CN116697628A - 一种同轴套管式井下逆流换热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地热能开发技术领域，具体涉及一种同轴套管式井下逆流换热系统，本发明在外循环内管外侧沿钻井径向由内往外依次套设有外循环外管、内循环内管和内循环外管，并将内循环内管、内循环外管设置在储热岩层的高温段，其中外循环外管和内循环外管的材质均为导热材料，利用循环泵将地热水抽入内循环内管使地热水沿外循环外管轴向向上运动，使地热水与外循环外管内部反向运动的循环流体交换热量后再通过内循环外管与内循环内管之间的通道返回含水层，从而实现循环流体与地热水的对流换热，提高了换热效率。换热后的地热水通过外循环外管与高温段的储热岩层进行换热，能够提高地热水的温度，保证了地热水进口处的地热水温度的稳定。
Description
技术领域
本发明属于地热能开发技术领域，具体涉及一种同轴套管式井下逆流换热系统。
背景技术
地热能作为一种分布广、储量大、安全稳定的可再生能源，其能源利用效率高，可靠性强，成本低，且减排优势明显，将对我国能源结构转型发挥重要作用，优质清洁开发地热能有助于我国“碳达峰”和“碳中和”目标的实现。传统地热能开发方式通常是直接抽取浅层/深层地层高温地下水，通过板式换热器提取热量后进行回灌。其取水量大，换热温差小，尾水回灌难，且易破坏地下环境造成地面塌陷，因此在地热能开发利用等方面具有极大的局限性。而地热用同轴套管式换热器即在单井(孔)内部，通过同轴方式竖直放置内管(保温管)和外管进行工作流体闭式循环，间接提取地下水/岩土热量，实现“取热不取水”的效果，进而避免地质水质等环境危害，是一种低成本、清洁利用地热资源的有效手段。由于无需尾水回灌，减少了对地质要求的限制，可灵活应用于多种地质条件。并且单孔运行方式降低了钻井成本的投入，优化提升了经济效益和社会效益，因而具有十分广阔的应用潜力。
然而，同轴套管式换热器也具有出口工作流体温度低，取热量不足等局限性。工作流体迅速流过换热器光管管路，换热时间短，取热量较小。为达成目标供热量常采取增大泵功，以提高流速增大换热量，或外加热泵供热等较为低效耗能的方式，因此亟需设计和制造一种具有优异换热性能的同轴套管式换热器。
中国专利文献CN112696176A(CN202011467645.8)公开了一种双循环取热不取水地热管柱，包括套管、内管、中心管、连接内管和防砂管。内管和中心管均位于套管内并通过第一封隔器与套管固定，内管的下端设有内换热器；中心管与内管形成与内换热器出口连接的换热介质返出腔；连接内管设置在内管下方通过第二封隔器与套管固定，连接内管的上端设有外换热器，外换热器套设在内换热器外部且出口通过注水孔与注入层连通，外换热器的入口与连接内管上端连接；防砂管设置在连接内管的下方与连接内管之间通过电泵连接，防砂管的入口通过采出孔与采出层连通。上述申请通过地层内部流体流动增强了地层热对流，两个循环独立运行，只进行热量的交换，无腐蚀结垢，实现了取热不取地层水。上述结构为实现地层内部流体与换热介质的热交换，仅通过在内管的下端设置内换热器同时在连接内管的上端设置外换热器，通过内换热器和外换热器提高换热效率，但是整个换热过程需要在内换热器和外换热器的管道内进行，因此极大的限制了换热流量，导致换热效率提升有限。
中国专利文献CN115789976A(CN202211205920.8)公开了一种闭环热管式强化换热系统，在地热井内由上至下依次设置有循环水端、闭环热管换热器端和地热水端。循环水端的循环水通过闭环热管换热器端与地热水端的地热水实现热量交换后，为地面用户端供热；地热水与循环水在闭环热管换热器端完成热量交换后从闭环热管换热器端流出，流经地热井壁返回地下含水层。上述申请创新闭环热管换热器结构，改变了传统井下换热器在管壁间对流换热过程，通过闭环热管内的流体循环相变，在原来仅在近壁面换热的基础上，增加了通过闭环热管实现主流空间流体的换热，闭环热管内传热工质突破了循环水管管壁两侧的冷、热边界层，大幅度降低换热热阻，实现重力作用下的自然循环强化换热过程，提高取热功率。但是上述换热系统仍然是基于闭环热管换热器实现地热水与循环水的热交换，闭环热管换热器通过将换热器套管设置在循环水进水管的外侧，将若干个内置相变工质的闭环热管间隔设置在地上循环水进水管的两侧，若干个闭环热管组成闭环热管组，每个闭环热管的一部分在地上循环水进水管与地上循环水出水管形成的循环水主流空间内，另一部分在换热器套管内壁与地上循环水进水管外壁形成的地热水主流空间内，从而提高地热水与循环水之间的换热效率，由于循环水进水管长度限制，因此上述换热系统仍然受限于闭环热管的数量，换热效率提升有限。并且闭环热管换热器需要设置在静水位以下，因此增加了整个换热系统的布置难度。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种同轴套管式井下逆流换热系统，本发明将外循环外管设置在钻井内并使外循环外管深度达到地下含水层，通过在外循环外管内部设置外循环内管，循环流体从外循环外管流入进行换热后再通过外循环内管流出，从而实现“取热不取水”的目的。为了提高换热效率，本发明通过在外循环外管下端沿径向由内往外依次套设内循环内管和内循环外管，并将内循环外管设置在储热岩层的高温段，利用循环泵将地热水抽入内循环内管使地热水沿外循环外管轴向向上运动，使地热水与外循环外管内部向下流动的循环流体交换热量后再通过内循环外管与内循环内管之间的通道返回含水层，从而实现循环流体与地热水的对流换热，提高了换热效率。并且循环的地热水还能够吸收高温段储热岩层的热量，对含水层进行热量的补充，保证换热效率的稳定。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种同轴套管式井下逆流换热系统，包括钻井、同轴套管式井下逆流换热器、循环泵和供暖系统，所述钻井穿过储热岩层至地下含水层，所述储热岩层包括由上往下分布的低温段和高温段；
所述同轴套管式井下逆流换热器包括外循环内管、外循环外管、内循环内管和内循环外管，所述外循环外管设置在钻井内并且所述外循环外管深度达到地下含水层；
所述外循环内管设置在外循环外管内部，所述外循环内管上端设置有循环流体出口，所述外循环内管下端开口并与外循环外管相联通，所述外循环外管上端设置有循环流体进口，所述外循环外管下端封闭设置，所述循环流体出口、循环流体进口分别与供暖系统相连；
所述内循环内管套设在外循环外管下端外侧，所述内循环外管套设在内循环内管上端外侧并位于储热岩层的高温段；
所述内循环外管上端与外循环外管外壁相连并呈封闭设置，所述内循环内管上端设置有开口并与内循环外管相联通，所述内循环内管下端设置有与地下含水层相通的地热水进口，所述循环泵设置在地热水进口处，所述内循环外管下端与内循环内管外壁相连并设置有与地下含水层相通的地热水出口；
所述外循环外管和内循环外管的材质均为导热材料。循环流体由外循环外管流入，经过与高温地下水换热，由外循环内管流出，与供暖系统循环水交换热量后，再次回到外循环外管完成一次闭式循环。地下含水层的高温地下水由内循环内管流入，与循环流体换热后，由循环外管流出，在流动过程中吸收周围高温岩层即储热岩层高温段的热量，重新变为高温地下水，注入到地下含水层完成一次循环。由于循环流体流动方向与高温地下水流动方向相反，为第一逆流布置，通过上下方向的对流以强化循环流体与高温地下水的热量交换，提高了换热效率，具有优异的换热效果。
本发明的技术方案还有：还包括第一螺旋纽带和第二螺旋纽带；
所述第一螺旋纽带沿外循环内管的长度方向螺旋缠绕在外循环内管的外壁上，所述第二螺旋纽带沿外循环外管的长度方向螺旋缠绕在外循环外管的外壁上；
所述第一螺旋纽带和第二螺旋纽带的螺旋方向相反。所述第一螺旋纽带和第二螺旋纽带螺旋方向相反，使得循环流体旋流方向和高温地下水旋流方向相反，为第二逆流布置，通过环形方向的对流以强化循环流体与高温地下水的热量交换，在循环流体与高温地下水上下对流的基础上，进一步增强同轴套管式井下逆流换热器整体换热性能，从而增加传热量进而提高循环流体出口处循环流体的温度，极大地增强了换热器的换热效果。
另外，第一螺旋纽带设置在外循环内管外壁上，当循环流体流入外循环内管和外循环外管之间的环状空间时，第一螺旋纽带迫使循环流体沿第一螺旋纽带产生切向运动生成旋流，进而减小外循环内管外壁表面的热边界层厚度，增强循环流体与外循环内管外壁的换热效果。
而第二螺旋纽带设置在外循环外管的外壁上，当高温地下水流入内循环内管和外循环外管之间的环状空间时，第二螺旋纽带迫使高温地下水沿第二螺旋纽带产生切向运动生成旋流，进而减小高温地下水流动热边界层厚度，增强高温地下水与外循环外管外壁的换热效果。
本发明的技术方案还有：还包括设置在外循环外管内壁上的迎流曲面螺旋内肋，所述迎流曲面螺旋内肋沿外循环外管轴向均匀布置；
所述迎流曲面螺旋内肋包括面向循环流体流动方向缓和渐变的迎流曲面。在外循环外管内壁上的迎流曲面螺旋内肋，用于增大循环流体与高温地下水的换热面积，由于迎流曲面面向循环流体流动方向，能够进一步地扰动和破坏边界层，增强循环流体的湍度，强化传热效果，提高循环流体出口输出的循环流体的温度。
本发明的技术方案还有：所述迎流曲面螺旋内肋和第一螺旋纽带的螺旋方向相同。迎流曲面螺旋内肋的扭转方向与第一螺旋纽带的扭转方向一致，以进一步增强水流动的湍度，强化换热效果，同时防止产生过高压降，减小循环泵的能量消耗。
本发明的技术方案还有：所述地热水进口和地热水出口处设置有过滤网。所述地热水进口和地热水出口处设置有过滤网，用于对地下含水层的高温地下水进行过滤，防止泥沙等杂质进入内循环内管、内循环外管内，影响循环泵的正常工作。
本发明的技术方案还有：还包括第一弧形引流器；
所述外循环外管下端设置有半球形封头，所述第一弧形引流器设置在半球形封头中心并位于外循环内管下端出口正下方；
第一弧形引流器包括与半球形封头内表面匹配的弧形导流面。传统同轴套管式换热器结构较为简单，工作流体流动状况较差。换热器底部会形成涡流区使部分流体在此循环流动，热量在换热器底部不断聚集，不能向换热器工作流体出口端有效传递，导致底部区域传热效果变差成为传热死区，进而影响换热器运行效率和使用寿命。将第一弧形引流器设置在半球形封头中心并位于外循环内管下端出口正下方，用于防止循环流体流至外循环外管底部时形成传热死区，避免热量在外循环外管底部聚集影响同轴套管式换热器换热效率和使用寿命。
本发明的技术方案还有：还包括环形的第二弧形引流器；
所述内循环外管上端设置有平板封头，所述平板封头分别与内循环外管内壁、外循环外管外壁相连；
所述第二弧形引流器设置在平板封头与外循环外管外壁连接处，所述第二弧形引流器包括内凹的曲面导流槽，所述曲面导流槽开口向下设置。在平板封头与外循环外管外壁连接处设置第二弧形引流器，利用内凹的曲面导流槽对高温地下水进行引导，改善高温地下水的流动状况，防止高温地下水流至内循环外管上端时形成传热死区，避免热量在内循环外管上端聚集影响同轴套管式换热器换热效率和使用寿命。
本发明的技术方案还有：所述外循环内管和内循环内管的材质均为绝热材料。外循环内管是热水流出通道，采用绝热材料制备外循环内管，用于分离冷热循环流体流动通道，避免冷热循环流体进行热量交换造成热损失，防止外循环内管流出的循环流体温度降低。
本发明的技术方案还有：还包括设置在内循环外管内壁上的内肋，所述内肋沿内循环外管轴向均匀布置。通过在内循环外管内壁上设置内肋，用于增强地下水和储热岩层高温段的传热。
本发明的技术方案还有：还包括设置在外循环外管外壁与钻井内壁之间的保温层，所述保温层位于储热岩层的低温段。在供暖阶段，同轴套管式换热器工作流体进口温度通常位于15–20℃之间，远高于冬季平均地表温度(<8℃)，为避免工作流体和低温地表进行热量交换进而产生热损失，应合理布置强化换热结构。浅层地表深度应对工作流体进行保温，设置保温层且不做强化换热结构，提高换热效率，减少制造成本。在外循环外管外壁与钻井内壁之间设置保温层，由于保温层位于储热岩层的低温段，内循环内管和内循环外管均布置在储热岩层的高温段，因此地下水与循环流体的热交换能够避开浅层地表低温段，防止浅层地表低温段大量吸收循环流体的热量，降低循环流体的平均温度。
发明构思：
循环流体由外循环外管流入，经过与高温地下水换热，由换热器外循环内管流出，与供暖系统循环水交换热量后，再次回到换热器外循环外管完成一次闭式循环。
地下含水层高温地下水由换热器内循环内管流入，与循环流体换热后，由换热器内循环外管流出，在流动过程中吸收周围高温岩层热量，重新变为高温地下水，注入到地下含水层，完成一次循环。
循环流体的流动方向与高温地下水流动方向相反，为第一逆流布置，具有优异的换热效果。
第一螺旋纽带和第二螺旋纽带的螺旋方向相反，使得循环流体旋流方向和高温地下水旋流方向相反，为第二逆流布置，进一步增强换热器的整体换热性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的同轴套管式井下逆流换热器沿钻井径向由内往外依次设置有外循环内管、外循环外管、内循环内管和内循环外管，并将内循环内管、内循环外管设置在储热岩层的高温段，其中外循环外管和内循环外管的材质均为导热材料，利用循环泵将地热水抽入内循环内管使地热水沿外循环外管轴向向上运动，使地热水与外循环外管内部反向运动的循环流体交换热量后再通过内循环外管与内循环内管之间的通道返回含水层，从而实现循环流体与地热水的对流换热，提高了换热效率。
并且换热后的地热水通过外循环外管与高温段的储热岩层进行换热，能够提高地热水的温度，保证了地热水进口处的地热水温度的稳定，从而有助于提高换热效率。
附图说明
图1为本发明所述同轴套管式井下逆流换热系统的结构示意图；
图2为本发明所述同轴套管式井下逆流换热系统图1中A-A的截面剖视图；
图3为本发明所述迎流曲面螺旋内肋的结构示意图；
图4为本发明所述第一弧形引流器的结构示意图；
图中，100钻井、200储热岩层、300地下含水层、400填充层；
1同轴套管式井下逆流换热器、2循环泵；
11外循环内管、12外循环外管、13内循环内管、14内循环外管；
111循环流体出口、121循环流体进口、122半球形封头、131地热水进口、141地热水出口、142平板封头；
3第一螺旋纽带、4第二螺旋纽带、5迎流曲面螺旋内肋、51迎流曲面；
6第一弧形引流器、61弧形导流面、7第二弧形引流器、71曲面导流槽；
8内肋、9保温层。
具体实施方式
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。
如图1和图2所示，一种同轴套管式井下逆流换热系统，包括钻井100、同轴套管式井下逆流换热器1、循环泵2和供暖系统，所述钻井100穿过储热岩层200至地下含水层300，所述同轴套管式井下逆流换热器1设置在钻井100内，所述同轴套管式井下逆流换热器1与钻井100井壁之间设置有填充层400，保证同轴套管式井下逆流换热器1与钻井100井壁紧密接触，提高传热效率，所述储热岩层200包括由上往下分布的低温段和高温段。
所述同轴套管式井下逆流换热器1包括外循环内管11、外循环外管12、内循环内管13和内循环外管14，所述外循环外管12设置在钻井100内并且所述外循环外管12深度达到地下含水层300。
所述外循环内管11设置在外循环外管12内部，所述外循环内管11上端设置有循环流体出口111，所述外循环内管11下端开口并与外循环外管12相联通，所述外循环外管12上端设置有循环流体进口121，所述外循环外管12下端封闭设置，所述循环流体出口111、循环流体进口121分别与供暖系统相连。所述循环流体为水或乙二醇等液体。供暖系统包括地上循环管道、地上循环泵和室内换热器，循环流体出口111、循环流体进口121分别通过地上循环管道与室内换热器的进口和出口相连，通过在地上循环管道上设置地上循环泵为循环流体提供循环动力。
所述内循环内管13套设在外循环外管12下端外侧，所述内循环外管14套设在内循环内管13上端外侧并位于储热岩层200的高温段。
所述内循环外管14上端与外循环外管12外壁相连并呈封闭设置，所述内循环内管13上端设置有开口并与内循环外管14相联通，所述内循环内管13下端设置有与地下含水层300相通的地热水进口131，所述循环泵2设置在地热水进口131处，具体的，所述循环泵2设置在内循环内管13内部，所述内循环外管14下端与内循环内管13外壁相连并设置有与地下含水层300相通的地热水出口141。所述地热水进口131和地热水出口141处设置有过滤网，用于对地下含水层300的高温地下水进行过滤，防止泥沙等杂质进入内循环内管13、内循环外管14内，影响循环泵2的正常工作。
所述外循环外管12和内循环外管14的材质均为导热材料。具体的，所述外循环外管12和内循环外管14选择纯铜、优质紫铜、不锈钢等金属材料，兼具高导热性和优异力学特性。
如图1所示，所述的同轴套管式井下逆流换热系统还包括第一螺旋纽带3和第二螺旋纽带4。
所述第一螺旋纽带3沿外循环内管11的长度方向螺旋缠绕在外循环内管11的外壁上，所述第二螺旋纽带4沿外循环外管12的长度方向螺旋缠绕在外循环外管12的外壁上。第一螺旋纽带3与外循环内管11材质保持一致，以保证通过胶接或焊接等方式连接第一螺旋纽带3与外循环内管11时，两者之间可以紧密连接。
所述第一螺旋纽带3和第二螺旋纽带4的螺旋方向相反。第一螺旋纽带3材质与外循环内管11的材质、第二螺旋纽带4和外循环外管12的材质保持一致，以保证通过胶接或焊接等方式进行连接时，两者之间能够紧密连接。
如图1所示，所述的同轴套管式井下逆流换热系统还包括设置在外循环外管12内壁上的迎流曲面螺旋内肋5，所述迎流曲面螺旋内肋5沿外循环外管12轴向均匀布置。
如图3所示，所述迎流曲面螺旋内肋5包括面向循环流体流动方向缓和渐变的迎流曲面51。具体的，所述迎流曲面螺旋内肋5的截面形状为梯形截面，其在雷诺数为3200～9600范围内均能保持较好综合换热效果。优选的，雷诺数在5000以上，所述迎流曲面螺旋内肋5的截面形状为半圆形。在雷诺数低于5000时，所述迎流曲面螺旋内肋5的截面形状为矩形。
所述迎流曲面螺旋内肋5和第一螺旋纽带3的螺旋方向相同。所述迎流曲面螺旋内肋5沿外循环外管12内壁缠绕旋转并与外循环外管12轴向有一定的螺旋角度。
如图1所示，所述的同轴套管式井下逆流换热系统还包括第一弧形引流器6。
所述外循环外管12下端设置有半球形封头122，所述第一弧形引流器6设置在半球形封头122中心并位于外循环内管11下端出口正下方。迎流曲面螺旋内肋5和第一弧形引流器6的材质与外循环外管12材质保持一致，通过焊接的方式进行可靠连接。
如图4所示，第一弧形引流器6包括与半球形封头122内表面匹配的弧形导流面61。弧形导流面61与半球形封头122内表面之间的引流角度介于20°～60°之间。
如图1所示，所述的同轴套管式井下逆流换热系统还包括环形的第二弧形引流器7。
所述内循环外管14上端设置有平板封头142，所述平板封头142分别与内循环外管14内壁、外循环外管12外壁相连。
所述第二弧形引流器7设置在平板封头142与外循环外管12外壁连接处，所述第二弧形引流器7包括内凹的曲面导流槽71，所述曲面导流槽71开口向下设置。
所述外循环内管11和内循环内管13的材质均为绝热材料。具体的，外循环内管11可选择PE、PP、PVC等材质塑料管。内循环内管13可选择金属内管嵌套或涂覆隔热材料复合结构。
如图1和图2所示，所述的同轴套管式井下逆流换热系统还包括设置在内循环外管14内壁上的内肋8，所述内肋8沿内循环外管14轴向均匀布置，具体的，所述内肋8焊接设置在内循环外管14内壁上。
如图1所示，所述的同轴套管式井下逆流换热系统还包括设置在外循环外管12外壁与钻井100内壁之间的保温层9，所述保温层9位于储热岩层200的低温段。
由此，同轴套管式井下逆流换热系统中循环流体的流动路径为，经过供暖系统的低温循环流体在水泵作用下由外循环外管12流入，首先经过储热岩层200的低温段，由于外循环外管12外侧设置有保温层9，因此循环流体不与低温的浅层地表进行热量交换。随着深度增加，循环流体流入储热岩层200的高温段与内循环内管13流入的高温地下水实现对流换热变为热水，沿第一螺旋纽带3做逆时针流动，且迎流曲面螺旋内肋5持续扰动和破坏流动边界层，减小边界层厚度，强化传热效果。同时外循环外管12外壁布置第二螺旋纽带4进一步增大传热面积，提高换热量，提高循环流体温。热水沿外循环外管12流至底部时，在第一弧形引流器6的引导下，避免产生传热死区，流向外循环内管11的循环流体出口111，与供暖系统的供暖流体交换热量后，再次回到外循环外管12完成整个循环。
高温地下水流动路径为：地下含水层300的高温地下水在循环泵2的作用下经过滤网过滤后，进入内循环内管13中，沿第二螺旋纽带4做顺时针旋流，减小边界层厚度，增强与循环流体的传热。换热之后的地下水在第二弧形引流器7的作用下流入到内循环外管14中，吸收储热岩层200高温段周围高温岩土的热量后重新回到地下含水层300。
循环流体与高温地下水的流动方向和旋流方向均相反，形成双逆流布置，增大传热温差，提高换热系数，进而提高循环流体出口温度，可极大地增强对流换热效果。
本发明的优势：
1)换热性能优异：具有螺旋纽带、迎流曲面螺旋内肋阵列等多种强化换热结构，极大减小和破坏循环流体、高温地下水的流动边界层，增大换热面积。且螺旋纽带扭转方向和迎流曲面螺旋内肋阵列扭转方向一致，在取得优异换热效果的同时减小循环泵电能的消耗。
2)逆流布置合理：循环流体与高温地下水的流动方向和旋流方向均相反，形成逆流布置，增大传热温差，提高换热系数，增加传热量进而提高循环流体出口温度，极大地增强换热效果。且高温岩层中地热量被用于加热含水层中地下水，实现对地热的充分利用。
3)流体流动状况良好：在外循环外管12底部和内循环外管14上部均设置弧形引流器，改善流体的流动状况，避免流体流至此处时形成传热死区，减少热量在拐角处聚集，进而提高和延长同轴套管式井下逆流换热器1的换热性能和使用寿命。
Claims (10)
1.一种同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：包括钻井(100)、同轴套管式井下逆流换热器(1)、循环泵(2)和供暖系统，所述钻井(100)穿过储热岩层(200)至地下含水层(300)，所述储热岩层(200)包括由上往下分布的低温段和高温段；
所述同轴套管式井下逆流换热器(1)包括外循环内管(11)、外循环外管(12)、内循环内管(13)和内循环外管(14)，所述外循环外管(12)设置在钻井(100)内并且所述外循环外管(12)深度达到地下含水层(300)；
所述外循环内管(11)设置在外循环外管(12)内部，所述外循环内管(11)上端设置有循环流体出口(111)，所述外循环内管(11)下端开口并与外循环外管(12)相联通，所述外循环外管(12)上端设置有循环流体进口(121)，所述外循环外管(12)下端封闭设置，所述循环流体出口(111)、循环流体进口(121)分别与供暖系统相连；
所述内循环内管(13)套设在外循环外管(12)下端外侧，所述内循环外管(14)套设在内循环内管(13)上端外侧并位于储热岩层(200)的高温段；
所述内循环外管(14)上端与外循环外管(12)外壁相连并呈封闭设置，所述内循环内管(13)上端设置有开口并与内循环外管(14)相联通，所述内循环内管(13)下端设置有与地下含水层(300)相通的地热水进口(131)，所述循环泵(2)设置在地热水进口(131)处，所述内循环外管(14)下端与内循环内管(13)外壁相连并设置有与地下含水层(300)相通的地热水出口(141)；
所述外循环外管(12)和内循环外管(14)的材质均为导热材料。
2.根据权利要求1所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：还包括第一螺旋纽带(3)和第二螺旋纽带(4)；
所述第一螺旋纽带(3)沿外循环内管(11)的长度方向螺旋缠绕在外循环内管(11)的外壁上，所述第二螺旋纽带(4)沿外循环外管(12)的长度方向螺旋缠绕在外循环外管(12)的外壁上；
所述第一螺旋纽带(3)和第二螺旋纽带(4)的螺旋方向相反。
3.根据权利要求2所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：还包括设置在外循环外管(12)内壁上的迎流曲面螺旋内肋(5)，所述迎流曲面螺旋内肋(5)沿外循环外管(12)轴向均匀布置；
所述迎流曲面螺旋内肋(5)包括面向循环流体流动方向缓和渐变的迎流曲面(51)。
4.根据权利要求3所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：所述迎流曲面螺旋内肋(5)和第一螺旋纽带(3)的螺旋方向相同。
5.根据权利要求1所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：所述地热水进口(131)和地热水出口(141)处设置有过滤网。
6.根据权利要求1所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：还包括第一弧形引流器(6)；
所述外循环外管(12)下端设置有半球形封头(122)，所述第一弧形引流器(6)设置在半球形封头(122)中心并位于外循环内管(11)下端出口正下方；
第一弧形引流器(6)包括与半球形封头(122)内表面匹配的弧形导流面(61)。
7.根据权利要求1所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：还包括环形的第二弧形引流器(7)；
所述内循环外管(14)上端设置有平板封头(142)，所述平板封头(142)分别与内循环外管(14)内壁、外循环外管(12)外壁相连；
所述第二弧形引流器(7)设置在平板封头(142)与外循环外管(12)外壁连接处，所述第二弧形引流器(7)包括内凹的曲面导流槽(71)，所述曲面导流槽(71)开口向下设置。
8.根据权利要求1所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：所述外循环内管(11)和内循环内管(13)的材质均为绝热材料。
9.根据权利要求1所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：还包括设置在内循环外管(14)内壁上的内肋(8)，所述内肋(8)沿内循环外管(14)轴向均匀布置。
10.根据权利要求1所述的同轴套管式井下逆流换热系统，其特征在于：还包括设置在外循环外管(12)外壁与钻井(100)内壁之间的保温层(9)，所述保温层(9)位于储热岩层(200)的低温段。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310575545.4A CN116697628A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种同轴套管式井下逆流换热系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310575545.4A CN116697628A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种同轴套管式井下逆流换热系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116697628A true CN116697628A (zh) | 2023-09-05 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202310575545.4A Pending CN116697628A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种同轴套管式井下逆流换热系统 |
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2023
- 2023-05-18 CN CN202310575545.4A patent/CN116697628A/zh active Pending
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