CN114719456A - 一种中深层地热井下强化换热系统 - Google Patents

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雷海燕
李嘉舒
戴传山
张伟
马非
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Abstract

本发明涉及一种中深层地热井下强化换热系统，包括流体转换单元和换热单元，该流体转换单元设置在地热井内，换热单元设置在井上地面或井内与所述的流体转换单元连接，所述的流体转换单元包括内套管、潜水泵及套管流体装换装置，内套管插装在地热井中，套管流体装换装置设置在内套管的下部。本发明设计科学合理、结构巧妙，与传统的井下取热系统相比，通过套管流体转换装置实现流体与地层的强化换热，结构易于安装，适用于大部分有地热含水层的水热型单井换热系统，且克服了单井抽灌换热系统中的回灌困难问题，保证了水位的动态平衡，易于普及与应用。

Description

一种中深层地热井下强化换热系统
技术领域
本发明属于地热资源利用领域，涉及中、深层地热能源开采技术，尤其是一种中深层地热井下强化换热系统。
背景技术
地热能是以热能形式存在的能源资源，与太阳能和风能相比，以热用热，无需转换，且不受昼夜与天气的影响，具有能流密度大、运行稳定等优势，在我国北方地区的建筑供热领域有很好的应用前景。
传统水热型地热资源的开发与利用对普及推广清洁地热能的利用，降低煤炭、石油天然气等化石能源的消耗比例，满足我国环境友好型的社会发展要求有重要的应用价值与指导意义。
目前深层地热资源主要为抽水(无回灌)或抽灌井结合的开采方式，一般情况下实现同层或异层的完全回灌比较困难，实际应用中用户只能做到部分回灌甚至不回灌，由此造成地下水位逐年下降直至无法开采或不经济开采而弃井。
因此，研发“只取热不取水”的地热井下高效换热取热装置对地热能的开发利用意义重大。迄今为止，国内实际应用的中深层地热单井取热装置几乎均为封闭式套管结构，主要改进在于增大井筒与地层的接触面积，或采用开放式单井抽灌结构形式的中深层换热技术，但受地层回灌能力的限制实际应用很少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种既可保证井筒内流体的循环换热,换热后的冷水可完全流入井下，无回灌困难问题；又可充分利用地热水密度随温度变化形成的自然对流压差，驱动热储层内热流体流入套管外井筒，进而提高单井换热的取热效率的中深层地热井下强化换热装置。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种中深层地热井下强化换热系统，包括流体转换单元和换热单元，该流体转换单元设置在地热井内，换热单元设置在井上地面或井内与所述的流体转换单元连接，所述的流体转换单元包括内套管、潜水泵及套管流体装换装置，所述内套管插装在地热井中，所述的套管流体装换装置设置在内套管的下部，在内套管和套管流体装换装置之间设置有所述的潜水泵。
而且，所述的套管流体装换装置包括第一分支管和第二分支管，所述的第一分支管将内套管与地热井分支引流联通，所述的第二分支管与第一分支管交叉设置将地热井与内套管分支引流联通。
而且，所述的井上地面流体转换单元包括除砂过滤器和板式换热器，板式换热器与流体转换单元构成循环联通结构。
而且，所述的除砂过滤器设置在板式换热器的前端。
而且，所述井内流体转换单元包括U型进出管、水泵、板式换热器/热泵机组，U形进出管的底部设置在内套管中，U形进出管的上部与板式换热器/热泵机组构成循环联通结构。
而且，水泵设置在板式换热器/热泵机组的前端。
本发明的优点和积极效果是：
1、本系统中当换热单元置于地面时，内套管中间部位连接潜水泵，用来提取地热水，除砂过滤器置于板式换热器前端，过滤地下水杂质，板式换热器内循环水与地热水进行换热，用于末端供热。
2、本系统中当换热单元置于井内时，内套管中间部位连接潜水泵，用来提取地热水，U形进出管底部设置在内套管中，用来与抽取上来的地热水进行换热，U形进出管内流体进入板式换热器/热泵机组换热，用于末端供热。
3、本系统中的套管流体转换装置置于地下含水层处，通过第一分支管和第二分支管实现套管内流体与地热井中流体的转换，改变内外管内流体运行方向，增强对流换热，提高换热效果。
4、本发明设计科学合理、结构巧妙，与传统的井下取热系统相比，通过套管流体转换装置实现流体与地层的强化换热。在上部地层，冷水在外环管内流动，与地层接触面积大，可有效与上部地层换热；在下部含水层，地热井中冷水从内套管流经外环管的过程中与地下含水层换热，由于存在密度差，可引起含水层中的自然对流，增强换热效果。本发明系统结构易于安装，适用于大部分有地热含水层的水热型单井换热系统。同时地热水通过换热器后换热后返回原地热井筒内，实现了完全回灌和只取热不取水的利用模式，克服了单井抽灌换热系统中的回灌困难问题，保证了水位的动态平衡，易于普及与应用。
附图说明
图1为本发明第一实施例结构示意图；
图2为本发明第二实施例结构示意图；
图3为本发明第一实施例和第二实施例中套管流体转换装置结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种中深层地热井下强化换热系统，如图1、图2所示，包括流体转换单元和换热单元，该流体转换单元设置在地热井5内，换热单元设置在井上地面或井内与所述的流体转换单元连接，所述的流体转换单元包括内套管3、潜水泵4及套管流体装换装置6，所述内套管插装在地热井中，所述的套管流体装换装置设置在内套管的下部，在内套管和套管流体装换装置之间设置有所述的潜水泵。
如图3所示，所述的套管流体装换装置包括第一分支管6-1和第二分支管6-2，所述的第一分支管将内套管与地热井分支引流联通，所述的第二分支管与第一分支管交叉设置将地热井与内套管分支引流联通。
所述的井上地面流体转换单元包括除砂过滤器1和板式换热器2，板式换热器与流体转换单元构成循环联通结构，板式换热器中循环水与地热水换热后，用于末端供热，除砂过滤器设置在板式换热器的前端，用于过滤地下水杂质。
所述井内流体转换单元包括U型进出管9、水泵7、板式换热器/热泵机组8，U形进出管的底部设置在内套管中，用来与抽取上来的地下热水进行换热，U形进出管的上部与板式换热器/热泵机组构成循环联通结构，水泵设置在板式换热器/热泵机组的前端，用于将U形进出管内流体抽取进入板式换热器/热泵机组换热，用于末端供热。
本系统工作过程如下：
第一实施例
井上地面流体转换单元：换热器在地面。首先潜水泵运转，抽取中深层地下热水，地下热水从地热井流经套管流体转换装置，改变流体流动位置，通过内套管送至地上，经除砂过滤器后进入板式换热器。完成井上供热，换热后的地热冷水进入地热井，通过套管流体转换装置改变流体流动位置，通过内套管送至地下含水层。
第二实施例
井内流体转换单元：换热器在井内。首先潜水泵运转，抽取中深层地下热水，地下热水从地热井流经套管流体转换装置，改变流体流动位置，通过内套管运输上升，在上升过程中与U形进出管进行充分热交换后，从地热井排出，经套管流体转换装置回灌回原地下含水层。U形进出管内介质吸取热量后，在水泵的驱动下，进入板式换热器/热泵完成井上供热。
上述两种实施例(换热器在地面或换热器在井内)，由地下水位高低决定采用哪种换热形式，水位低时采用井内换热器形式，水位高时采用地面换热器形式。
套管流体转换装置距离地热井边壁距离可调节，满足放入井内条件即可，套管流体转换装置可用在含水层处地热井井壁开放情况，也可用于地热井井壁封闭情况。
本发明中的套管流体转换装置是通过第一分支管和第二分支管实现套管内流体与地热井中流体的转换，改变内外管内流体运行方向，增强对流换热，提高换热效果。为了达到上述功能效果，该流体转换装置可以包括各种类似形式的可以改变内外环路流体流向的装置。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (6)

1.一种中深层地热井下强化换热系统，其特征在于：包括流体转换单元和换热单元，该流体转换单元设置在地热井内，换热单元设置在井上地面或井内与所述的流体转换单元连接，所述的流体转换单元包括内套管、潜水泵及套管流体装换装置，所述内套管插装在地热井中，所述的套管流体装换装置设置在内套管的下部，在内套管和套管流体装换装置之间设置有所述的潜水泵。
2.根据权利要求1所述的一种中深层地热井下强化换热系统，其特征在于：所述的套管流体装换装置包括第一分支管和第二分支管，所述的第一分支管将内套管与地热井分支引流联通，所述的第二分支管与第一分支管交叉设置将地热井与内套管分支引流联通。
3.根据权利要求1所述的一种中深层地热井下强化换热系统，其特征在于：所述的井上地面流体转换单元包括除砂过滤器和板式换热器，板式换热器与流体转换单元构成循环联通结构。
4.根据权利要求3所述的一种中深层地热井下强化换热系统，其特征在于：所述的除砂过滤器设置在板式换热器的前端。
5.根据权利要求1所述的一种中深层地热井下强化换热系统，其特征在于：所述井内流体转换单元包括U型进出管、水泵、板式换热器/热泵机组，U形进出管的底部设置在内套管中，U形进出管的上部与板式换热器/热泵机组构成循环联通结构。
6.根据权利要求1所述的一种中深层地热井下强化换热系统，其特征在于：水泵设置在板式换热器/热泵机组的前端。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115823757A (zh) * 2022-09-28 2023-03-21 天津大学 多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106247646A (zh) * 2016-09-08 2016-12-21 天津大学 一种中深层地热井下取热系统
CN107940784A (zh) * 2017-11-14 2018-04-20 中国煤炭地质总局水文地质局 一种中深层地热能井下开放式换热系统和方法
CN109812998A (zh) * 2019-03-25 2019-05-28 陕西天地源新能源投资有限公司 一种中深层高效换热地热井系统
CN211177029U (zh) * 2019-11-28 2020-08-04 陕西省煤田地质集团有限公司 中深层地热能取热不取水模式供暖系统
KR20200104507A (ko) * 2019-02-27 2020-09-04 (주) 앤씨티 대수층 막힘에 대한 대응이 가능한 지열 교환 시스템
CN111912127A (zh) * 2020-09-03 2020-11-10 河北工程大学 一种基于中深层地热能的钻孔供热系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106247646A (zh) * 2016-09-08 2016-12-21 天津大学 一种中深层地热井下取热系统
CN107940784A (zh) * 2017-11-14 2018-04-20 中国煤炭地质总局水文地质局 一种中深层地热能井下开放式换热系统和方法
KR20200104507A (ko) * 2019-02-27 2020-09-04 (주) 앤씨티 대수층 막힘에 대한 대응이 가능한 지열 교환 시스템
CN109812998A (zh) * 2019-03-25 2019-05-28 陕西天地源新能源投资有限公司 一种中深层高效换热地热井系统
CN211177029U (zh) * 2019-11-28 2020-08-04 陕西省煤田地质集团有限公司 中深层地热能取热不取水模式供暖系统
CN111912127A (zh) * 2020-09-03 2020-11-10 河北工程大学 一种基于中深层地热能的钻孔供热系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115823757A (zh) * 2022-09-28 2023-03-21 天津大学 多管回流式中深层地热能单井取热不取水供热系统

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