CN214536896U - 平衡注采单井增强型地热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及增强型地热系统领域，尤其是平衡注采单井增强型地热系统，包括地上补水换热系统与地下单井换热系统，所述地上补水换热系统用于向所述地下单井换热系统注水、补水并接收来自所述地下单井换热系统的热水用于实现换热需求，所述地下单井换热系统用于实现单井换热，所述地下单井换热系统包括地下单井，所述地下单井分为直径段与平井段，所述直径段与所述平井段通过弧形井段过渡连接，本单井系统采用多分支井实现扩大换热面积，同时利用分支井的压裂连通提高换热效果；并通过地上补水换热系统上设置的加压补水管路实现定期的加压补水，最终实现整个系统的注采水平衡，保证系统持续稳定的运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及增强型地热系统领域，尤其是平衡注采单井增强型地热系统。
背景技术
地热能由于其清洁可再生性和空间分布的广泛性，已经成为位居水力、生物质能之后的世界第3大可再生能源。地热资源作为世界各国重点研究开发的可再生清洁能源，主要分为水热型和干热岩型。世界上目前开采和利用地热资源主要是水热型地热，占已探明地热资源的10％左右。
干热岩是一种没有水或蒸汽的热岩体，主要是各种变质岩或结晶岩类岩体。干热岩普遍埋藏于距地表3—10km的深处，其温度范围很广，在150—650℃之间。现阶段，干热岩地热资源是专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体，保守估计地壳中干热岩（3—10km深处）所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。
增强型地热系统（EnhancedGeothermalSystems，EGS）是在干热岩技术基础上提出的，美国能源部的定义是采用人工形成地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统。增强型地热系统(EGS)近年来成为深层地热领域的研究重点。
如何保持增强型地热系统的持续生产是增强型地热系统施工时考虑其系统运作能力的关键，在地层有一定出水能力情况下，增强型地热系统如果注采量不平衡，会导致生产无法持续。
而现有的单井地热系统在施工完成后进行工作时常存在换热面积较差等情况，在注采水整个循环系统工作时很难达到系统稳定持续的工况，无法有效的持续性匹配外部生产生活所需。
因此，针对现有的单井增强型地热系统如何保证其在工作过程中注采量平衡，提高换热效率是目前技术研发的难点。
实用新型内容
本实用新型为解决上述技术问题之一所采用的技术方案是：平衡注采单井增强型地热系统，包括地上补水换热系统与地下单井换热系统，所述地上补水换热系统用于向所述地下单井换热系统注水、补水并接收来自所述地下单井换热系统的热水用于实现换热需求，所述地下单井换热系统用于实现单井换热，所述地下单井换热系统包括地下单井，所述地下单井分为直径段与平井段，所述直径段与所述平井段通过弧形井段过渡连接，在所述直径段内安装有同心设置的外井筒、内井筒，所述外井筒、所述内井筒之间形成环形冷水注水腔，所述内井筒的竖直段的内腔形成热水出水腔，所述内井筒的末端延伸至所述平井段末端，所述内井筒的平井段的内腔形成冷水出水腔，在所述平井段沿其延伸方向间隔钻设有若干个分支井。
本系统采用单井换热的方式，直接由地面上向下注水，实现地下热交换，进而实现供热：通过向地下注水后由平井段实现换热后并向地上排出热水用于地上设备的换热，在地下地热系统换热的过程中由于设置的若干个分支井能够有效实现扩大换热面积。
优选地，各所述分支井与对应的平井段的倾斜夹度为30°-60°之间。
倾斜夹度与当前施工岩层的地层的向下倾角走向相同。
优选地，在各所述分支井处均设有用于扩大换热面积的压裂缝。
压裂缝能够是使得注入的水流充分有效的延伸至地下岩层周围实现充分的换热，有效的扩大换热面积。
优选地，在所述直径段的下端安装有一换向器。
优选地，所述地上补水换热系统包括一设置在所述环形冷水注水腔上方的环形管，所述环形管通过若干个下水管与所述环形冷水注水腔内部连通，所述环形冷水注水腔通过注水管路与一外部水箱的出水口相连，所述内井筒的地上端通过出水管路与外部水箱的回水口相连，在所述出水管路上沿水流运动方向依次安装有出水水泵、旋流除砂器、过滤机组、换热机组，在所述注水管路上设置有一注水泵，在所述注水泵下方的注水管路上设置有一加压补水管路。
内井筒采水后由出水管路经旋流除砂器除砂，过滤机组过滤后实现换热机组，换热后的水降温后回流至外部水箱内备用；加压补水管路在地热系统工作的过程中为保证系统的系统的注采平衡能够有效地实现加压补水，保证系统的持续运行。
在注水泵的作用下能保证将外部水箱内的冷水注入至地下实现换热。
优选地，所述过滤机组包括若干个并联设置的精密过滤器，在各所述精密过滤器的两端支管路上分别设有控制阀。
通过设置的精密过滤器能够快速的对采出的热水实现过滤，在此设置并联的精密过滤器的作用主要是考虑到整个系统的持续性工作，当其中一个精密过滤器出现故障堵塞后，通过将对应的两个控制阀可以对其进行更换维修，此时另一组过滤器仍处于工作状态，从而保证在精密过滤器机组始终保持不停机维修的状态，避免了因维修对整个系统的工作效率造成影响。
优选地，所述换向器包括同轴设置的外连接头与内连接头，所述外连接头的上端与所述外井筒的下端相抵，所述内连接头的上端与所述内井筒的下端相抵，在外连接头与内连接头的中段固定安装有一封堵盘，位于封堵盘上方的内井筒内腔通过两对称设置的采水连通管与位于封堵盘下方的所述内井筒外圈的弧形井段相连通，位于封堵盘下方的内连接头下端的延伸管路内腔通过两对称设置的注水连通管与位于封堵盘上方的环形空间相连通，所述环形空间与所述环形冷水注水腔连通，各所述采水连通管与各所述注水连通管分别间隔设置。
换向器的目的是实现注采水时的水流换向，考虑到采热水时的结垢问题，在直井段通过转换接头进行内外环空变换，即到竖直段的底部时是转换接头的内管路内冷水向下循环，热水不从环形空间以及环形冷水注水腔向上返出，转而从内井筒内返出，实现了内井筒采水，此时除垢就可以在内井筒内完成。
优选地，所述换热机组包括若干个并联设置的换热器。
优选地，所述加压补水管路包括一与所述注水管路相连通设置的补水管，所述补水管的进水端连接外部水源，在所述补水管上安装有自动加压泵与压力表。
自动加压泵与压力表均采用现有产品直接安装即可，通过设定定压补水操作能够保证当压力表检测到的压力小于设定值时自动加压泵启动自动补水功能，保持系统内部水压的平衡。
本实用新型的有益效果体现在：本单井系统采用多分支井实现扩大换热面积，同时利用分支井的压裂连通提高换热效果；并通过地上补水换热系统上设置的加压补水管路实现定期的加压补水，最终实现整个系统的注采水平衡，保证系统持续稳定的运行。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的换向器的主视图。
图3为本实用新型的换向器的主视剖视结构示意图。
图4为图3的立体结构示意图。
图5为本实用新型的换向器的侧视剖视结构示意图。
图6为图5的立体结构示意图。
图7为本实用新型的换向器的俯视图。
图8为本实用新型的换向器的仰视图。
图中，1、直径段； 2、平井段；3、外井筒； 4、内井筒； 5、环形冷水注水腔；6、热水出水腔；7、冷水出水腔；8、分支井；9、换向器；901、外连接头；902、内连接头；903、封堵盘；904、采水连通管；905、延伸管路；906、注水连通管；10、压裂缝；11、环形管；12、下水管；13、注水管路；14、外部水箱；15、出水管路；16、出水水泵；17、旋流除砂器；18、过滤机组；1801、精密过滤器；1802、控制阀；19、换热机组；1901、换热器；20、注水泵；21、加压补水管路；2101、补水管；2102、自动加压泵；2103、压力表。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1-8中所示，平衡注采单井增强型地热系统，包括地上补水换热系统与地下单井换热系统，所述地上补水换热系统用于向所述地下单井换热系统注水、补水并接收来自所述地下单井换热系统的热水用于实现换热需求，所述地下单井换热系统用于实现单井换热，所述地下单井换热系统包括地下单井，所述地下单井分为直径段1与平井段2，所述直径段1与所述平井段2通过弧形井段过渡连接，在所述直径段1内安装有同心设置的外井筒3、内井筒4，所述外井筒3、所述内井筒4之间形成环形冷水注水腔5，所述内井筒4的竖直段的内腔形成热水出水腔6，所述内井筒4的末端延伸至所述平井段2末端，所述内井筒4的平井段2的内腔形成冷水出水腔7，在所述平井段2沿其延伸方向间隔钻设有若干个分支井8。
本系统采用单井换热的方式，直接由地面上向下注水，实现地下热交换，进而实现供热：通过向地下注水后由平井段2实现换热后并向地上排出热水用于地上设备的换热，在地下地热系统换热的过程中由于设置的若干个分支井8能够有效实现扩大换热面积。
优选地，各所述分支井8与对应的平井段2的倾斜夹度为30°-60°之间。
倾斜夹度与当前施工岩层的地层的向下倾角走向相同。
优选地，在各所述分支井8处均设有用于扩大换热面积的压裂缝10。
压裂缝10能够是使得注入的水流充分有效的延伸至地下岩层周围实现充分的换热，有效的扩大换热面积。
优选地，在所述直径段1的下端安装有一换向器9。
优选地，所述地上补水换热系统包括一设置在所述环形冷水注水腔5上方的环形管11，所述环形管11通过若干个下水管12与所述环形冷水注水腔5内部连通，所述环形冷水注水腔5通过注水管路13与一外部水箱14的带有阀门的出水口相连，所述内井筒4的地上端通过出水管路15与外部水箱14的带有阀门的回水口相连，在所述出水管路15上沿水流运动方向依次安装有出水水泵16、旋流除砂器17、过滤机组18、换热机组19，在所述注水管路13上设置有一注水泵20，在所述注水泵20下方的注水管路13上设置有一加压补水管路21。
内井筒4采水后由出水管路15经旋流除砂器17除砂，过滤机组18过滤后实现换热机组19，换热后的水降温后回流至外部水箱14内备用；加压补水管路21在地热系统工作的过程中为保证系统的系统的注采平衡能够有效地实现加压补水，保证系统的持续运行。
在注水泵20的作用下能保证将外部水箱14内的冷水注入至地下实现换热。
优选地，所述过滤机组18包括若干个并联设置的精密过滤器1801，在各所述精密过滤器1801的两端支管路上分别设有控制阀1802。
通过设置的精密过滤器1801能够快速的对采出的热水实现过滤，在此设置并联的精密过滤器1801的作用主要是考虑到整个系统的持续性工作，当其中一个精密过滤器1801出现故障堵塞后，通过将对应的两个控制阀1802可以对其进行更换维修，此时另一组过滤器仍处于工作状态，从而保证在精密过滤器1801机组始终保持不停机维修的状态，避免了因维修对整个系统的工作效率造成影响。
优选地，所述换向器9包括同轴设置的外连接头901与内连接头902，所述外连接头901的上端与所述外井筒3的下端相抵，所述内连接头902的上端与所述内井筒4的下端相抵，在外连接头901与内连接头902的中段固定安装有一封堵盘903，位于封堵盘903上方的内井筒4内腔通过两对称设置的采水连通管904与位于封堵盘903下方的所述内井筒外圈的弧形井段相连通，位于封堵盘903下方的内连接头902下端的延伸管路905内腔通过两对称设置的注水连通管906与位于封堵盘903上方的环形空间相连通，所述环形空间与所述环形冷水注水腔5连通，各所述采水连通管904与各所述注水连通管906分别间隔设置。
换向器9的目的是实现注采水时的水流换向，考虑到采热水时的结垢问题，在直井段通过转换接头进行内外环空变换，即到竖直段的底部时是转换接头的内管路内冷水向下循环，热水不从环形空间以及环形冷水注水腔5向上返出，转而从内井筒4内返出，实现了内井筒4采水，此时除垢就可以在内井筒4内完成。
优选地，所述换热机组19包括若干个并联设置的换热器1901。
优选地，所述加压补水管路21包括一与所述注水管路13相连通设置的补水管2101，所述补水管2101的进水端连接外部水源，在所述补水管2101上安装有自动加压泵2102与压力表2103。
自动加压泵2102与压力表2103均采用现有产品直接安装即可，通过设定定压补水操作能够保证当压力表2103检测到的压力小于设定值时自动加压泵2102启动自动补水功能，保持系统内部水压的平衡。
工作原理：
本系统采用单井换热的方式，直接由地面上向下注水，实现地下热交换，进而实现供热：通过向地下注水后由平井段2实现换热后并向地上排出热水用于地上设备的换热，在地下地热系统换热的过程中由于设置的若干个分支井8能够有效实现扩大换热面积。
系统工作时，通过启动注水泵20向井内供入冷水，冷水经环形管11、下水管12进入至环形冷水注水腔5内，然后经过换向器9后的冷水就会进入到内井筒4的平井段2，进而流出至分支井8处的压裂区实现充分换热，换热后的热水向上采水时经由换向器9后就会进入到竖直段的内井筒4内实现向上采水，热水流向地面后经由出水水泵16、旋流除砂器17、过滤机组18、换热机组19回流至外部水箱14实现换热降温后的快速收集。
通过地上补水换热系统上设置的加压补水管路21实现定期的加压补水，最终实现整个系统的注采水平衡，保证系统持续稳定的运行。
以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：包括地上补水换热系统与地下单井换热系统，所述地上补水换热系统用于向所述地下单井换热系统注水、补水并接收来自所述地下单井换热系统的热水用于实现换热需求，所述地下单井换热系统用于实现单井换热，所述地下单井换热系统包括地下单井，所述地下单井分为直径段与平井段，所述直径段与所述平井段通过弧形井段过渡连接，在所述直径段内安装有同心设置的外井筒、内井筒，所述外井筒、所述内井筒之间形成环形冷水注水腔，所述内井筒的竖直段的内腔形成热水出水腔，所述内井筒的末端延伸至所述平井段末端，所述内井筒的平井段的内腔形成冷水出水腔，在所述平井段沿其延伸方向间隔钻设有若干个分支井。
2.根据权利要求1所述的平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：各所述分支井与对应的平井段的倾斜夹度为30°-60°之间。
3.根据权利要求2所述的平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：在各所述分支井处均设有用于扩大换热面积的压裂缝。
4.根据权利要求3所述的平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：在所述直径段的下端安装有一换向器。
5.根据权利要求4所述的平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：所述地上补水换热系统包括一设置在所述环形冷水注水腔上方的环形管，所述环形管通过若干个下水管与所述环形冷水注水腔内部连通，所述环形冷水注水腔通过注水管路与一外部水箱的出水口相连，所述内井筒的地上端通过出水管路与外部水箱的回水口相连，在所述出水管路上沿水流运动方向依次安装有出水水泵、旋流除砂器、过滤机组、换热机组，在所述注水管路上设置有一注水泵，在所述注水泵下方的注水管路上设置有一加压补水管路。
6.根据权利要求5所述的平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：所述过滤机组包括若干个并联设置的精密过滤器，在各所述精密过滤器的两端支管路上分别设有控制阀。
7.根据权利要求6所述的平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：所述换向器包括同轴设置的外连接头与内连接头，所述外连接头的上端与所述外井筒的下端相抵，所述内连接头的上端与所述内井筒的下端相抵，在外连接头与内连接头的中段固定安装有一封堵盘，位于封堵盘上方的内井筒内腔通过两对称设置的采水连通管与位于封堵盘下方的所述内井筒外圈的弧形井段相连通，位于封堵盘下方的内连接头下端的延伸管路的内腔通过两对称设置的注水连通管与位于封堵盘上方的环形空间相连通，所述环形空间与所述环形冷水注水腔连通，各所述采水连通管与各所述注水连通管分别间隔设置。
8.根据权利要求7所述的平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：所述换热机组包括若干个并联设置的换热器。
9.根据权利要求8所述的平衡注采单井增强型地热系统，其特征在于：所述加压补水管路包括一与所述注水管路相连通设置的补水管，所述补水管的进水端连接外部水源，在所述补水管上安装有自动加压泵与压力表。
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2020
- 2020-12-23 CN CN202023147105.XU patent/CN214536896U/zh active Active
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