CN207540178U - 中深层地热井内蓄热换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种中深层地热井内蓄热换热器，其包括外套管、内套管及蓄热腔体；外套管下端探入到蓄热腔体内并且位于所述蓄热腔体上部，外套管同蓄热腔体壁之间密封；内套管置于外套管内，内套管下端探出外套管下端进入到蓄热腔体内并且位于蓄热腔体部；外套管上端口用于连通循环介质流入管路；内套管上端口用于连通循环介质流出管路。本实用新型的中深层地热井内蓄热换热器，能稳定循环介质流出时的温度，并且换热量大。
Description
技术领域
本实用新型涉及中深层地热能开发利用技术，特别涉及一种中深层地热井内蓄热换热器。
背景技术
我国平均地温梯度约3℃/100米。即在恒温层以下，每向下增加100米，地温增加约3℃。地下1000～4000米，地温约50～135℃。这部分中深层地热资源温度不足以开发利用于发电，但是可以成为建筑供热的稳定热源。
目前我国对中深层地热能利用，主要采用直接开采中深层地热水用于建筑供热的方式，即在地热水资源丰富地区，开凿地热井，直接抽取地下热水用于建筑供热，地下水温度利用后直接排放或回灌。但是目前回灌技术发展还不成熟，回灌率偏低（平均回灌率不足50%），造成了大量社会资源的浪费，并且存在地下水资源枯竭继而引发地质塌陷等灾害的风险。因此为了保护地下热水资源，有些地方政府主管部门已经开始禁止直接开采中深层地下水资源。
中深层地热井内换热器能够在不抽取中深层地下热水资源的前提下，只换取中深层地下热能，是合理开发中深层地热能用于建筑供热的一种换热技术。
目前常用的中深层地热井内换热器一般为双套管式换热器，循环介质从外套管与内套管间隙向下流动过程中吸收周围高温岩体热量，温度升高，并在底部从内套管向上流出换热器。循环介质流出换热器后，通过循环泵进入高温热源型水源热泵主机蒸发器侧，释放热量，降温后重新回到中深层地热井内换热器。
实际应用发现常用的中深层地热井内换热器循环介质出口温度变化范围较大，一般为15~60℃。一般在系统运行初期换热器出口介质温度最高，运行一段时间后逐渐降低并趋于平稳。主要是由于在系统停止运行期间，换热器内静置的循环介质从周围高温岩层吸热，并达到平衡，温度接近岩层温度，系统运行后，高温的循环介质流出换热器释放热量，循环介质温度逐步降低，当换热器内循环介质储存的热量释放完后，循环介质温度趋于稳定。
在实际应用过程中，特别是在公共建筑的供热项目中，系统运行时间随建筑作息时间影响较大，系统频繁启停，中深层地热井内换热器循环介质的出口温度波动较大，影响整个供热系统运行的稳定性和高温热源型水源热泵的效率。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种中深层地热井内蓄热换热器，能稳定循环介质流出时的温度，并且换热量大。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的中深层地热井内蓄热换热器，其包括外套管 11 、内套管 12 及蓄热腔体 15 ；
所述外套管 11 ，下端探入到所述蓄热腔体 15 内并且位于所述蓄热腔体 15 上部，外套管 11 同蓄热腔体 15 壁之间密封；
所述内套管 12 置于所述外套管 11 内，所述内套管 12 下端探出所述外套管11 下端进入到所述蓄热腔体 15 内并且位于所述蓄热腔体 15 下部；
所述外套管 11 上端口用于连通循环介质流入管路；
所述内套管 12 上端口用于连通循环介质流出管路。
较佳的，所述外套管 11 、内套管 12 及蓄热腔体 15 内注入有循环介质。
较佳的，所述蓄热腔体 15 为不规则密闭空间；
所述蓄热腔体 15 的等效直径为5～100米。
较佳的，所述蓄热腔体 15 为球体；
所述蓄热腔体 15 的直径为所述外套管 11 的内径的5倍到300倍。
较佳的，所述外套管 11 的内径为所述内套管 12 的内径的1.3到3倍。
较佳的，所述中深层地热井内蓄热换热器还包括油井水泥层 13 ；
所述油井水泥层 13 覆盖在所述外套管 11 外。
较佳的，所述蓄热腔体 15 的壁为油井水泥材质。
较佳的，所述循环介质为水或乙二醇溶液。
较佳的，所述外套管 11 为J55或N80或P110油钢管；
所述内套管 12 为高分子复合绝热材质。
较佳的，所述外套管 11 长度为1000米至4000米。
本实用新型的中深层地热井内蓄热换热器，安装于岩土层14中的深层地热井内，蓄热腔体15在井底，循环介质沿内套管12和外套管11之间的环状空间向下流动，通过外套管11壁与高温岩土层换热，吸热升温，循环介质在井底蓄热腔体15内充分扰动混合，从内套管12管内向上流动，为地面供热系统提供热源；循环介质降温后，重新回到外套管11和内套管12之间的环状空间向下流动，形成循环。井底蓄热腔体15内循环介质具有蓄热功能，可以存储更多的热量，稳定中深层地热井内蓄热换热器循环介质流出内套管12上端出口时的温度，同时蓄热腔体15形成较大的与岩土层14的换热面积，能够增大循环介质与井底高温岩土层换热面积，增大换热器的换热量，有利于提高地面供热系统的稳定性和能效，提高单井取热能力，降低能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面对本实用新型所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的中深层地热井内蓄热换热器一实施例结构示意图。
图中附图标记说明：
11外套管； 12内套管；13油井水泥层； 14岩土层； 15蓄热腔体。
具体实施方式
下面将结合附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
如图1所示，中深层地热井内蓄热换热器包括外套管11、内套管12及蓄热腔体15；
所述外套管11，下端探入到所述蓄热腔体15内并且位于所述蓄热腔体15上部，外套管11同蓄热腔体15壁之间密封；
所述内套管12置于所述外套管11内，所述内套管12下端探出所述外套管11下端进入到所述蓄热腔体15内并且位于所述蓄热腔体15下部；
所述外套管11上端口用于连通循环介质流入管路；
所述内套管12上端口用于连通循环介质流出管路。
较佳的，所述外套管11、内套管12及蓄热腔体15内注入有循环介质。
实施例一的中深层地热井内蓄热换热器，安装于岩土层14中的深层地热井内，蓄热腔体15在井底，循环介质沿内套管12和外套管11之间的环状空间向下流动，通过外套管11壁与高温岩土层换热，吸热升温，循环介质在井底蓄热腔体15内充分扰动混合，从内套管12管内向上流动，为地面供热系统提供热源；循环介质降温后，重新回到外套管11和内套管12之间的环状空间向下流动，形成循环。井底蓄热腔体15内循环介质具有蓄热功能，可以存储更多的热量，稳定中深层地热井内蓄热换热器循环介质流出内套管12上端出口时的温度，同时蓄热腔体15形成较大的与岩土层14的换热面积，能够增大循环介质与井底高温岩土层换热面积，增大换热器的换热量，有利于提高地面供热系统的稳定性和能效，提高单井取热能力，降低能耗。根据理论模拟计算及实际工程验证，采用实施例一的中深层地热井内蓄热换热器，与采用常规中深层井内换热器相比，单井取热能力可以提高10%～20%。
实施例二
基于实施例一的中深层地热井蓄热内换热器，所述蓄热腔体15为不规则密闭空间，所述蓄热腔体15的等效直径约5～100米。
实施例三
基于实施例一，所述蓄热腔体15为球体；
所述蓄热腔体15的直径为所述外套管11的内径的5倍到300倍。
较佳的，所述外套管11的内径为所述内套管12的内径的1.3到3倍。
实施例四
基于实施例一，中深层地热井内蓄热换热器还包括油井水泥层13；
所述油井水泥层13覆盖在所述外套管11外。
较佳的，所述蓄热腔体15的壁为油井水泥材质。
较佳的，所述循环介质为水或乙二醇溶液。
较佳的，所述外套管11为J55或N80或P110油钢管，具有较高的耐压、耐腐蚀性。J表示铸钢 ，N表示镍合金钢，P表示精密金属合金钢，后面的数字表示承压级别，数字为80表示承压级别为 80000PSI（磅/平方英寸）。
较佳的，所述内套管12为高分子复合绝热材质，具有较高的耐压性能和绝热性能。
较佳的，所述外套管11长度为1000米至4000米。
实施例四的中深层地热井内蓄热换热器，所述外套管11外覆盖油井水泥层13，可以保证换热器密封性，不会与地下岩土层钻孔壁各含水层、油气层发生串通。
可以采用先进的石油钻井工艺，往地下岩土层14钻井1000米至4000米深，到达目标深度后，利用高压循环泥浆将井底岩土层压裂，再通过高压循环泥浆冲刷所压裂的空间，将岩屑带出地面，形成一定空间的腔体，再通过油井水泥将腔体内壁及裂缝填实，最终形成一个密闭的具有一定空间的蓄热腔体15。蓄热腔体15完成后，向地热井内安装外套管11、内套管12，然后采用油井水泥将外套管11外侧与岩土层14之间空隙全身段填充形成油井水泥层13。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，包括外套管（11）、内套管（12）及蓄热腔体（15）；
所述外套管（11），下端探入到所述蓄热腔体（15）内并且位于所述蓄热腔体（15）上部，外套管（11）同蓄热腔体（15）壁之间密封；
所述内套管（12）置于所述外套管（11）内，所述内套管（12）下端探出所述外套管（11）下端进入到所述蓄热腔体（15）内并且位于所述蓄热腔体（15）下部；
所述外套管（11）上端口用于连通循环介质流入管路；
所述内套管（12）上端口用于连通循环介质流出管路。
2.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述外套管（11）、内套管（12）及蓄热腔体（15）内注入有循环介质。
3.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述蓄热腔体（15）为不规则密闭空间；
所述蓄热腔体（15）的等效直径为5～100米。
4.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述蓄热腔体（15）为球体；
所述蓄热腔体（15）的直径为所述外套管（11）的内径的5倍到300倍。
5.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述外套管（11）的内径为所述内套管（12）的内径的1.3到3倍。
6.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述中深层地热井内蓄热换热器还包括油井水泥层（13）；
所述油井水泥层（13）覆盖在所述外套管（11）外。
7.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述蓄热腔体（15）的壁为油井水泥材质。
8.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述循环介质为水或乙二醇溶液。
9.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述外套管（11）为J55或N80或P110油钢管；
所述内套管（12）为高分子复合绝热材质。
10.根据权利要求1所述的中深层地热井内蓄热换热器，其特征在于，
所述外套管（11）长度为1000米至4000米。
Priority Applications (1)
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| CN201721268289.0U CN207540178U (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 中深层地热井内蓄热换热器 |
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| CN201721268289.0U CN207540178U (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 中深层地热井内蓄热换热器 |
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| CN201721268289.0U Active CN207540178U (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 中深层地热井内蓄热换热器 |
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|---|---|
| CN (1) | CN207540178U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107525292A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-29 | 上海中金能源投资有限公司 | 中深层地热井内蓄热换热器 |
| CN111664427A (zh) * | 2019-03-09 | 2020-09-15 | 孟想 | 一种超高温超高压孔道式换热器/蒸发器设计方案 |
| CN112071453A (zh) * | 2019-05-25 | 2020-12-11 | 孟想 | 一种直流逆流孔道式换热器/蒸发器设计方案 |
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2017
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