CN114353356A - 同井提灌低温地热水源设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开发利用提取地下水热源并回灌的技术领域，具体涉及一种同井提灌低温地热水源的设备及方法，所述井管为分级结构，其中每一级井管的管壁均由实体管与网眼管连接构成，井管的各级之间通过隔板隔开，分为八级；分水器连接一组长度不同的分级回水管，各个分级回水管分别插入井管的每一级；在井管内部设置的提水管沿井管轴向穿过隔板并插入到井管的底部，在提水管的末端连接有潜水泵，提水管的另一端连接热交换器。本发明的优点在于可以使回灌水在多级不同层面渗入地下，减小地下压力对回灌水的阻力，免去了加压设备；同时可以防止地下水位下降，对地面及周边建筑物无影响。

Description

同井提灌低温地热水源设备及方法

技术领域：

本发明主要涉及开发利用提取地下水热源并回灌的技术，尤其涉及一种同井提灌低温地热水源的设备及方法。

背景技术：

随着各地对地热资源利用的不断深入和增多，由于常规技术的回灌和提水不同量、不同时、不同步的特点，导致其存在以下问题：一、环保问题：热污染、土壤污染。长时间对地热水掠夺，对地下空层回灌和土壤补偿不到位，导致地表污染物侵入，尤其是沿海地区多地发生海水侵灌温泉地质层现象；二、地质灾害问题：地热层长时间得不到介质和空间补偿，多地发生地面下陷和塌陷事故，而且引发间歇式水土流失现象；三、生态问题：地热水中的热能被利用后，多数被回灌到江河湖泊、沟渠、空井中，排出的地热水中的余热和非原生土壤矿物质改变了农作物与动物的生长环境和习性，对规模化农作物种植有一定的破坏作用，对动物繁衍造成增量或变异性危害。

2010年1月12日申请的专利(CN101762104A)也公布了一种地热水单井分级回灌设备，但是其分级层数仅为三层，回灌速度较快，与地质接触时间短，加热不充分，管道堵塞也会对回灌效率产生较大影响。

发明内容：

发明目的：

本发明提供了一种同井提灌低温地热水源的设备及方法，其目的在于解决现有单井回灌层数较少导致的回灌速度较快，与地质接触时间短，加热不充分等问题。

技术方案：

一种同井提灌低温地热水源的设备，该设备由井管主体、提灌系统和排沙系统三部分组成，其特征在于：所述设备中，井管主体为垂直多级结构，各级之间通过金属隔板分隔开，提灌系统的各个分级回水管和排沙系统的各个排沙管分别沿井管主体轴向插入井管主体的每一级中。

所述井管主体中，井管壁由实体管和网眼管交替连接，每一对实体管和网眼管构成一级，实体管不带通孔，网眼管上带有多个通孔，金属隔板位于每级网眼管下端，形成隔水层，使井管主体形成八级结构。

所述提灌系统中，位于井管上端管口的分水器一侧通过回水管与热交换器连接，另一侧连接一组长度不同的分级回水管，分级回水管分别插入井管主体的每一级中；提水管贯穿井管主体并插入到底部，提水管顶端与热交换器连接，底端连接有潜水泵；所述提水管数量为至少两个。

所述提灌系统中，分水器还连接有贯穿井管主体并插入到底部的应急排水管。

所述排沙系统中，位于井管上端管口的自吸泵连接一组长度不同的排沙管，排沙管分别插入井管主体的每一级中。

将井管主体分为多级结构，其中每一级的管壁均由不带通孔的实体管与带通孔的网眼管连接构成，金属隔板将各级之间隔开；将回灌水通过回水管分级回送，各个分级回水管分别插入井管的每一级，回灌水通过各级的网眼管排出管外；在井管内部设置的提水管沿井管轴向穿过金属隔板并插入到井管底部提水，提水管的另一端连接热交换器。

所述井管主体从上到下通过金属隔板形成八级结构。。

优点及效果：

本发明具有以下优点和有益效果：

1.采用八级回灌结构，将回灌水分为多股流回井内，保证了回水的纵向自流回灌，对地下空层回灌和土壤补偿到位,使回灌水通过不同深度的地质逐级充分加热，使提出的水温符合要求，不会对井管附近的地热水源造成影响。

2.与原先三级结构相比，单井的提灌水量明显提升，增大单井的辐射影响面积，减少打井数量，节约成本；可增加回灌水与地质的接触路程和面积，延长回灌水在地下的受热时间。

3.回水管长度不同，配合带有多处网眼结构的井管，可以使回灌水在不同层面渗入地下，与地下不同层面的地质接触并充分渗透回井管周围的地质中，使回灌水有足够的渗透流程，减小地下压力对回灌水的阻力，可防止地下水位下降，对地面及周边建筑物无影响，且保证了回灌水延纵向自留回灌，避免了加压设备。

4.同一井内就实现了提水和回灌的应用目标，无需额外的回灌井，减少工艺复杂性，降低成本，比多井更容易解决水的回灌问题，在地下局部形成抽灌的平衡和循环。

5.与异井回灌技术相比：打井数量是其1/2—1/3，节约成本约1/3；与地埋管技术相比：节约成本60％；占地仅为其10％；避免了“冷坑”现象；能耗减少20％；与燃煤、燃气、燃油及电采暖相比，能耗仅为其20—30％，运行费用大大降低；与空气源热泵技术相比，能耗节省了1/3。

附图说明：

图1为本发明剖面图；

附图标记说明：1实体管，2网眼管，3金属隔板，4分水器，5回水管，6热交换器，7分级回水管，8提水管，9潜水泵，10应急排水管，11自吸泵，12排沙管。

具体实施方式：

如图1所示，一种同井提灌低温地热水源的设备，该设备由井管主体、提灌系统和排沙系统三部分组成，其特征在于：所述设备中，井管主体为垂直多级结构，各级之间通过金属隔板3分隔开，提灌系统的各个分级回水管7和排沙系统的各个排沙管12分别沿井管主体轴向插入井管主体的每一级中。

所述井管主体中，井管壁由实体管1和网眼管2交替连接，每一对实体管1和网眼管2构成一级，实体管1不带通孔，网眼管2上带有多个通孔，金属隔板3位于每级网眼管2下端，形成隔水层，使井管主体形成八级结构。

所述提灌系统中，位于井管上端管口的分水器4一侧通过回水管5与热交换器6连接，另一侧连接一组长度不同的分级回水管7，分级回水管7分别插入井管主体的每一级中；提水管8贯穿井管主体并插入到底部，提水管8顶端与热交换器6连接，底端连接有潜水泵9。

所述提灌系统中，分水器4还连接有贯穿井管主体并插入到底部的应急排水管10。

所述排沙系统中，位于井管上端管口的自吸泵11连接一组长度不同的排沙管12，排沙管12分别插入井管主体的每一级中。

将井管主体分为多级结构，其中每一级的管壁均由不带通孔的实体管1与带通孔的网眼管2连接构成，金属隔板3将各级之间隔开；将回灌水通过回水管分级回送，各个分级回水管7分别插入井管的每一级，回灌水通过各级的网眼管2排出管外；在井管内部设置的提水管8沿井管轴向穿过金属隔板3并插入到井管底部提水，提水管8的另一端连接热交换器6。

所述井管主体从上到下通过金属隔板3形成八级结构。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：将长130米、井径0.8米、井管0.42米、采用打井工艺下到地下至含水层处，井距大于等于100米，在井管1由上至下的第15米、第30米、第45米、第60米、第75米、第90米、第105米、第120米处各设置一个金属隔板3形成隔水层，使井管形成八级。每一级井管都是实体管1和网眼管2连接，实体管1是管壁不带通孔的井管；网眼管2是管壁带多个通孔的井管；通孔的直径设计为1～2cm。这样的设计是由于水的重量带来一定的压力，使井管内的泥沙很容易排出管外，不滞留在井管内；如果都制成网眼管2，管壁外的泥沙由于负压的作用会回到管壁中来，反而会带来更多的泥沙，不如前述方案有效果。每级井管管壁的上面9米为实体管1，下面6米连接网眼管2；每一个网眼管2均布有521个通孔制作成网眼。尺寸的如此设计，是使回灌水无需加压且能顺畅通过，沙石也不易在井管中停留下来。井管上端开口处设有一个分水器4，该分水器4下部连接8个分级回水管7，8个分级回水管7长度不同，依次深入井管的各级中。在回灌水时，由于有金属隔板3的阻挡，不同长度的分级回水管7将水分别回灌至井管的第一级、第二级、第三级、第四级、第五级、第六级、第七级、第八级，各级之间的回灌水通过管壁上的网眼结构渗入井管周围不同层的地下水源中，保证了回水的纵向自流回灌。

在井管内还有两个提水管8，该提水管8沿井管的轴向穿过井管并插入到底部，在提水管8的底部连接有潜水泵9，提水管8另一端连接热交换器6，热交换器6又通过回水管5与分水器4连接。

潜水泵9为70～100m³/h，输入功率25kw，提水管8为DN100mm；使用的潜水泵9最好选择防腐材质或防腐处理的(不锈钢等)。

工作时，15℃的地下水通过潜水泵9抽到提水管8中，并经提水管8送入热交换器6；换热后，变成5℃的水经回水管5进入分水器4，然后通过与分水器4连接的分级回水管7回灌到地下水源中，与土壤换热后再次被潜水泵9抽出，从而完成一次地下水的换热循环。

为了防止分级回水管被沙石堵塞，分水器4下部还连接有一个应急排水管10。为了避免回水过程中由于回灌水夹带泥沙而堵塞井管的网眼结构，本装置还带有一个自吸泵11，该自吸泵11安装在井管上端开口处，并连接有八个排沙管12，八个排沙管12长度均不相同，插入井管的第一级、第二级、第三级、第四级、第五级、第六级、第七级、第八级，分别将这八级井管中沉降在隔板上的泥沙抽到井外排掉。

实施例2：

将长180米、井径1米、口径0.5米的井管、采用打井工艺下到地下至含水层处，井距大于等于100米，在井管1由上至下的第25米、第45米、第65米、第85米、第105米、第125米、第145米、第165米处各设置一个金属隔板3形成隔水层，使井管形成八级。每一级井管都是实体管1和网眼管2连接，实体管1是管壁不带通孔的井管；网眼管2是管壁带多个通孔的井管；通孔的直径设计为1～2cm。这样的设计是由于水的重量带来一定的压力，使井管内的泥沙很容易排出管外，不滞留在井管内；如果都制成网眼管2，管壁外的泥沙由于负压的作用会回到管壁中来，反而会带来更多的泥沙，不如前述方案有效果。第一级井管管壁的上面19米为实体管1，下面6米连接网眼管2，第二到八级井管管壁的上面14米为实体管1，下面6米连接网眼管2；每一个网眼管2均布有521个通孔制作成网眼。尺寸的如此设计，是使回灌水无需加压且能顺畅通过，沙石也不易在井管中停留下来。井管上端开口处设有一个分水器4，该分水器4下部连接8个分级回水管7，8个分级回水管7长度不同，依次深入井管的各级中。在回灌水时，由于有金属隔板3的阻挡，不同长度的分级回水管7将水分别回灌至井管的第一级、第二级、第三级、第四级、第五级、第六级、第七级、第八级，各级之间的回灌水通过管壁上的网眼结构渗入井管周围不同层的地下水源中，保证了回水的纵向自流回灌。

在井管内还有三个提水管8，提水管8沿井管的轴向穿过井管并插入到底部，在提水管8的底部连接有潜水泵9，提水管8另一端连接热交换器6，热交换器6又通过回水管5与分水器4连接。

潜水泵9为70～100m³/h，输入功率25kw，提水管8为DN100mm；使用的潜水泵9最好选择防腐材质或防腐处理的(不锈钢等)。

工作时，16℃的地下水通过潜水泵9抽到提水管8中，并经提水管8送入热交换器6；换热后，变成5℃的水经回水管5进入分水器4，然后通过与分水器4连接的分级回水管7回灌到地下水源中，与土壤换热后再次被潜水泵9抽出，从而完成一次地下水的换热循环。

为了防止分级回水管被沙石堵塞，分水器4下部还连接有一个应急排水管10。为了避免回水过程中由于回灌水夹带泥沙而堵塞井管的网眼结构，本装置还带有一个自吸泵11，该自吸泵11安装在井管上端开口处，并连接有八个排沙管12，八个排沙管12长度均不相同，插入井管的第一级、第二级、第三级、第四级、第五级、第六级、第七级、第八级，分别将这八级井管中沉降在隔板上的泥沙抽到井外排掉。

本发明的同井提灌低温地热水源的设备为八级井管结构，与之前的三级结构相比，单井的辐射影响半径从60m提升到100m，提水管和回水管的数量也有所增加，大大提升了单井的提水量和回灌水量，提高单井的提灌水效率，减少打井数量，节约成本；回灌水更加分散，可增加回灌水与地质的接触路程和面积，延长回灌水在地下的受热时间，充分吸收地热。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种同井提灌低温地热水源的设备，该设备由井管主体、提灌系统和排沙系统三部分组成，其特征在于：所述设备中，井管主体为垂直多级结构，各级之间通过金属隔板(3)分隔开，提灌系统的各个分级回水管(7)和排沙系统的各个排沙管(12)分别沿井管主体轴向插入井管主体的每一级中。

2.根据权利要求1所述的同井提灌低温地热水源的设备，其特征在于：所述井管主体中，井管壁由实体管(1)和网眼管(2)交替连接，每一对实体管(1)和网眼管(2)构成一级，实体管(1)不带通孔，网眼管(2)上带有多个通孔，金属隔板(3)位于每级网眼管(2)下端，形成隔水层，使井管主体形成八级结构。

3.根据权利要求1所述的同井提灌低温地热水源的设备，其特征在于：所述提灌系统中，位于井管上端管口的分水器(4)一侧通过回水管(5)与热交换器(6)连接，另一侧连接一组长度不同的分级回水管(7)，分级回水管(7)分别插入井管主体的每一级中；提水管(8)贯穿井管主体并插入到底部，提水管(8)顶端与热交换器(6)连接，底端连接有潜水泵(9)；所述提水管(8)数量为至少两个。

4.根据权利要求1所述的同井提灌低温地热水源的设备，其特征在于：所述提灌系统中，分水器(4)还连接有贯穿井管主体并插入到底部的应急排水管(10)。

5.根据权利要求1所述的同井提灌低温地热水源的设备，其特征在于：所述排沙系统中，位于井管上端管口的自吸泵(11)连接一组长度不同的排沙管(12)，排沙管(12)分别插入井管主体的每一级中。

6.如权利要求1所述的同井提灌低温地热水源的方法，其特征在于：将井管主体分为多级结构，其中每一级的管壁均由不带通孔的实体管(1)与带通孔的网眼管(2)连接构成，金属隔板(3)将各级之间隔开；将回灌水通过回水管分级回送，各个分级回水管(7)分别插入井管的每一级，回灌水通过各级的网眼管(2)排出管外；在井管内部设置的提水管(8)沿井管轴向穿过金属隔板(3)并插入到井管底部提水，提水管(8)的另一端连接热交换器(6)。

7.根据权利要求6所述的同井提灌低温地热水源的方法，其特征在于：所述井管主体从上到下通过金属隔板(3)形成八级结构。

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