CN111380236A - 地热提取装置 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种地热提取装置，属于地热开发技术领域。地热提取装置包括隔热油管1、套管2、单向阀组3、四通4、异径接头5、循环箱6、三通7、第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9、热力流量控制阀10、地表换热器11和波纹管12，套管2与四通4下端固定连接，四通4上端与异径接头5大径端固定连接；隔热油管1与异径接头5小径端固定连接；四通4水平第一端与第一温控电磁阀8固定连接，四通4水平第二端与三通7第一端固定连接，三通7第二端与第二温控电磁阀9固定连接，三通7第三端与热力流量控制阀10的第一端固定连接；热力流量控制阀10的第二端与地表换热器11的回流管的第一端连接，回流管的第二端与循环箱6相通。

Description

地热提取装置

技术领域

本发明涉及地热开发技术领域，具体涉及一种地热提取装置。

背景技术

地热作为可再生能源，具有良好的经济效益和社会效益。目前，通过人工钻井直接开发利用地热流体是当下地热勘探开发的主体。

相关技术中的地热提取装置主要由抽汲装置、输送管路和换热器组成。钻井完井后，将输送管路下入至井下，由抽汲装置提供动力将地热流体经过输送管道至换热器，通过换热器换热提取热量。同时，为了减少对地下水资源和地热资源的影响，可以钻凿相应的回灌井，将换热完后的地热流体回灌到地下。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

相关技术中的地热提取装置必须借助抽汲装置来提供动力，额外消耗了能量，且不能有效储热。

发明内容

为了解决相关技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了一种地热提取装置。所述地热提取装置的技术方案如下：

本公开实施例提供了一种地热提取装置，所述地热提取装置包括隔热油管1、套管2、单向阀组3、四通4、异径接头5、循环箱6、三通7、第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9、热力流量控制阀10、地表换热器11和波纹管12，其中：

套管2上端与四通4下端固定连接，四通4上端与异径接头5大径端固定连接，套管2底部被封堵；

隔热油管1设置在套管2和四通4内部，隔热油管1与异径接头5小径端固定连接；

单向阀组3设置在隔热油管1的管路上，单向阀组3的导通方向是向下；

异径接头5的上端与波纹管12的下端固定连接；

四通4水平第一端与第一温控电磁阀8固定连接，四通4水平第二端与三通7第一端固定连接，三通7第二端与第二温控电磁阀9固定连接，三通7第三端与热力流量控制阀10的第一端固定连接；

热力流量控制阀10的第二端与地表换热器11的回流管的第一端连接，所述回流管的第二端与循环箱6相通；

当第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9处于关闭状态时，热力流量控制阀10处于开启状态；

当第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9处于开启状态时，热力流量控制阀10处于关闭状态；

四通4、异径接头5、三通7、第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9、热力流量控制阀10和波纹管12设置在循环箱6内部。

可选的，套管2包括隔热套管201和非隔热套管202，隔热套管201设置在非隔热套管202上方。

可选的，隔热套管201包括套管内管、套管外管和套管隔热系统；

所述套管内管设置在所述套管外管内部，所述套管隔热系统设置在所述套管外管和所述套管内管之间的环形空间中。

可选的，单向阀组3至少包括两组串联连接的单向阀并联组；

每个所述单向阀并联组至少包括3个并联连接的单向阀。

可选的，四通4下端具有法兰面，套管2上端具有法兰面；

四通4下端的法兰面与套管2上端的法兰面固定连接。

可选的，四通4上端具有法兰面，异径接头5大径端具有法兰面；

四通4上端的法兰面与异径接头5大径端的法兰面固定连接。

可选的，隔热油管1上端与异径接头5小径端之间螺纹连接。

可选的，单向阀组3与隔热油管1下端之间螺纹连接。

可选的，循环箱6内壁设置有耐热塑料层，循环箱6外壁设置有保温层。

可选的，隔热油管1包括油管内管、油管外管和油管隔热系统；

所述油管内管设置在所述油管外管内部，所述油管隔热系统设置在所述油管外管和所述油管内管之间的环形空间中。

可选的，波纹管12的高度可调。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

将低温的液态工质通过波纹管12和异径接头5注入，进入隔热油管1中，然后，顺着隔热油管1内壁向下流动，经过单向阀组3注至井底处吸取热量。受热后的液态工质，沿着隔热油管1和套管2之间形成的环形空间向上涌动。在上涌过程中，当液态工质的温度低于套管2的温度时，则继续从套管2处吸收热量，当液态工质的温度高于套管2的温度时，则释放热量，使套管2管柱体周边物质被加热，形成了热量的存储。上涌至套管2顶部的液态工质，通过四通4水平方向的两通、第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9，流进循环箱6，循环箱6中的液态工质的液面上升。当循环箱6中的液态工质的液面高于异径接头5上的波纹管12时，液态工质再次流入隔热油管1，注入井底部进行二次加热，如此反复，形成不断的采热循环，实现热量的提取和存储。

当液态工质的温度上升到第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9的预设关闭温度阈值时，第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9关闭，同时热力流量控制阀10打开。循环箱6内部的液态工质经热力流量控制阀10进入地表换热器11的回流管，并再地表换热器11内部放热后，回流至循环箱6中，从而形成不断地换热循环。当液态工质的温度下降到热力流量控制阀10的预设关闭温度阈值时，热力流量控制阀10关闭，同时第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9开启，液态工质再次进行采热循环。

因此，本公开实施例提供的地热提取装置无需借助抽汲装置来提供动力，没有额外消耗能量，而且实现了有效储热。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是本公开实施例示出的一种地热提取装置的结构示意图；

图2是本公开实施例示出的一种地热提取装置的结构示意图。

图例说明

1、隔热油管，2、套管，3、单向阀组，4、四通，5、异径接头，6、循环箱，7、三通，8、第一温控电磁阀，9、第二温控电磁阀，10、热力流量控制阀，11、地表换热器，12、波纹管，201、隔热套管，202、非隔热套管。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本公开实施例提供了一种地热提取装置，如图1和图2所示，地热提取装置包括隔热油管1、套管2、单向阀组3、四通4、异径接头5、循环箱6、三通7、第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9、热力流量控制阀10、地表换热器11和波纹管12，套管2上端与四通4下端固定连接，四通4上端与异径接头5大径端固定连接，套管2底部被封堵。隔热油管1设置在套管2和四通4内部，隔热油管1与异径接头5小径端固定连接。单向阀组3设置在隔热油管1的管路上，单向阀组3的导通方向是向下。异径接头5的上端面与波纹管12的下端面固定连接。四通4水平第一端与第一温控电磁阀8固定连接，四通4水平第二端与三通7第一端固定连接，三通7第二端与第二温控电磁阀9固定连接，三通7第三端与热力流量控制阀10的第一端固定连接。热力流量控制阀10的第二端与地表换热器11的回流管的第一端连接，回流管的第二端与循环箱6相通。当第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9处于关闭状态时，热力流量控制阀10处于开启状态。当第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9处于开启状态时，热力流量控制阀10处于关闭状态。四通4、异径接头5、三通7、第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9、热力流量控制阀10和波纹管12设置在循环箱6内部。

其中，异径接头5为金属构件，用于悬挂和固定隔热油管1。

四通4为金属构件，上下两通用于隔热油管1穿过，水平两通用于液态工质的溢出。

循环箱6是以井口的套管2为中心的盛液容器。

在实施中，隔热油管1包括油管内管、油管外管和油管隔热系统。油管内管设置在油管外管内部，油管隔热系统设置在油管外管和油管内管之间的环形空间中。可以通过将油管外管和油管内管之间的环形空间，抽成真空，来起到隔热的效果。隔热油管1用于将液态工质注入到井底，同时，隔热油管1隔热的特性，可以降低液态工质在地热提取过程中热短路的可能性，提高液态工质的循环提取热量的能力。

套管2底部被人工井底封堵，使得套管2与其下方地层的油、气和水隔离。人工井底是指套管底部利用注灰、下桥塞、封隔器和液压丢手接头等方法封堵住套管，形成的井底。

第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9为通过温度控制的开关阀，当温度高于两者的预设关闭温度阈值时，第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9关闭，当温度低于两者的预设开启温度阈值时，第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9开启。第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9的预设关闭温度阈值相等，两者的预设开启温度阈值也相等。第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9的预设关闭温度阈值应当大于预设开启温度阈值。

当液态工质循环达到平衡状态时，再循环液态工质温度也不再升高，因此，可将此温度设定为第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9的预设关闭温度阈值。

热力流量控制阀10为通过温度控制开关的阀门，当温度高于其预设开启温度阈值时，热力流量控制阀10开启，当温度低于其预设关闭温度阈值时，热力流量控制阀10关闭。热力流量控制阀10的预设开启温度阈值应当与第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9的预设关闭温度阈值相等；热力流量控制阀10的预设关闭温度阈值应当与第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9的预设开启温度阈值相等。而且，热力流量控制阀10还可以根据液态工质的温度调节阀门的开度，当液态工质的温度较低时，阀门开度较大，当液态工质的温度较低时，阀门开度较小。

第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9和热力流量控制阀10的温度传感器均设置在四通4内部。

地热提取装置中携热的液态工质，可根据井底部的温度选择，确保在地热提取过程中不会汽化。在保证不气化的前提下，液态工质可以为水。

循环箱可以是以井口的套管为中心，容积为1000升左右的盛液容器。循环箱6箱体内壁的高度，高于异径接头40cm左右。当循环箱6内的液态工质的液面逐步上升至高于异径接头5上的波纹管12时，液态工质再次流入隔热油管1，进入井底吸取热量加热，形成循环。

波纹管12的高度可以调节，当波纹管12的高度较低时，液态工质的循环速度较快。当波纹管12的高度较高时，液态工质的循环速度较慢。因此，可以通过调节波纹管12的高度来调节液态工质的循环速度。

将低温的液态工质通过波纹管12和异径接头5注入，进入隔热油管1中，然后，顺着隔热油管1内壁向下流动，经过单向阀组3注至井底处吸取热量。受热后的液态工质，沿着隔热油管1和套管2之间形成的环形空间向上涌动。在上涌过程中，当液态工质的温度低于套管2的温度时，则继续从套管2处吸收热量，当液态工质的温度高于套管2的温度时，则释放热量，使套管2管柱体周边物质被加热，形成了热量的存储。上涌至套管2顶部的液态工质，通过四通4水平方向的两通、第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9，流进循环箱6，循环箱6中的液态工质的液面上升。当循环箱6中的液态工质的液面高于异径接头5上的波纹管12时，液态工质再次流入隔热油管1，注入井底部进行二次加热，如此反复，形成不断的采热循环(如图2所示)，实现热量的提取和存储。

当四通4中液态工质的温度上升到第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9的预设关闭温度阈值时，第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9关闭，同时热力流量控制阀10打开。循环箱6内部的液态工质经热力流量控制阀10进入地表换热器11的回流管，并与地表换热器11的冷管进行换热后，回流至循环箱6中，从而形成不断地换热循环(如图1所示)。

当四通4中液态工质的温度下降到热力流量控制阀10的预设关闭温度阈值时，热力流量控制阀10关闭，同时第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9开启，液态工质再次进行采热循环。

因此，本公开实施例提供的地热提取装置无需借助抽汲装置来提供动力，没有额外消耗能量，而且实现了有效储热。并且，基于第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9和热力流量控制阀10，只有液态工质达到一个较高的温度才能进入地表换热器11进行换热，从而提高了换热效率。

可选的，为避免地热开采对井口和浅层地表周边环境的影响，套管2包括隔热套管201和非隔热套管202，隔热套管201设置在非隔热套管202上方。

在实施中，隔热套管201包括套管内管、套管外管和套管隔热系统。套管内管设置在套管外管内部，套管隔热系统设置在套管外管和套管内管之间的环形空间中。套管隔热系统可以是绝热材料、惰性气体或真空。套管外管和套管内管之间的环形空间中可以填充有绝热材料或惰性气体，来起到隔热作用。或者，将套管外管和套管内管之间的环形空间抽成真空，来起到隔热作用。基于隔热套管201，可以减少地热开采对井口周边浅层地表变温层和常温层的影响，同时，也减少了热量的损失。优选的，在井口向下约100m的范围内使用隔热套管201，形成良好的隔热层。

非隔热套管202可以为管状金属件，管体材质为无缝钢管，两端设置有外螺纹或内螺纹，以便于相互间的连接。非隔热套管202采用耐腐蚀、抗拉伸、和高强度的材质制成。

可选的，为了使单向阀组3具有可靠的单向导通性，单向阀组3至少包括两组串联连接的单向阀并联组。每个单向阀并联组至少包括3个并联连接的单向阀。

在实施中，先将至少3个单向阀并联连接，组成单向阀并联成组。然后将至少两组单向阀并联组串联连接，组成单向阀组3。基于这一结构，单向阀组3具有可靠的单向导通性，保证隔热油管1中的液态工质只能向下流动。

可选的，为了单向阀组3与隔热油管1之间拆装方便，单向阀组3与隔热油管1下端之间螺纹连接。

在实施中，如图1所示，单向阀组3安装在隔热套管1的下端。隔热油管1下端可以设置有内螺纹，单向阀组3上可以设置有外螺纹。基于单向阀组3与隔热油管1下端之间的螺纹连接，单向阀组3和隔热油管1之间可以方便的拆装。

可选的，为了四通4与套管2之间拆装方便，四通4下端具有法兰面，套管2上端具有法兰面。四通4下端的法兰面与套管2上端的法兰面固定连接。

在实施中，安装时，将四通4下端的法兰面与套管2上端的法兰面紧贴，并且，将四通4下端的法兰面上的通孔与套管2上端的法兰面上的通孔相对，然后，用螺栓穿过对应的通孔，最后，用螺母拧紧螺栓，即完成了安装。

可选的，为了四通4与异径接头5之间拆装方便，四通4上端具有法兰面，异径接头5大径端具有法兰面。四通4上端的法兰面与异径接头5大径端的法兰面固定连接。

在实施中，安装时，将四通4上端的法兰面与异径接头5大径端的法兰面紧贴，并且，将四通4上端的法兰面上的通孔与异径接头5大径端的法兰面上的通孔相对，然后，用螺栓穿过对应的通孔，最后用螺母拧紧螺栓，即完成了安装。

可选的，为了隔热油管1与异径接头5之间拆装方便，隔热油管1上端与异径接头5小径端之间螺纹连接。

在实施中，隔热油管1上端设置有油管挂短节，油管挂短节上端设置有螺纹，并且，异径接头5小径端设置有与其相匹配的螺纹。基于两者之间的螺纹连接，隔热油管1与异径接头5之间可以方便的拆装。

可选的，为了增强循环箱6的抗热能力和不浪费热量，循环箱6内壁设置有耐热塑料层，循环箱6外壁设置有保温层。

在实施中，基于耐热塑料层，可以保护循环箱6，不因液态工质过热而受到损坏。基于保温层，可以有效防止热量的浪费。

在实际工作中，地热提取装置的工作过程如下：

将低温的液态工质通过波纹管12和异径接头5注入，进入隔热油管1，液态工质在重力势能的作用下，顺着隔热油管1内壁向下流动，经过单向阀组3注至井底处吸取热量。由于单向阀组3的单向导通性，受热后的液态工质只能沿着隔热油管1和套管2之间形成的环形空间向上涌动。由于地温梯度的存在，越深处温度越高，处于井底处的热量不断被液态工质带出。液态工质在环形空间中向上涌动的过程中，当液态工质的温度低于套管2管柱体的温度时，则继续吸收热量，当液态工质的温度高于套管2管柱体的温度时，则释放热量，使套管2管柱体周围的低于环形空间内液态工质温度的岩石和土壤被加热，形成了热量的储存。随着液态工质不断注入，液态工质在环形空间内不断上涌。上涌至套管2顶部的液态工质，通过四通4水平方向的两通、第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9，流进循环箱6，循环箱6中的液态工质的液面上升。当循环箱6中的液态工质的液面，高于异径接头5上的波纹管12时，液态工质在重力势能作用下，再次顺着隔热油管1内壁向下流动，由于单向阀组3的单向导通性，液态工质再次在环形空间内上涌。如此反复形成不断的采热循环(如图2所示)，液态工质不断将井底的热量提取到地面上。并且，液态工质在上涌过程中，携带并释放热量使套管2管柱体周围物质温度被整体提高。由于以套管2为同心的圆柱体巨大，且岩石及土壤等物质利于储热，所以形成的储热量巨大，十分有利于热量的开采。

当四通4中液态工质的温度上升到第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9的预设关闭温度阈值时，第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9关闭，同时热力流量控制阀10打开。循环箱6内部的液态工质经热力流量控制阀10进入地表换热器11的回流管，并与地表换热器11的冷管进行换热后，回流至循环箱6中，从而形成不断的换热循环(如图1所示)。当四通4中的液态工质的温度下降到热力流量控制阀10的预设关闭温度阈值时，热力流量控制阀10关闭，同时第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9开启，液态工质再次进行采热循环。

因此，本公开实施例提供的地热提取装置无需借助外界额外动力，就实现了地热的提取和储存，充分利用可利用的自然资源如势能、土壤和岩石，达到自循环储热，节省了能源消耗和投资费用。而且针对水热型地热，实现了只取热不取水，最大程度上保护了地层，减少了对环境的影响，进一步提升了效益。并且，基于第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9和热力流量控制阀10，只有液态工质达到一个较高的温度才能进入地表换热器11进行换热，从而提高了换热效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地热提取装置，其特征在于，所述地热提取装置包括隔热油管1、套管2、单向阀组3、四通4、异径接头5、循环箱6、三通7、第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9、热力流量控制阀10、地表换热器11和波纹管12，其中：

套管2上端与四通4下端固定连接，四通4上端与异径接头5大径端固定连接；

套管2底部被封堵；

隔热油管1设置在套管2和四通4内部，隔热油管1与异径接头5小径端固定连接；

单向阀组3设置在隔热油管1的管路上，单向阀组3的导通方向是向下；

异径接头5的上端与波纹管12的下端固定连接；

四通4水平第一端与第一温控电磁阀8固定连接，四通4水平第二端与三通7第一端固定连接，三通7第二端与第二温控电磁阀9固定连接，三通7第三端与热力流量控制阀10的第一端固定连接；

热力流量控制阀10的第二端与地表换热器11的回流管的第一端连接，所述回流管的第二端与循环箱6相通；

当第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9处于关闭状态时，热力流量控制阀10处于开启状态；

当第一温控电磁阀8和第二温控电磁阀9处于开启状态时，热力流量控制阀10处于关闭状态；

四通4、异径接头5、三通7、第一温控电磁阀8、第二温控电磁阀9、热力流量控制阀10和波纹管12设置在循环箱6内部。

2.根据权利要求1所述的地热提取装置，其特征在于，套管2包括隔热套管201和非隔热套管202，隔热套管201设置在非隔热套管202上方。

3.根据权利要求2所述的地热提取装置，其特征在于，隔热套管201包括套管内管、套管外管和套管隔热系统；

所述套管内管设置在所述套管外管内部，所述套管隔热系统设置在所述套管外管和所述套管内管之间的环形空间中。

4.根据权利要求1所述的地热提取装置，其特征在于，单向阀组3至少包括两组串联连接的单向阀并联组；

每个所述单向阀并联组至少包括3个并联连接的单向阀。

5.根据权利要求1所述的地热提取装置，其特征在于，四通4下端具有法兰面，套管2上端具有法兰面；

四通4下端的法兰面与套管2上端的法兰面固定连接。

6.根据权利要求1所述的地热提取装置，其特征在于，四通4上端具有法兰面，异径接头5大径端具有法兰面；

四通4上端的法兰面与异径接头5大径端的法兰面固定连接。

7.根据权利要求1所述的地热提取装置，其特征在于，波纹管12的高度可调。

8.根据权利要求1所述的地热提取装置，其特征在于，单向阀组3与隔热油管1下端之间螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的地热提取装置，其特征在于，循环箱6内壁设置有耐热塑料层，循环箱6外壁设置有保温层。

10.根据权利要求1所述的地热提取装置，其特征在于，隔热油管1包括油管内管、油管外管和油管隔热系统；

所述油管内管设置在所述油管外管内部，所述油管隔热系统设置在所述油管外管和所述油管内管之间的环形空间中。

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