CN111664602A - 一种弯折型地热井 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种弯折型地热井，该弯折型地热井包括：竖直井段和弯折井段；其中，弯折井段设置在竖直井段下方且至少部分位于采热目标岩层内，竖直井段和弯折井段呈夹角设置且相连通以形成地热井本体；地热井本体内沿其内壁设有固井套管，固井套管沿地热井本体的长度方向延伸；固井套管内沿其长度方向设有取热管，并且，取热管与固井套管的内壁之间间隔设置。本发明通过与竖直井段呈夹角设置的弯折井段，增大了单位高度内地热井本体与四周岩层的接触面积，以增大采热目标岩层处取热面积，增大换热介质与四周岩层的换热面积，提升了单位投资的取热量，从而解决了取热量和投资之间的矛盾。
Description
技术领域
本发明涉及新能源与节能环保技术领域，具体而言，涉及一种弯折型地热井。
背景技术
我国地域宽广，横跨多个气候带。在快速的经济社会发展中，随着人民对美好生活的追求越来越高，供热成为一个重要能源利用方向。供热的方式主要分为集中式供热和分布式供热。集中式供热一般指采用热电厂对一个较大的区域进行集中供热的方法，主要采用的一次能源是煤炭，但是随着我国环保形势的日益紧张，这种采用热电厂燃煤锅炉采暖的方式会排放大量的烟气，污染环境，使环境保护承压。另一种常见的方式分布式供热，当前在我国“煤改气、煤改电”的统一指挥下，很多城市普遍采用的分布式供热的热源一般有燃气锅炉、燃气壁挂炉和电空气源热泵，然而这些技术在运行过程中暴露出了许多的问题。第一个问题是运行费用高，煤改后采暖运行费由单平米二十多元猛增至三十多至六十多元。以燃气壁挂炉为例，普遍运行费在40~50多元。集中供暖的燃气锅炉采暖费也在三十多元。因此在这种现实情况下，采用地热能作为供暖一次热源就是一种既环境友好而且运行费用还比较低的一种技术。
地热能可分为浅层地热能、中深层地热能和深层地热能三大类型。
目前广泛应用，技术成熟的U型地埋管地源热泵，属于浅层地热能应用，深度一般在100~300m深，出水温度一般在10℃以下。中深层地热能，深度一般在500~4000m，地温一般在100℃以内，出水温度一般15~60℃，作为建筑供暖的能源，可以结合热泵提高效率予以利用，，也可以直接供暖应用，运行费用更低。干热岩发电技术，属于深层地热能应用，深度一般在5000m以上，出水温度在100℃以上。受地质条件限制明显。
中深层地热的利用方式一般有两种形式，其一是垂直单井，另一种是U型双井。其中垂直单井是指中深层地热的垂直单井取热器，一般采用套管形式，投资相对双井方式较小，施工方便，隔热良好，取热量不高，平均单井一般供热能力能够达到10000-15000㎡，平均每平方米的初期投资达到180元以上。U型双井采用双井连通的方式进行采热，取热量大，平均单井供热可以达到20000㎡以上，但是这种方式投资较大，一般投资为单井的接近两倍。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种弯折型地热井，旨在解决现有地热取热中垂直单井取热量低而U型双井投资高成本高导致取热量和投资之间存在矛盾的问题。
本发明提出了一种弯折型地热井，该弯折型地热井包括：竖直井段和弯折井段；其中，所述弯折井段设置在所述竖直井段下方且至少部分位于采热目标岩层内，所述竖直井段和所述弯折井段呈夹角设置且相连通以形成地热井本体；所述地热井本体内沿其内壁设有固井套管，所述固井套管沿所述地热井本体的长度方向延伸；所述固井套管内沿其长度方向设有取热管，并且，所述取热管与所述固井套管的内壁之间间隔设置，以使所述取热管与所述固井套管之间形成环形通道，换热介质在所述环形通道流动且与所述地热井本体四周的岩层进行换热，并在自所述取热管的入口端流动至所述取热管内，以沿所述取热管抽至地面进行供暖。
进一步地，上述弯折型地热井，所述取热管沿所述固井套管的长度方向分为若干段，包括：用以减缓内外换热介质换热的保温管、用以促使内外换热介质换热的换热管，并且，所述换热管设置在所述保温管的下方且与所述保温管相连通。
进一步地，上述弯折型地热井，所述换热管上设有强化换热件，用以强化所述换热管内外换热介质之间的换热。
进一步地，上述弯折型地热井，所述强化换热件为螺旋翅片、板式翅片，或所述强化换热件为所述换热管的管壁上设置的压花或凹槽结构。
进一步地，上述弯折型地热井，所述保温管的末端与等温层之间的间距在第二预设范围内；在所述等温层处，所述取热管内外换热介质的温度相同。
进一步地，上述弯折型地热井，所述固井套管沿所述地热井的长度方向分为若干段，包括：用以减缓所述换热介质与地层之间换热的保温段、用以促使所述换热介质与所述岩层之间换热的换热段；所述换热段设置在所述保温段的下方且与所述保温段相连通。
进一步地，上述弯折型地热井，所述保温段的末端与等温地层之间的间距在第一预设范围内，所述等温地层的地层温度等于所述环形通道进口处换热介质的温度。
进一步地，上述弯折型地热井，所述换热段上设有加强换热件，用以强化所述换热段处换热介质和所述换热段四周岩层之间的换热。
进一步地，上述弯折型地热井，所述固井套管的末端为封闭端，以使所述固井套管的内部与所述地热井本体的井壁相隔离。
进一步地，上述弯折型地热井，所述竖直井段和所述弯折井段之间通过斜井段相连通。
本发明提供的弯折型地热井，通过与竖直井段呈夹角设置的弯折井段，增大了单位高度内地热井本体与四周岩层的接触面积，以增大采热目标岩层处取热面积，增大换热介质与四周岩层的换热面积，进而在一定成本下提高了取热量，即提升了单位投资的取热量，从而克服目前现有技术想要提升取热量，就需要提升投资的缺点，即解决了取热量和投资之间的矛盾。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明第一实施例提供的地热井结构的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的地热井结构的结构示意图；
图3为本发明第三实施例提供的地热井结构的结构示意图；
图4为本发明第四实施例提供的地热井结构的结构示意图；
图5为本发明第五实施例提供的地热井结构的结构示意图；
图6为本发明第六实施例提供的地热井结构的结构示意图；
图7为本发明第七实施例提供的地热井结构的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1至图7，其示出了本发明实施例提供的弯折型地热井的优选结构。如图所示，该弯折型地热井包括：竖直井段11和弯折井段12；其中，
竖直井段11自地表向下延伸设置，弯折井段12设置在竖直井段11下方且至少部分位于采热目标岩层内，竖直井段11和弯折井段12呈夹角设置且相连通以形成地热井本体1。具体地，地热井本体1连通地表与地下热储层，以便对地下热储层进行取热。竖直井段11自地表竖直向下延伸，弯折井段12的顶端与竖直井段11的底端相连通且两者呈夹角设置，并且，弯折井段12至少部分位于采热目标岩层内，用以对采热目标岩层的地热进行取热利用以实现供暖。竖直井段11和弯折井段12之间的夹角可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定。优选地，竖直井段11和弯折井段12之间的夹角小于或等于90°，即竖直井段11和弯折井段12之间的夹角为锐角或直角，以减少弯折井段12向地下延伸的高度且保证了取热量，即进一步提高单位投资的取热量。优选地，竖直井段11和弯折井段12之间可通过斜井段13相连通，以便避免竖直井段11和弯折井段12连接位置的应力集中。其中，采热目标岩层可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定；地热井本体1可以为孔径80-400mm的各种钻井。
地热井本体1内沿地热井本体1的内壁设有固井套管2，其沿地热井本体1的长度方向延伸。具体地，固井套管2设置在通过钻机在地面向下钻出的地热井本体1内，且固井套管2沿地热井本体1的内壁套设在地热井本体1的内部，用以进行固井套管2内部和地热井本体1四周的岩层之间的隔离，即地热井本体1的内壁全部被固井套管2覆盖，以便将地热井本体1的井筒封住，不仅可避免地层中的水涌入固井套管2内，而且可以防止井筒塌缩。优选地，固井套管2的末端（如图4所示的底端）为封闭端，以阻止地层水进入固井套管2的内部。
固井套管2内沿其长度方向设有取热管3，并且，取热管3与固井套管2的内壁之间间隔设置，以使取热管3与固井套管2之间形成环形通道4，换热介质在环形通道4流动且与地热井本体1四周的岩层进行换热，并在自取热管3的入口端（如图4所示的右下端）流动至取热管3内，以沿取热管3抽至地面进行供暖。具体地，取热管3与固井套管2之间形成内部中空的环形结构，以作为环形通道4，即构成换热介质的进口及下行通道，也就是说，环形通道4的顶端作为换热介质的入口，并且，换热介质沿环形通道4向取热管3的入口端流动，以沿取热管3流动并抽至地面进行供暖。其中，取热管3的末端入口端为开口端，以使换热介质换热后流动至取热管3内；环形通道4则为冷水进水通道；其中，取热管3可以为常规的塑料管或者钢丝软管，利于下放。
由于常用地热的温度梯度是3℃/100米深。一般情况下，随着钻井的深度越来越深，其温度也越来越高，而单位长度钻井的成本也越来越高，一定深度以后，钻井的单米成本呈指数曲线上升。本实施例中通过与竖直井段11呈夹角设置的弯折井段12，增大了单位高度内地热井本体1与四周岩层的接触面积，以增大采热目标岩层处取热面积，增大换热介质与四周岩层的换热面积，进而在一定成本下提高了取热量，即提升了单位投资的取热量，从而克服目前现有技术想要提升取热量，就需要提升投资的缺点，即解决了取热量和投资之间的矛盾。
继续参见图4至图5，固井套管2沿地热井本体1的长度方向（如图1所示的竖直方向）分为若干段，包括：用以减缓换热介质与地层之间换热的保温段21、用以促使换热介质与岩层之间换热的换热段22。换热段22设置在保温段21的下方且与保温段21相连通，并且，换热段22的末端为封闭端，以使固井套管2的内部与地热井本体1的井壁相隔离。
具体地，由于靠近地表处温度较低，故换热段22设置在保温段21的下方，并且，换热段22与保温段21相连通，换热段22的首端（如图4所示的顶端）与保温端11的末端（如图4所示的底端）之间可拆卸地相连接，亦可为固定连接方式，本实施例中对其不作任何限定；换热段22的末端可以通过固井水泥进行封堵。优选地，保温段21的首端（如图4所示的顶端）可位于地表处，保温段21的末端可与等温地层A-A之间的间距在第一预设范围内，等温地层A-A的地层温度等于环形通道4进口即环形通道22位于地表位置的入口处换热介质的温度，第一预设范围可以根据实际情况确认，例如可以为等温地层A-A上下五米范围内，亦可为其他范围，本实施例中对其不做任何限定；进一步优选地，保温段11的末端可位于等温地层A-A处；本实施例中以换热介质为水为例进行说明，水导入至换热器2的温度为45℃，即环形通道4进口处换热介质的温度为45℃，则等温地层A-A为地层温度45℃的位置，当然，等温地层A-A即保温段21的末端位置可以根据实际情况确定，本实施例中对其不作任何限定。为提高换热段22处换热介质的换热效果，优选地，换热段22上设有加强换热件（图中未示出），用以对换热段22进行传热，以强化换热段22处换热介质和换热段22四周岩层之间的换热，进而提高换热效率，以充分利用岩层的地热能。优选地，保温段21的管壁厚度是换热段22的1.5~3倍，较厚的保温段21不仅可以增强保温效果，而且可以增强其机械强度，能够承受较大自重及拉力，相应地，薄的换热段22自重轻，换热效果好。其中，保温段21可以为PVC（Polyvinyl chloride，聚氯乙烯）管、PPR（polypropylene random，无规共聚聚丙烯）管、玻璃钢管、包裹有保温材料的碳钢管、或者具有保温涂层的铸铁管，为确保保温段21的保温效果，优选地，保温段21的导热系数小于或等于0.25W/(mK)；也就是说，保温段21部分或全部进行保温处理，比如在该段套管外包裹保温材料，或者涂敷保温涂层，或者采用双层套管等阻断回灌水的热量向地层散失。换热段22可以为PPR管、PVC管、碳钢管、铸铁管、或者不锈钢管等导热性能良好的耐温管道，导热系数大于或等于20 W/(mK)；加强换热件可以为是各式翅片，亦可在换热段22的管壁上的压花结构或开槽结构等；也就是说，换热段22上部分或全部经过特殊处理，特殊处理可以是但不限于加装翅片、开槽、压花、减小管壁厚度、选用导热性能好的材质等；还可通过增大换热面积或者降低热传导阻隔等加速回灌水与地热井套管外地层或热岩层的换热。
为提高固井套管2的稳定性，优选地，换热段22的首端位于地层温度大于阈值的位置处，并且，换热段22和保温段21之间设置且连接有固定段；阈值大于环形通道4进口处换热介质的温度。具体地，保温段21的首端可位于地表处，保温段21的末端和固定段的首端可与等温地层A-A之间的间距在第一预设范围内；固定段的首端连接在保温段21的末端上，两者之间可通过法兰相连接；固定段的末端和换热段22的首端均位于地层温度大于阈值的位置处且相连接，例如两者可通过螺纹连接，亦可为其他连接方式，本实施例中对其不做任何限定。其中，阈值可以为60℃，亦可为根据实际情况确定的其他数值例如45℃，本实施例中对其不做任何限定。固定段可以为常规固井套管例如钢管，一方面能够满足抗压、防腐、耐/保温等要求，另一方面，相比于PVC管道，常规固井套管的成本更低，实现了经济化设计。
当然，固井套管2还可为四段或更多段，本实施例中对其不作任何限定。
本实施例中，由于从地表向地下，随着深度的增加，地层的温度会不断升高，地热井口注入的回灌水初期具有高于较浅地层的温度，回灌水在从井口注入地热井套管与取热管之间的环空并向下流动的过程中，会通过套管向较浅地层散热，为了避免回灌水在注入过程中散失过多热量，通过设置在上部的保温段21减缓换热介质与岩层之间换热，在保温段21的保护下，换热介质不会通过保温段21的管壁向地层散失大量热能即可流动至深部地层，进而避免换热介质在近地表区域处热量的损失，以提高地热井的供热能力；通过设置在地热井下部的换热段22，由于换热介质进入换热段22后，换热介质的温度低于地层温度，在地层的热量将会通过换热段22的管壁向换热介质传导，换热段22具有良好的导热性，能够促进地层热量向换热介质传递，加快换热速率，以获得较多热能的换热介质通过取热管3回流到地表，即提高取热管3出口换热介质的温度，换热介质产出为用户供热，既完成对目标地下热储层的只取热、不取水，同时提高了换热效率，提高了换热效果，进而提高了地热井的供热量和地热能的利用率。
继续参见图4至图5，取热管3沿固井套管2的长度方向（如图4所示的竖直方向）分为若干段，包括：用以减缓内外换热介质换热的保温管31、用以促使内外换热介质换热的换热管32。换热管32设置在保温管31的下方且与保温管31相连通。
具体地，沿固井套管2的长度方向，即沿取热管3的长度方向，取热管3分为若干段。由于靠近地表处温度较低，故换热管32设置在保温管31的下方，并且，换热管32与保温管31相连通，以便减缓换热介质在环形通道4换热后自取热管3内向上流动时保温管31内的换热介质与保温管31外温度较低的换热介质的热交换，进而避免换热介质流动过程中热量的损失，以提高地热井的供热能力。而在换热管32处，换热管32内外的换热介质温度低于固井套管2的温度，故为便于充分利用地热能，换热管32促使换热管32内外的换热介质与固井套管2四周的岩层进行换热，以确保地热能的充分吸收和利用，提高地热能的利用率，提高地热井的供热能力。优选地，保温管31的首端（如图4所示的顶端）可设置在地表的上方，用以连接供暖设备，以将取热管3内抽出的换热介质导入供暖设备进行供暖；保温管31的末端B-B（如图4所示的底端）与等温层之间的间距在第二预设范围内，等温层处取热管3管壁内外换热介质的温度相同，第二预设范围可以根据实际情况确认，例如可以为等温层上下五米范围内，亦可为其他范围，本实施例中对其不做任何限定。为进一步提高换热管32处换热介质的换热效果，优选地，换热管32上设有强化换热件（图中未示出），用以对换热管32进行传热，以强化换热管32内外换热介质之间的换热，进而提高换热效率，以充分利用岩层的地热能。
其中，保温管31可以采用绝热性能好的套管，或内填隔热材料或真空的双层套管，或者加厚管，或者在管道内外壁增加保温涂层等方法提高绝热性能，避免加热后的热水流经此段时向外散失大量热能，即保温管31可以为带保温的钢管、玻璃钢管、塑料管例如PE（polyethylene，聚乙烯）管、 PVC管、PPR管等；保温管31还可以为双层套管且双层管之间填设有隔热层或真空层；保温管31还可以为加厚管即通过增加壁厚，以增强保温效果，还增强其机械强度亦可承受较大自重及拉力；保温管31还可以为管壁内壁和/或外壁上设有保温层，以提高绝热性能，避免加热后的热水流经此段时向外散失大量热能；其中，保温层可以为保温涂层（如纳米陶瓷涂层、硅铝纤维涂层）、复合保温棉（岩棉、聚氨酯发泡保温材料等）；也可以简单的加厚该段的壁厚，来增加绝热性能，其导热系数不高于0.2 W/mK；隔热防腐保温涂层可以由涂层体系中掺入空心玻璃微珠、膨胀珍珠粉、硅气凝胶等中的一种或多种构成的涂料涂覆而成。
换热管32可以为导热性能较好的PPR管、碳钢管、铸铁管，导热系数大于或等于20W/(mK)；强化换热件可以为是各式翅片例如螺旋翅片、滚压式翅片、套装翅片管、板翅式翅片，亦可在换热管32的管壁上的压花结构或开槽结构等即在局部进行管壁的减薄或整体减薄管壁，以缩短热传导的路径，进而提高换热管32内外介质的换热效果。
为提高取热管3的稳定性，优选地，换热管32和保温管31之间设置且连接有固定管。具体地，保温管31的首端可位于地表的上方，保温管31的末端和固定管的首端均可与等温层之间的间距在第二预设范围内且固定管的首端连接在保温管31的末端上，两者之间可通过热熔连接；固定管的末端和换热管32的首端均位于位置处且相连接，例如两者可通过法兰连接，亦可为其他连接方式，本实施例中对其不做任何限定。其中，阈值可以为60℃，亦可为根据实际情况确定的其他数值例如45℃，本实施例中对其不做任何限定。固定管可以为玻璃钢管，其表面也涂有隔热纳米陶瓷涂层，以减缓内外换热介质的换热。
当然，取热管3还可为四段或更多段，本实施例中对其不作任何限定。具体实施时，取热管3的各段之间可通过热熔连接、螺纹连接、焊接，亦可为其他连接方式，本实施例中对其不做任何限定。
本实施例中，取热管3可以为一种或者两种以上不同管材的组合，如采用钢管、玻璃钢管、聚乙烯塑料管、铸铁管的组合，管材之间连接处采用丝扣、熔融连接等方式，则保温管31和换热管32亦可为多种管材的组合。
本实施例中，该弯折型地热井可以为一个或多个构成一组，可以多组联合对外供热，也可以是单组联合对外供热。
图1至图7中的箭头方向表示换热介质的流动方向。
本实用新型提供了的地热井取热结构，包括五种实施例，具体说明如下：
参见图1，图1为本发明第一实施例提供的地热井结构的结构示意图。如图所示，弯折型地热井包括竖直井段11、斜井段13以及呈水平设置的弯折井段12构成的地热井本体1，竖直井段11的下端接近采热目标干热岩层，斜井段13的部分以及弯折井段12位于采热目标干热岩层内。
在整个地热井本体1内设置有固井套管2，且固井套管2的下端口被固井水泥封堵，防止地热井本体1所穿过的地层中的地下水渗流进入固井套管2内与从地面注入的回灌水混合，另外，下入的固井套管1可以支撑裸露的井壁，避免井筒塌缩。固井套管2是导热性能良好的碳钢管，靠近地表部分的固井套管外壁包裹有保温材料（例如岩棉）构成保温段21，保温段21的末端位于等温地层A-A内，所谓等温地层即此处的地层温度等于该地热井进水口注入的回灌水的温度，保温段21以下的固井套管部分是换热段22，换热段22的内壁上开有凹槽，用于增加回灌水与固井套管壁及套管外地层的换热。
向固井套管2内下入取热管3，以便取热管3和固井套管2之间形成环形通道4，通过进水口向干热岩层注入一定温度的回灌水，进水口与环形通道4连通，回灌水在沿环形通道4向下流动的过程中会缓慢地通过保温段21向地层散热，同时也会吸收取热管壁传递出来的热量，随着深度的增加，回灌水流过保温段21末端即等温地层A-A之后，开始从地层换取热量，进入采热目标地层后，与目标地层充分换热，然后，进入取热管2回流到地面，完成地下取热。
参见图2，图2为本发明第二实施例提供的地热井结构的结构示意图。如图所示，弯折型地热井包括竖直井段11、弯折井段12构成的地热井本体1，弯折井段12与水平方向之间的夹角可以为80°。竖直井段11的下端接近采热目标干热岩层，弯折井段12的大部分位于干热岩层内。
在整个地热井本体1内设置有固井套管2，且固井套管2的下端口被固井水泥封堵，防止地热井本体1所穿过的地层中的地下水渗流进入固井套管2内，以及避免井筒塌缩。
从固井套管2内向采热目标干热岩层下入取热管3，以便取热管3和固井套管2之间形成环形通道4，通过进水口向干热岩层注入一定温度的回灌水，进水口与环形通道4连通，回灌水通过固井套管2与高温干热岩层换热后，从取热管3的末端进入取热管回流至地面从取热管3的出口端采出，完成对地下干热岩层的取热。
为了让回灌水有足够长的换热路径，取热管3的末端靠近固井套管2的下端，两者距离在5~10米，回灌水从取热管3的末端进入取热管3内回流，为了获取更多热量，取热管3由保温管31和换热管32构成，两段的连接处位于取热管3内外温差最小位置，即B-B位置，保温管31位于取热管3靠近地表的一端，换热管32位于干热岩层的一端。换热管32外壁上设置有螺旋翅片，以增强该段取热管的换热能力。保温管31的管壁上涂覆有纳米陶瓷涂层，降低取热管保温段的导热性，保证从取热管的出水端采出的回流水具有较高的温度。
参见图3，图3为本发明第三实施例提供的地热井结构的结构示意图。如图所示，弯折型地热井包括竖直井段11、斜井段13以及呈水平设置的弯折井段12构成的地热井本体1，竖直井段11的下端接近采热目标干热岩层，斜井段13的部分以及弯折井段12位于采热目标干热岩层内。
在整个地热井本体1内设置有固井套管2，且固井套管2的下端口被固井水泥封堵，防止地热井本体1所穿过的地层中的地下水渗流进入固井套管2内，以及避免井筒塌缩。
固井套管2内向采热目标干热岩层下入取热管3，以便取热管3和固井套管2之间形成环形通道4，通过进水口向干热岩层注入一定温度的回灌水，进水口与环形通道4连通，回灌水通过固井套管2与高温干热岩层换热后，从取热管3的末端进入取热管回流至地面从取热管3的出口端采出，完成对地下干热岩层的取热。
为了获取更多热量，取热管3由保温管31和换热管32构成，两段的连接处B-B位置位于取热管3内外温差最小位置以下5米处，保温管31位于取热管3靠近地表的一端，换热管32位于干热岩层的一端。换热管32为导热性能较好的碳钢管，以增强该段取热管的换热能力。保温管31为导热性能比较差的玻璃钢管，保证从取热管的出口端采出的回流水具有较高的温度。
参见图4，图4为本发明第四实施例提供的地热井结构的结构示意图。如图所示，弯折型地热井包括竖直井段11、弯折井段12构成的地热井本体1，弯折井段12与水平方向之间的夹角可以为70°。竖直井段11的下端接近采热目标干热岩层，弯折井段12的大部分位于干热岩层内。
在整个地热井本体1内设置有固井套管2，且固井套管2的下端口被固井水泥封堵，防止地热井本体1所穿过的地层中的地下水渗流进入固井套管2内，以及避免井筒塌缩。
固井套管2内向采热目标干热岩层下入取热管3，以便取热管3和固井套管2之间形成环形通道4，通过进水口向干热岩层注入一定温度的回灌水，进水口与环形通道4连通，回灌水通过固井套管2与高温干热岩层换热后，从取热管3的末端进入取热管回流至地面从取热管3的出口端采出，完成对地下干热岩层的取热。固井套管2是导热性能良好的碳钢管，靠近地表部分的固井套管外壁涂覆有保温涂层以构成保温段21，保温段21的末端位于等温地层A-A内，所谓等温地层即此处的地层温度等于该地热井进水口注入的回灌水的温度，保温段21以下的固井套管部分是换热段22，换热段22的内壁上开有翅片，用于增加回灌水与固井套管壁及套管外地层的换热。
为了获取更多热量，取热管3由保温管31和换热管32构成，两者的连接处B-B位置位于取热管3内外水温差最小位置以上5米处，保温管31位于取热管3靠近地表的一端，换热管32位于采热目标地层的一端。换热管32为10mm厚的防腐铸铁管或聚乙烯管，管壁上压花使部分区域更薄以增强该段取热管的换热能力。保温管31为10mm的防腐铸铁管或聚乙烯管，外加保温层，降低其导热性能，保证从取热管的出水端采出的回流水具有较高的温度。
参见图5，图5为本发明第五实施例提供的地热井结构的结构示意图。如图所示，弯折型地热井包括竖直井段11、弯折井段12构成的地热井本体1，弯折井段12与水平方向之间的夹角可以为70°。竖直井段11的下端接近采热目标干热岩层，弯折井段12的大部分位于干热岩层内。
在整个地热井本体1内设置有固井套管2，且固井套管2的下端口被固井水泥封堵，防止地热井本体1所穿过的地层中的地下水渗流进入固井套管2内，以及避免井筒塌缩。
从固井套管2内向采热目标干热岩层下入取热管3，以便取热管3和固井套管2之间形成环形通道4，通过进水口向干热岩层注入一定温度的回灌水，进水口与环形通道4连通，回灌水通过固井套管2与高温干热岩层换热后，从取热管3的末端进入取热管回流至地面从取热管3的出口端采出，完成对地下干热岩层的取热。
固井套管2是导热性能良好的碳钢管，靠近地表部分的固井套管外壁涂覆有保温涂层以构成保温段21，保温段21的末端位于等温地层A-A内，所谓等温地层即此处的地层温度等于该地热井进水口注入的回灌水的温度，与保温段21末端（如图5所示的底端）相连且位于等温地层A-A以下的固井套管部分是换热段22，用于回灌水与固井套管壁及套管外地层的换热。
为了获取更多热量，取热管3由保温管31和换热管32构成，两者的连接处B-B位置位于取热管3内外温差最小位置，B-B位置到地表之间的取热管部分属于保温管31，B-B位置以下到地热井底部的取热管部分属于换热管32。换热管32采用10mm厚玻璃钢管相比，保温管31采用20mm厚的玻璃钢管，通过增加管道厚度，降低其导热性能，避免该段散热过快，保证从取热管的出口端采出的回流水具有较高的温度。
参见图6，图6为本发明第六实施例提供的地热井结构的结构示意图。如图所示，弯折型地热井包括竖直井段11、弯折井段12构成的地热井本体1，弯折井段12与水平方向之间的夹角可以为70°。竖直井段11的下端接近采热目标干热岩层，弯折井段12的大部分位于干热岩层内。
在整个地热井本体1内设置有固井套管2，且固井套管2的下端口被固井水泥封堵，防止地热井本体1所穿过的地层中的地下水渗流进入固井套管2内，以及避免井筒塌缩。
从固井套管2内向采热目标干热岩层下入取热管3，以便取热管3和固井套管2之间形成环形通道4，通过进水口向干热岩层注入一定温度的回灌水，进水口与环形通道4连通，回灌水通过固井套管2与高温干热岩层换热后，从取热管3的末端进入取热管回流至地面从取热管3的出口端采出，完成对地下干热岩层的取热。
固井套管2是导热性能良好的碳钢管，位于等温地层A-A（所谓等温地层即此处的地层温度等于该地热井进水口注入的回灌水的温度）以下的套管内壁上设置有翅片，用于增强回灌水与固井套管壁及套管外地层的换热效果。
为了获取更多热量，将取热管2位于B-B位置以下的管壁上开有凹槽，以降低局部管壁厚度，增强换热效果，B-B位置处的换热管内外温差最小。
参见图7，图7为本发明第七实施例提供的地热井结构的结构示意图。如图所示，弯折型地热井包括竖直井段11、弯折井段12构成的地热井本体1，弯折井段12与水平方向之间的夹角可以为70°。竖直井段11的下端接近采热目标干热岩层，弯折井段12的大部分位于干热岩层内。
在整个地热井本体1内设置有固井套管2，且固井套管2的下端口被固井水泥封堵，防止地热井本体1所穿过的地层中的地下水渗流进入固井套管2内，以及避免井筒塌缩。
从固井套管2内向采热目标干热岩层下入取热管3，以便取热管3和固井套管2之间形成环形通道4，通过进水口向干热岩层注入一定温度的回灌水，进水口与环形通道4连通，回灌水通过固井套管2与高温干热岩层换热后，从取热管3的末端进入取热管回流至地面从取热管3的出口端采出，完成对地下干热岩层的取热。
为了让取热管2内的回流水仍然能够获取采热目标地层的热量，取热管2位于管内水温高于管外水温的部分管段的管壁上设置有翅片，以增强该段取热管的换热能力。
综上，本实施例提供的弯折型地热井，通过与竖直井段呈夹角设置的弯折井段，增大了单位高度内地热井本体与四周岩层的接触面积，以增大采热目标岩层处取热面积，增大换热介质与四周岩层的换热面积，进而在一定成本下提高了取热量，即提升了单位投资的取热量，从而克服目前现有技术想要提升取热量，就需要提升投资的缺点，即解决了取热量和投资之间的矛盾。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种弯折型地热井，其特征在于，包括：竖直井段（11）和弯折井段（12）；其中，
所述弯折井段（12）设置在所述竖直井段（11）下方且至少部分位于采热目标岩层内，所述竖直井段（11）和所述弯折井段（12）呈夹角设置且相连通以形成地热井本体（1）；
所述地热井本体（1）内沿其内壁设有固井套管（2），所述固井套管（2）沿所述地热井本体（1）的长度方向延伸；
所述固井套管（2）内沿其长度方向设有取热管（3），并且，所述取热管（3）与所述固井套管（2）的内壁之间间隔设置，以使所述取热管（3）与所述固井套管（2）之间形成环形通道（4），换热介质在所述环形通道（4）流动且与所述地热井本体（1）四周的岩层进行换热，并在自所述取热管（3）的入口端流动至所述取热管（3）内，以沿所述取热管（3）抽至地面进行供暖。
2.根据权利要求1所述的弯折型地热井，其特征在于，
所述取热管（3）沿所述固井套管（2）的长度方向分为若干段，包括：用以减缓内外换热介质换热的保温管（31）、用以促使内外换热介质换热的换热管（32），并且，所述换热管（32）设置在所述保温管（31）的下方且与所述保温管（31）相连通。
3.根据权利要求2所述的弯折型地热井，其特征在于，
所述换热管（32）上设有强化换热件，用以强化所述换热管（32）内外换热介质之间的换热。
4.根据权利要求3所述的弯折型地热井，其特征在于，
所述强化换热件为螺旋翅片、板式翅片，或所述强化换热件为所述换热管（32）的管壁上设置的压花或凹槽结构。
5.根据权利要求2所述的弯折型地热井，其特征在于，
所述保温管（31）的末端与等温层之间的间距在第二预设范围内；在所述等温层处，所述取热管（3）内外换热介质的温度相同。
6.根据权利要求1至5任一项所述的弯折型地热井，其特征在于，
所述固井套管（2）沿所述地热井本体（1）的长度方向分为若干段，包括：用以减缓所述换热介质与所述地层之间换热的保温段（21）、用以促使所述换热介质与所述岩层之间换热的换热段（22）；
所述换热段（22）设置在所述保温段的下方且与所述保温段（21）相连通。
7.根据权利要求6所述的弯折型地热井，其特征在于，
所述保温段（21）的末端与等温地层之间的间距在第一预设范围内，所述等温地层（A-A）的地层温度等于所述环形通道（4）进口处换热介质的温度。
8.根据权利要求6所述的弯折型地热井，其特征在于，
所述换热段（22）上设有加强换热件，用以强化所述换热段（22）处换热介质和所述换热段（22）四周岩层之间的换热。
9.根据权利要求1至5任一项所述的弯折型地热井，其特征在于，
所述固井套管（2）的末端为封闭端，以使所述固井套管（2）的内部与所述地热井本体（1）的井壁相隔离。
10.根据权利要求1至5任一项所述的弯折型地热井，其特征在于，所述竖直井段（11）和所述弯折井段（12）之间通过斜井段相连通。
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