

深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统及工作方法

技术领域

本发明涉及地热能开发技术领域，具体的说，涉及一种深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统及工作方法。

背景技术

化石能源作为一次能源对生态环境污染严重，清洁能源日益受到重视。地热能是一种清洁的可循环利用能源，地下水作为地热载体被广泛运用于工业、农业、养殖、旅游、生活等行业。松散孔隙型地热水储存于地表下，由于顶部无坚硬基岩的保护，如果过度开采，轻者将引起含水层水位持续下降、水质恶化、水温降低等负效应，重者将导致地表沉陷、地面沉降等环境水文地质问题。目前，将提热后的地下水回灌到开采热储含水层，是保持地热水可持续利用、防止负效应及环境水文地质问题的有效措施。地热水提取工程一般位于居民集中区，抽水井与回灌井处于不同地点，工程占用土地面积较大造成了宝贵土地资源的浪费；此外，地热水抽灌井的凿井费一般在1000元/米以上，工程费用昂贵。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统及工作方法，能够进行同层同井深层地热水的抽水和回灌，避免同层地热水抽采和回灌时相互干扰，降低凿井费用，占地面积小，地质结构扰动少，回灌率高，实用性好，可操作性强。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统，包括主井、控制室、抽水系统和回灌系统，抽水系统用于开采某一区域的深埋藏热储含水层内的地热水，回灌系统用于将提热后的地下水回灌到抽采影响半径外的同层热储含水层内，控制室设置在主井外地面上；

抽水系统包括抽水井、抽水主管、抽水泵、抽水控制器和抽水花管，主井、抽水井、抽水主管和抽水花管的中心线重合且竖直设置，抽水井位于主井的正下方且与主井连通，抽水井的上端与主井的下端连接，抽水井的下端与热储含水层连通，抽水主管自地面向下竖直依次穿过主井和抽水井并伸入到热储含水层的地热水中，抽水泵安装在位于主井内的抽水主管上，抽水控制器与抽水泵通过抽水电缆连接，抽水控制器设置在控制室内，抽水花管竖直插入热储含水层的地热水中，抽水花管的上端与抽水井的下端连接，抽水花管的内径与抽水井的内径相同；

回灌系统包括回灌井、回灌主管、回扬泵、回扬控制器和回灌花管，回灌井倾斜设置，回灌井的上端口设置在位于抽水井上方的主井内壁上，回灌井的下端口与热储含水层连通，回灌主管穿过回灌井并伸入到热储含水层的地热水中，回灌主管的上端伸出回灌井的上端口并竖直向上设置在主井内，回灌主管的外径小于回灌井的内径，回灌主管的外壁与回灌井的内壁之间具有用于提热后的地下水回流至热储含水层内的环形间隙，回扬泵安装在位于主井内的回灌主管上，回扬控制器与回扬泵通过回扬电缆连接，回扬控制器设置在控制室内，回灌花管与回灌主管的中心线重合，回灌花管倾斜插入热储含水层的地热水中，回灌花管的上端与回灌主管的下端连接，环形间隙在回灌主管与回灌井的上端口处为回灌口，主井的内径大于抽水井的内径和回灌井的内径。

还包括用于阻止抽采水与提热后的地下水汇合的阻水系统，阻水系统包括阻水气囊、气泵和阻水控制器，阻水气囊套装在抽水管上且位于回灌口的下方，阻水气囊的下端部压设在主井的下端部，阻水气囊的外圆与主井的内壁紧密贴合，阻水气囊与气泵通过气管连接，气泵与阻水控制器通过阻水电缆连接，气泵和阻水控制器均设置在控制室内。

主井的下端部内径和阻水气囊的下端部外径均为上大下小的圆锥形结构，阻水气囊的下端部的圆锥形结构与主井的下端部的圆锥形结构紧压贴合。

主井、抽水井和回灌井的内壁及抽水花管均由混凝土浇筑而成，抽水井的内壁和抽水花管为一体浇筑形成。

抽水主管、回灌主管和回灌花管均由不锈钢管制成。

深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统的工作方法，包括以下步骤：

（1）：通过气囊控制器启动气泵，气泵通过气管向阻水气囊中充气，阻水气囊膨胀，从而将主井下端与抽水井上端连接处封堵；

（2）：通过抽水控制器启动抽水泵，抽水泵运转，热储含水层的地热水依次通过抽水花管和抽水主管被抽到地面，为地面的设施提供热能；

（3）：提热后的地热水直接回灌至主井中，再经回灌口沿回灌主管与回灌井的环形间隙倾斜向下回灌到热储含水层内，通过回灌花管回流到热储含水层内；

（4）：由于回灌主管和回灌主管与回灌井的环形间隙构成连通管结构，当提热后的地热水回灌时的水位沿回灌主管与回灌井的环形间隙上升至主井内且高于回灌主管上端口的回扬水位时，回灌主管内的水位也会上升并溢出回灌主管，淹没回扬泵，此时，通过回扬控制器启动回扬泵，回扬泵通过回灌主管将提热后的地热水向上回扬，在回扬过程中同时对回灌井进行回扬洗井，将回灌井中的淤泥杂物抽出，减轻回灌井的堵塞，保证提热后的地热水的回灌工作有效进行；

步骤（2）和步骤（3）同时进行，从而形成抽灌热源循环利用。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明的主井内同时开凿有抽水井和回灌井，而且回灌井倾斜设置，可将提热后的地热水直接回灌至主井1中，再经回灌口沿回灌主管与回灌井的环形间隙倾斜向下回灌到抽水井抽采影响半径外的同层热储含水层内，有效避免同层热储含水层抽采的地热水和提热后的地热水发生贯通，保障抽采的地热水水温，实现同层抽灌；提热后的地热水沿回灌主管与回灌井的环形间隙倾斜向下回灌到热储含水层内，如此，可增加回灌面积，提高回灌率；由于回灌主管和回灌主管与回灌井的环形间隙构成连通管结构，当提热后的地热水回灌时的水位沿回灌主管与回灌井的环形间隙上升至主井内且高于回灌主管上端口的回扬水位时，回灌主管内的水位也会上升并溢出回灌主管，淹没回扬泵，通过回扬控制器启动回扬泵，回扬泵通过回灌主管将提热后的地热水向上回扬，在回扬过程中同时对回灌井进行回扬洗井，将回灌井中的淤泥杂物抽出，减轻回灌井的堵塞，保证提热后的地热水的回灌工作有效进行；主井和抽水井连接处设置有套装在抽水主管上的阻水气囊，阻水气囊位于在回灌口下方，有效避免了提热后的地热水回灌时向抽采井渗透从而与抽采的地热水发生混合，实现了同井抽灌；抽水井和回灌井布置在同一个主井内，能够大大降低了凿井费用，节约工程成本。

本发明能够进行同层同井深层地热水的抽水和回灌，避免同层地热水抽采和回灌时相互干扰，降低凿井费用，占地面积小，地质结构扰动少，回灌率高，实用性好，可操作性强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

如图1所示，深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统，包括主井1、控制室18、抽水系统和回灌系统，抽水系统用于开采某一区域的热储含水层7内的地热水，回灌系统用于将提热后的地下水回灌到抽采影响半径外的热储含水层7内，控制室18设置在主井1外地面上；

抽水系统包括抽水井2、抽水主管3、抽水泵4、抽水控制器5和抽水花管6，主井1、抽水井2、抽水主管3和抽水花管6的中心线重合且竖直设置，抽水井2位于主井1的正下方且与主井1连通，抽水井2的上端与主井1的下端连接，抽水井2的下端与热储含水层7连通，抽水主管3自地面向下竖直依次穿过主井1和抽水井2并伸入到热储含水层7的地热水中，抽水泵4安装在位于主井1内的抽水主管3上，抽水控制器5与抽水泵4通过抽水电缆19连接，抽水控制器5设置在控制室18内，抽水花管6竖直插入热储含水层7的地热水中，抽水花管6的上端与抽水井2的下端连接，抽水花管6的内径与抽水井2的内径相同；

回灌系统包括回灌井8、回灌主管9、回扬泵10、回扬控制器11和回灌花管12，回灌井8倾斜设置，回灌井8的上端口设置在位于抽水井2上方的主井1内壁上，回灌井8的下端口与热储含水层7连通，回灌主管9穿过回灌井8并伸入到热储含水层7的地热水中，回灌主管9的上端伸出回灌井8的上端口并竖直向上设置在主井1内，回灌主管9的外径小于回灌井8的内径，回灌主管9的外壁与回灌井8的内壁之间具有用于提热后的地下水回流至热储含水层7内的环形间隙，回扬泵10安装在位于主井1内的回灌主管9上，回扬控制器11与回扬泵10通过回扬电缆13连接，回扬控制器11设置在控制室18内，回灌花管12与回灌主管9的中心线重合，回灌花管12倾斜插入热储含水层7的地热水中，回灌花管12的上端与回灌主管9的下端连接，环形间隙在回灌主管9与回灌井8的上端口处为回灌口20，主井1的内径大于抽水井2的内径和回灌井8的内径。

还包括用于阻止抽采水与提热后的地下水汇合的阻水系统，阻水系统包括阻水气囊14、气泵17和阻水控制器15，阻水气囊14套装在抽水管上且位于回灌口20的下方，阻水气囊14的下端部压设在主井1的下端部，阻水气囊14的外圆与主井1的内壁紧密贴合，阻水气囊14与气泵17通过气管16连接，气泵17与阻水控制器15通过阻水电缆连接，气泵17和阻水控制器15均设置在控制室18内。

主井1的下端部和阻水气囊14的下端部均为上大下小的圆锥形结构，阻水气囊14的下端部的圆锥形结构与主井1的下端部的圆锥形结构紧压贴合。

主井1、抽水井2和回灌井8的内壁及抽水花管6均由混凝土浇筑而成，抽水井2的内壁和抽水花管6为一体浇筑形成。

抽水主管3、回灌主管9和回灌花管12均由不锈钢管制成。

深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统的工作方法，包括以下步骤：

（1）：通过气囊控制器启动气泵17，气泵17通过气管向阻水气囊14中充气，阻水气囊14膨胀，从而将主井1下端与抽水井2上端连接处封堵；

（2）：通过抽水控制器5启动抽水泵4，抽水泵4运转，热储含水层7的地热水依次通过抽水花管6和抽水主管3被抽到地面，为地面的设施提供热能；

（3）：提热后的地热水直接回灌至主井1中，再经回灌口20沿回灌主管9与回灌井的环形间隙倾斜向下回灌到热储含水层7内，通过回灌花管12回流到热储含水层7内；

（4）：由于回灌主管9和回灌主管9与回灌井8的环形间隙构成连通管结构，当提热后的地热水回灌时的水位沿回灌主管9与回灌井8的环形间隙上升至主井1内且高于回灌主管9上端口的回扬水位21时，回灌主管9内的水位也会上升并溢出回灌主管9，淹没回扬泵10，此时，通过回扬控制器11启动回扬泵10，回扬泵10通过回灌主管9将提热后的地热水向上回扬，在回扬过程中同时对回灌井8进行回扬洗井，将回灌井8中的淤泥杂物抽出，减轻回灌井8的堵塞，保证提热后的地热水的回灌工作有效进行；

步骤（2）和步骤（3）同时进行，从而形成抽灌热源循环利用。

本发明的主井1内同时开凿有抽水井2和回灌井8，而且回灌井8倾斜设置，可将提热后的地热水直接回灌至主井1中，再经回灌口20沿回灌主管9与回灌井8的环形间隙倾斜向下回灌到到抽水井2抽采影响半径外的热储含水层7内，有效避免同层热储含水层7抽采的地热水和提热后的地热水发生贯通，保障抽采的地热水水温，实现同层抽灌；提热后的地热水沿回灌主管9与回灌井8的环形间隙倾斜向下回灌到热储含水层7内，如此，可增加回灌面积，提高回灌率；由于回灌主管9和回灌主管9与回灌井8的环形间隙构成连通管结构，当提热后的地热水回灌时的水位沿回灌主管9与回灌井8的环形间隙上升至主井1内且高于回灌主管9上端口的回扬水位21时，回灌主管9内的水位也会上升并溢出回灌主管9，淹没回扬泵10，通过回扬控制器11启动回扬泵10，回扬泵10通过回灌主管9将提热后的地热水向上回扬，在回扬过程中同时对回灌井8进行回扬洗井，将回灌井8中的淤泥杂物抽出，减轻回灌井8的堵塞，保证提热后的地热水的回灌工作有效进行；主井1和抽水井2连接处设置有套装在抽水主管3上的阻水气囊14，阻水气囊14位于在回灌口20下方，有效避免了提热后的地热水回灌时向抽采井渗透从而与抽采的地热水发生混合，实现了同井抽灌；抽水井2和回灌井8布置在同一个主井1内，能够大大降低了凿井费用，节约工程成本。

本发明能够进行同层同井深层地热水的抽水和回灌，避免同层地热水抽采和回灌时相互干扰，降低凿井费用，占地面积小，地质结构扰动少，回灌率高，实用性好，可操作性强。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统，其特征在于：包括主井、控制室、抽水系统和回灌系统，抽水系统用于开采某一区域的深埋藏热储含水层内的地热水，回灌系统用于将提热后的地下水回灌到抽采影响半径外的同层热储含水层内，控制室设置在主井外地面上；

抽水系统包括抽水井、抽水主管、抽水泵、抽水控制器和抽水花管，主井、抽水井、抽水主管和抽水花管的中心线重合且竖直设置，抽水井位于主井的正下方且与主井连通，抽水井的上端与主井的下端连接，抽水井的下端与热储含水层连通，抽水主管自地面向下竖直依次穿过主井和抽水井并伸入到热储含水层的地热水中，抽水泵安装在位于主井内的抽水主管上，抽水控制器与抽水泵通过抽水电缆连接，抽水控制器设置在控制室内，抽水花管竖直插入热储含水层的地热水中，抽水花管的上端与抽水井的下端连接，抽水花管的内径与抽水井的内径相同；

回灌系统包括回灌井、回灌主管、回扬泵、回扬控制器和回灌花管，回灌井倾斜设置，回灌井的上端口设置在位于抽水井上方的主井内壁上，回灌井的下端口与热储含水层连通，回灌主管穿过回灌井并伸入到热储含水层的地热水中，回灌主管的上端伸出回灌井的上端口并竖直向上设置在主井内，回灌主管的外径小于回灌井的内径，回灌主管的外壁与回灌井的内壁之间具有用于提热后的地下水回流至热储含水层内的环形间隙，回扬泵安装在位于主井内的回灌主管上，回扬控制器与回扬泵通过回扬电缆连接，回扬控制器设置在控制室内，回灌花管与回灌主管的中心线重合，回灌花管倾斜插入热储含水层的地热水中，回灌花管的上端与回灌主管的下端连接，环形间隙在回灌主管与回灌井的上端口处为回灌口，主井的内径大于抽水井的内径和回灌井的内径。

2.根据权利要求1所述的深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统，其特征在于：还包括用于阻止抽采水与提热后的地下水汇合的阻水系统，阻水系统包括阻水气囊、气泵和阻水控制器，阻水气囊套装在抽水管上且位于回灌口的下方，阻水气囊的下端部压设在主井的下端部，阻水气囊的外圆与主井的内壁紧密贴合，阻水气囊与气泵通过气管连接，气泵与阻水控制器通过阻水电缆连接，气泵和阻水控制器均设置在控制室内。

3.根据权利要求2所述的深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统，其特征在于：主井的下端部内径和阻水气囊的下端部外径均为上大下小的圆锥形结构，阻水气囊的下端部的圆锥形结构与主井的下端部的圆锥形结构紧压贴合。

4.根据权利要求3所述的深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统，其特征在于：主井、抽水井和回灌井的内壁及抽水花管均由混凝土浇筑而成，抽水井的内壁和抽水花管为一体浇筑形成。

5.根据权利要求4所述的深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统，其特征在于：抽水主管、回灌主管和回灌花管均由不锈钢管制成。

6.如权利要求5中所述的深埋藏地热水同井同层抽灌热源循环利用系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）：通过气囊控制器启动气泵，气泵通过气管向阻水气囊中充气，阻水气囊膨胀，从而将主井下端与抽水井上端连接处封堵；

（2）：通过抽水控制器启动抽水泵，抽水泵运转，热储含水层的地热水依次通过抽水花管和抽水主管被抽到地面，为地面的设施提供热能；

（3）：提热后的地热水直接回灌至主井中，再经回灌口沿回灌主管与回灌井的环形间隙倾斜向下回灌到热储含水层内，通过回灌花管回流到热储含水层内；

（4）：由于回灌主管和回灌主管与回灌井的环形间隙构成连通管结构，当提热后的地热水回灌时的水位沿回灌主管与回灌井的环形间隙上升至主井内且高于回灌主管上端口的回扬水位时，回灌主管内的水位也会上升并溢出回灌主管，淹没回扬泵，此时，通过回扬控制器启动回扬泵，回扬泵通过回灌主管将提热后的地热水向上回扬，在回扬过程中同时对回灌井进行回扬洗井，将回灌井中的淤泥杂物抽出，减轻回灌井的堵塞，保证提热后的地热水的回灌工作有效进行；

步骤（2）和步骤（3）同时进行，从而形成抽灌热源循环利用。