CN110285593A - 一种一体化地热井单孔抽灌换热方法及设备 - Google Patents

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李亮
付庆杰
杨笃春
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    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/20—Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
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Abstract

本发明属于地热井应用技术领域，公开了一种一体化地热井单孔抽灌换热方法及设备，采用深部地热置换管、采热保温专用管、采热泵、地热能综合利用装置、回灌加压泵、地热井管、回水增补泵、水压表、水气观测表等设备仪器。深部地热井单个成井，利用采热及回灌全密封空间水循环，将地热能置换到上部进行冬季供暖，提取地热水过程中采取保温措施；利用深部热量较高、空间密闭性好、水资源消耗少的特点，进行水循环换热。本发明可以达到环境保护、节约水资源、地层应用广、热能转换效率高、减少成井工作量等良好效果，可用于地热场与干热岩的能源开发，具有节能环保、成本低、社会效益、经济效益好的特点。

Description

一种一体化地热井单孔抽灌换热方法及设备
技术领域
本发明属于地热井应用技术领域，尤其涉及一种一体化地热井单孔抽灌换热方法及设备。
背景技术
目前，最接近的现有技术：
现有地热井采用一采一灌两个井或一采多灌多井的方式，存在着A受地热含水层水量的多少限制、B回灌井回灌量达不到预期、C、地下水流失，造成水资源浪费、D、成井成本过高等情况。随着近年来地热能需求的增加，地热能中干热岩勘探能力的增强，干热岩采热技术装备研发不足，限制了地热能的综合应用。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有地热井采用一采一灌两个井或一采多灌多井的方式，存在着受地热含水层水量的多少和回灌井回灌量达不到预期造成水资源浪费等情况。
(2)干热岩采热技术装备研发不足，限制了地热能的综合应用。
解决上述技术问题的意义：
本发明不受地热含水层水量的多少限制；避免了地下水流失，造成水资源浪费；降低了成井成本。
深部地热井单个成井，利用采热及回灌全密封空间水循环，将地热能置换到上部进行冬季供暖，提取地热水过程中采取保温措施；利用深部热量较高、空间密闭性好、水资源消耗少的特点，进行水循环换热。本发明可以达到环境保护、节约水资源、地层应用广、热能转换效率高、减少成井工作量等良好效果，可用于地热场与干热岩的能源开发，具有节能环保、成本低、社会效益、经济效益好的特点。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种一体化地热井单孔抽灌换热方法及设备。
本发明是这样实现的，一种一体化地热井单孔抽灌换热方法，所述一体化地热井单孔抽灌换热方法包括：
步骤一，利用采热及回灌全密封空间水循环，利用水作为介质将地热能置换到上部进行供暖。
步骤二，利用深部地热置换管从地热高温区抽取地热水，地热水经采热保温专用管传输，热能由采热泵采集。
步骤三，采集的热能经地热能综合利用装置利用后传输到回灌加压泵进行加压处理。
步骤四，经采热保温专用管，由深部地热置换管再回传到地热高温区。
步骤五，利用深部定向倾斜成孔、深部定位压裂、深部高压注入二氧化碳气体。
进一步，采热保温专用井管，采用保温材料对钢管进行保温处理，包裹保温层，再利用大口径不锈钢管或铝管进行保温层保护；内钢管接头进行焊接，外不锈钢管或铝管利用专用卡扣进行联接，内空隙部分进行绝缘材料进行密封处理。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述一体化地热井单孔抽灌换热方法的一体化地热井单孔抽灌换热设备，所述一体化地热井单孔抽灌换热设备包括：上部采用地热能综合利用装置，利用水压表、水气观测表观测，地热井管成井、回水增补泵补水，采热泵取水、回灌加压泵加压提高灌水速度、采热保温专用管减少热量损失、深部地热置换管进行加热。
深部地热置换管从地热高温区抽取地热水，地热水经采热保温专用管传输，热能由采热泵采集；热能采集后的地热水经地热能综合利用装置回收利用后传输到回灌加压泵进行加压处理；然后经采热保温专用管向下传输，由深部地热置换管再回传到地热高温区；地热能综合利用装置包括回水增补泵、水压表、水气观测表。
进一步，所述采热保温专用管，采用保温材料对钢管进行保温处理，包裹保温层，再利用由较大口径不锈钢管或铝管做成的地热井管进行保温层保护；内钢管接头进行焊接，外不锈钢管或铝管利专用卡扣进行联接，内空隙部分进行绝缘材料进行密封处理。
进一步，采热保温专用管位于地热场覆盖层。
本发明的另一目的在于提供一种搭载所述一体化地热井单孔抽灌换热设备的回灌井。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
(1)本发明应用于地热钻探成井及1500－2000米以下深部的水热型地热能和干热岩型地热能采热领域，提高单孔采热换热效率，保护环境、节约水资源及减少采热成本。
(2)本发明开展系列设备、工艺、机具研发，对采热保温专用井管、深部地热能置换管，成井地层条件因素进行分析。通过以往的工程经验，单项热井越深应用起来，本发明更具有社会价值和经济价值。
(3)本发明根据岩层的储热条件，提供相关深部处理方案，从而达到换热或取热的目的，形成清洁能源综合利用。可以达到环境保护、节约水资源、地层应用广、热能转换效率高、减少成井工作量等良好效果，可用于地热场与干热岩的能源开发，具有节能环保、成本低、社会效益、经济效益好的特点。
(4)本发明应用于地热钻探成井及1500－2000米以下深部的水热型地热能和干热岩型地热能采热领域，提高单孔采热换热效率，保护环境、节约水资源及减少采热成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一体化地热井单孔抽灌换热方法流程图。
图2是本发明实施例提供的一体化地热井单孔抽灌换热方法水循环示意图。
图3是本发明实施例提供的一体化地热井单孔抽灌换热方法地热成井示意图。
图中，1、深部地热置换管；2、采热保温专用管；3、采热泵；4、地热能综合利用装置；5、回灌加压泵；6、地热井管；7、回水增补泵；8、水压表；9、水气观测表。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供的一体化地热井单孔抽灌换热方法包括：
S101：利用采热及回灌全密封空间水循环，利用水作为介质将地热能置换到上部进行供暖。
S102：利用深部地热置换管从地热高温区抽取地热水，地热水经采热保温专用管传输，热能由采热泵采集。
S103：采集的热能经地热能综合利用装置利用后传输到回灌加压泵进行加压处理。
S104：经采热保温专用管，由深部地热置换管再回传到地热高温区。
S105：利用深部定向倾斜成孔、深部定位压裂、深部高压注入二氧化碳气体。
如图2至图3所示，本发明实施例提供的一体化地热井单孔抽灌换热系统包括：深部地热置换管1、采热保温专用管2、采热泵3、地热能综合利用装置4、回灌加压泵5、地热井管6、回水增补泵7、水压表8、水气观测表9。
深部地热置换管1从地热高温区抽取地热水，地热水经采热保温专用管2传输(采热保温专用管2位于地热场覆盖层)，热能由采热泵3采集。热能采集后的地热水经地热能综合利用装置4回收利用后传输到回灌加压泵5进行加压处理。然后经采热保温专用管2向下传输，由深部地热置换管1再回传到地热高温区。地热能综合利用装置4包括回水增补泵7、水压表8、水气观测表9。
在本发明实施例中，采热保温专用管2，采用保温材料对钢管进行保温处理，包裹保温层，再利用由较大口径不锈钢管或铝管做成的地热井管6进行保温层保护。内钢管接头进行焊接，外不锈钢管或铝管利专用卡扣进行联接，内空隙部分进行绝缘材料进行密封处理。
本发明实施例提供的一体化地热井单孔抽灌换热方法包括：利用采热及回灌全密封空间水循环，将地热能置换到上部进行供暖。
利用深部地热置换管从地热高温区抽取地热水，地热水经采热保温专用管传输，热能由采热泵采集。采集的热能经地热能综合利用装置利用后传输到回灌加压泵进行加压处理。经采热保温专用管，由深部地热置换管再回传到地热高温区。
在本发明实施例中，采用深部地热置换管1、采热保温专用管2、采热泵3、地热能综合利用装置4、回灌加压泵5、地热井管6、回水增补泵7、水压表8、水气观测表9等设备仪器。深部地热井单个成井，利用采热及回灌全密封空间水循环，将地热能置换到上部进行冬季供暖，提取地热水过程中采取保温措施。利用深部热量较高、空间密闭性好、水资源消耗少的特点，进行水循环换热。
作为本发明的优选实施例，深部特指地层1500－2000米以下，基岩为主，以地热层及干热岩层为主要特征。
本发明的专用设备要求：采热保温专用井管，采用保温材料对钢管进行保温处理，包裹保温层，再利用较大口径不锈钢管或铝管进行保温层保护。内钢管接头进行焊接，外不锈钢管或铝管利专用卡扣进行联接，内空隙部分进行绝缘材料进行密封处理。
深部地热置换管从地热高温区抽取地热水，地热水经采热保温专用管传输(采热保温专用管位于地热场覆盖层)，热能由采热泵采集。采集的热能经地热能综合利用装置利用后传输到回灌加压泵进行加压处理。经采热保温专用管，由深部地热置换管再回传到地热高温区。
下面结合本发明实施例提供的一体化地热井单孔抽灌换热方法的效果对本发明作进一步描述。
深部地热井单个成井，利用采热及回灌全密封空间水循环，将地热能置换到上部进行冬季供暖，提取地热水过程中采取保温措施，提高热采取产能，减少热量损失。利用深部热量较高、空间密闭性好、水资源消耗少的特点，进行水循环换热，提供清洁地热能，减少能源消耗。利用深部定向倾斜成孔、深部定位压裂、深部高压注入二氧化碳气体等方式增大深部裂隙发育，提高深部换热效率。通过对深部地热置换管1、采热保温专用管2、采热泵3、地热能综合利用装置4、回灌加压泵5、地热井管6、回水增补泵7、水压表8、水气观测表9等设备议器的研发，提高地热能关键技术的突破能力，服务新能源产业发展有重要意义。深部特指地层1500－2000米以下，基岩为主，以地热层及干热岩层为主要特征。根据岩层的储热条件，提供相关深部处理方案，从而达到换热或取热的目的，形成清洁能源综合利用。
可以以本发明为中心开展系列设备、工艺、机具研发，对采热保温专用井管、深部地热能置换管，成井地层条件因素进行研究。通过以往的工程经验，单项热井越深应用起来，使本发明更具有社会价值和经济价值。
本发明已在山东省鲁南地质工程勘察院郓城模式示范工程在郓城新农村供暖中应用，并已解决实际工程问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种一体化地热井单孔抽灌换热方法，其特征在于，所述一体化地热井单孔抽灌换热方法包括：
步骤一，利用采热及回灌全密封空间水循环，利用水作为介质将地热能置换到上部进行供暖；
步骤二，利用深部地热置换管从地热高温区抽取地热水，地热水经采热保温专用管传输，热能由采热泵采集；
步骤三，采集的热能经地热能综合利用装置利用后传输到回灌加压泵进行加压处理；
步骤四，经采热保温专用管，由深部地热置换管再回传到地热高温区；
步骤五，利用深部定向倾斜成孔、深部定位压裂、深部高压注入二氧化碳气体。
2.如权利要求1所述一体化地热井单孔抽灌换热方法，其特征在于，采热保温专用井管，采用保温材料对钢管进行保温处理，包裹保温层，再利用大口径不锈钢管或铝管进行保温层保护；内钢管接头进行焊接，外不锈钢管或铝管利用专用卡扣进行联接，内空隙部分进行绝缘材料进行密封处理。
3.一种实施权利要求1所述一体化地热井单孔抽灌换热方法的一体化地热井单孔抽灌换热设备，其特征在于，所述一体化地热井单孔抽灌换热设备包括：上部采用地热能综合利用装置，利用水压表、水气观测表观测，地热井管成井、回水增补泵补水，采热泵取水、回灌加压泵加压提高灌水速度、采热保温专用管减少热量损失、深部地热置换管进行加热；
深部地热置换管从地热高温区抽取地热水，地热水经采热保温专用管传输，热能由采热泵采集；热能采集后的地热水经地热能综合利用装置回收利用后传输到回灌加压泵进行加压处理；然后经采热保温专用管向下传输，由深部地热置换管再回传到地热高温区；地热能综合利用装置包括回水增补泵、水压表、水气观测表。
4.如权利要求3所述的一体化地热井单孔抽灌换热设备，其特征在于，所述采热保温专用管，采用保温材料对钢管进行保温处理，包裹保温层，再利用由较大口径不锈钢管或铝管做成的地热井管进行保温层保护；内钢管接头进行焊接，外不锈钢管或铝管利专用卡扣进行联接，内空隙部分进行绝缘材料进行密封处理。
5.如权利要求3所述的一体化地热井单孔抽灌换热设备，其特征在于，采热保温专用管位于地热场覆盖层。
6.一种搭载权利要求3所述一体化地热井单孔抽灌换热设备的回灌井。
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