CN217897848U - 一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，包括开采系统、热能发电系统、注入系统和卤水综合利用系统，所述开采系统分别与所述热能发电系统和注入系统连接，用于向所述热能发电系统输送热卤水，并用于向所述注入系统输入热CO₂，所述热能发电系统用于回收热卤水的热量并发电存储，所述注入系统用于接受CO₂及外界输入的冷CO₂，并注入地层深部，所述卤水综合利用系统与所述热能发电系统的废液排放口连接。优点：可实现资源、能量自循环，在封存二氧化碳的同时实现清洁生产，产出电能、卤水资源等，经济效益与环保效益极大；同时，能充分利用回流二氧化碳的热能；大幅减少了系统的环境影响效应。

Description

一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统

技术领域

本实用新型涉及卤水开采利用技术领域，特别涉及一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统。

背景技术

CO₂封存的重要性：随着国家对碳中和的重视，碳的捕集、利用与封存(CCUS)技术成为科研研究热点。将二氧化碳与资源开采结合，在新的生产过程中实现二氧化碳资源的二次利用，且可将多余二氧化碳封存于深部地层中。因其可带来较高经济效益，CCUS具有广阔的前景。其中，超临界二氧化碳因其密度高、黏性低、对储层伤害较小等特点在地层资源的勘探开发中极具潜力。

地热卤水利用的重要性：地热卤水资源含量巨大，同时含有大量热量，其热量可以应用于发电等工艺。地热卤水不仅是一种热能资源，同时也是一种矿物资源，其含盐度以及金属浓度远远高于地表水；对其进行综合开发，不仅可缓解目前日益严峻的能源问题，还可以创造巨大的商业价值；随着汽车、电网、电子产品和其他部门在电池领域的需求激增，全球对锂金属的需求将大大增加，因此地热卤水中丰富的锂资源将成为未来利用的重要储备。

驱替地层热卤水的现有方法：传统深部地下卤水开采方法为水溶开采，即通过钻井注入淡水，使地下矿床有益成分溶解于水中进行开采。而用二氧化碳驱替驱替地层热卤水的方法较少，且效率较低。CO₂驱替地层热卤水的现有方法是利用注入泵将捕集的二氧化碳注入地层深部的高热卤水层，注入过程中的二氧化碳为超临界状态；抽采井中抽采出高热卤水，经气液分离，将二氧化碳回注入地层循环驱替高热卤水，高热卤水进行综合利用。

现有方法的问题如下：

①传统方法虽然流程简单、装置易得、成本较低，但水驱替技术中注入水流失严重，造成淡水资源的浪费；且会不可避免的稀释卤水，降低卤水的提取效率；且水的压缩性能较差，对抽压泵的技术要求较高。

②二氧化碳驱替技术中，随高热卤水开采出的二氧化碳回流过程中要经过冷却塔降温后再经过压缩机达到超临界状态才能循环利用，热量损失较大，开采出的地热能利用效率降低，造成资源的浪费。

③二氧化碳驱替技术中，回流二氧化碳需经过冷却、压缩等流程才能重新利用，而外部输入的二氧化碳则需要经过加热、压缩的步骤才可利用，两种二氧化碳处理设施分立，耗电量高、二氧化碳的供应速度较慢，工程效率较低。

④二氧化碳驱替技术中，未形成一套工业一体化的物质、能量自循环的系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，包括开采系统、热能发电系统、注入系统和卤水综合利用系统，上述开采系统分别与上述热能发电系统和注入系统连接，用于向上述热能发电系统输送热卤水，并用于向上述注入系统输入热CO₂，上述热能发电系统用于回收热卤水的热量并发电存储，上述注入系统用于接受CO₂及外界输入的冷CO₂，并注入地层深部，以驱替地层深部的高盐热卤水，上述卤水综合利用系统与上述热能发电系统的废液排放口连接，用于回收上述热能发电系统使用后的冷卤水。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，上述开采系统包括开采井、开采泵和气液分离装置，上述开采泵的进液端连接伸入开采管路，该开采管路经上述开采井伸入地层深部，上述开采泵的出液端通过管路与上述气液分离装置的进液口连接并连通，上述气液分离装置的气相出口通过管路与上述注入系统连接，上述气液分离装置的液相出口通过管路与上述热能发电系统连接。

进一步，上述热能发电系统包括热能发电机和储电装置，上述气液分离装置的液相出口通过管路与上述热能发电机的介质入口连接并连通，上述热能发电机的介质出口通过管路与上述卤水综合利用系统连接，上述热能发电机的介质出口构成上述热能发电系统的废液排放口。

进一步，上述注入系统包括气体混合装置和压力及温度调节设备，上述气体混合装置具有热CO₂进口、冷CO₂进口和CO₂出口，上述气液分离装置的气相出口通过管路与上述热CO进口连接并连通，上述CO₂出口通过管路连接上述压力及温度调节设备的进口，上述压力及温度调节设备的出口通过管路经注入井注入地层深部。

进一步，上述压力及温度调节设备包括相互串联的气体升温装置和气体增压装置，上述CO₂出口通过管路连接上述气体升温装置的进气口，上述气体增压装置出气口通过管路经上述注入井注入地层深部。

进一步，还包括温室系统，上述温室系统包括温室，上述气液分离装置的气相出口与上述注入系统连接的管路经过上述温室内部，并且，该管路倾斜向下设置，且在该管路底部开有漏水口，上述漏水口下端连接有集水箱。

进一步，上述集水箱设有连通其内部的出水口，上述出口处连接有植物浇灌系统。

进一步，上述漏水口沿管长方向间隔设有多个。

本实用新型的有益效果是：可在有适度外源二氧化碳废物的协同作用下实现资源、能量自循环，在封存二氧化碳的同时实现清洁生产，产出电能、卤水资源等，经济效益与环保效益极大；同时，能充分利用回流二氧化碳的热能；大幅减少了系统的环境影响效应，通过清洁能源热能发电减少了系统的排污。

附图说明

图1为本实用新型的深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统的结构框图；

图2为本实用新型的深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统的核心部分的结构示意图；

图3为本实用新型的深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统中温室系统的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、开采系统；2、热能发电系统；3、注入系统；4、卤水综合利用系统；5、注入井；6、温室；7、集水箱；11、开采泵；12、气液分离装置；21、热能发电机；22、储电装置；31、气体混合装置；32、压力及温度调节设备。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例：如图1和2所示，本实施例的深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统包括开采系统1、热能发电系统2、注入系统3和卤水综合利用系统4，上述开采系统1分别与上述热能发电系统2和注入系统3连接，用于向上述热能发电系统2输送热卤水，并用于向上述注入系统3输入热CO₂，上述热能发电系统2用于回收热卤水的热量并发电存储，上述注入系统3用于接受CO₂及外界输入的冷CO₂，并注入地层深部，以驱替地层深部的高盐热卤水，上述卤水综合利用系统4与上述热能发电系统2的废液排放口连接，用于回收上述热能发电系统2使用后的冷卤水。

本实施例采用外部输入的二氧化碳连续注入，以及开采的热卤水分离产生的热CO₂回流与其混合后再通过注入系统3注入地层深部，以驱替地层深部的高盐热卤水，并且，整个过程中，利用开采的热卤水的热能发电，并将发电后的卤水在通过卤水综合利用系统4再利用，整个系统改进了工业设施分立，需要能量多、排污高的问题，采用一体化的工业一体化自循环系统，整个系统内除外部输入二氧化碳外不需要输入其它物质及能量，实现物质、能量自循环；可在有适度外源二氧化碳废物的协同作用下实现资源、能量自循环，在封存二氧化碳的同时实现清洁生产，产出电能、卤水资源等，经济效益与环保效益极大；同时，能充分利用回流二氧化碳的热能；大幅减少了系统的环境影响效应，通过清洁能源热能发电减少了系统的排污。

本实施例中，卤水综合利用系统4属于现有技术，可以采用公告号为“CN103818934A-一种地下卤水的利用方法及装置、CN102795645B-一种卤水结晶制盐装置”的专利技术，可以是单独的设备，也可以是多个设备的组合系统。

作为一种优选的实施方式，上述开采系统1包括开采井(图中a指代)、开采泵11和气液分离装置12，上述开采泵11的进液端连接伸入开采管路，该开采管路经上述开采井伸入地层深部，上述开采泵11的出液端通过管路与上述气液分离装置12的进液口连接并连通，上述气液分离装置12的气相出口通过管路与上述注入系统3连接，上述气液分离装置12的液相出口通过管路与上述热能发电系统2连接。

上述实施方案中，开采泵11通过开采井将地层深部的热卤水开采输送至气液分离装置12，进行气液分离后，热卤水进入热能发电系统2利用人呢过发电，分离的热CO₂则回流进入注入系统3，整个开采系统1结构设计合理，能够热卤水的有效开采及CO₂的良好分离。

需要补充说明的是：上述气液分离装置12为现有技术，利用常规的气液分离器即可，其具体型号根据使用需求合理的选择，在此不做赘述。

需要补充的是：地热卤水最高温度超过300℃，注入的CO₂与地层岩石发生热交换，开采井开采出的气液混合物温度可达100-200℃。

作为一种优选的实施方式，上述热能发电系统2包括热能发电机21和储电装置22，上述气液分离装置12的液相出口通过管路与上述热能发电机21的介质入口连接并连通，上述热能发电机21的介质出口通过管路与上述卤水综合利用系统4连接，上述热能发电机21的介质出口构成上述热能发电系统2的废液排放口。

上述实施方案中，热能发电系统2采用常规的热能发电机21，热卤水经过其内部后，将热能吸收实现热能--电能的转化，吸收后降温的卤水输送至卤水综合利用系统4再利用，能够充分利用热卤水的热能，热能发电机21转换的电能输出值储电装置22进行存储，并作为整个系统中电器元件运行的电源使用。

当然，为了整个系统能够实现自给自足，整个热能发电系统2还可以配置太阳能发电装置(图中b指代)，作为电源的补充，避免单个热能发电机21发电量不足以供给整个系统的电力。

作为一种优选的实施方式，上述注入系统3包括气体混合装置31和压力及温度调节设备32，上述气体混合装置31具有热CO₂进口、冷CO₂进口和CO₂出口，上述气液分离装置12的气相出口通过管路与上述热CO₂进口连接并连通，上述CO₂出口通过管路连接上述压力及温度调节设备32的进口，上述压力及温度调节设备32的出口通过管路经注入井5注入地层深部。

上述实施方案中，开采回流的热CO₂和外界输入的冷CO₂共同注入该气体混合装置31中充分混合，混合后进入压力及温度调节设备32中，进行调温调压，形成超临界的CO₂，并经注入井5注入地层深部以驱替，整个注入系统3设计简单，使用方便。

需要补充说明的是：卤水综合利用系统4再利用后产生的尾水排入注入井5，通过注入井5进入地层深部，整个系统几乎实现零排污。

需要补充说明的是：气体混合装置31为现有技术，可以采用公告号为“CN114159989A-气体混合装置”的专利技术。

本实施例中，冷二氧化碳由其它企业进行捕集，一般采用低温储存(P＝1.5～2.5MPa，T＝-20～-30℃)。

作为一种优选的实施方式，上述压力及温度调节设备32包括相互串联的气体升温装置(图中c指代)和气体增压装置(图中d指代)，上述CO₂出口通过管路连接上述气体升温装置的进气口，上述气体增压装置出气口通过管路经上述注入井5注入地层深部。

上述实施方案中，混合后的CO₂先经过气体升温装置升温，使其温度大于临界温度，然后再经过气体增压装置进行增压，使其压力高于临界压力，形成超临界二氧化碳后通过注入井5注入地层深部热卤水层后，二氧化碳会驱替热卤水，将咸水推移至注入的相反方向，该压力及温度调节设备32通过两个单独的设备相互配合，整体设计更合理。

本实施例中，气体升温装置为现有技术，可以采用公告号为“CN214095492U-一种均流气体升温炉炉体”的专利技术，还可以采用公告号为“CN216114686U-递进式气体升温系统”的专利技术。

本实施例中，气体增压装置为现有技术，可以采用公告号为“CN203441844U-一种气体增压装置”的专利技术，还可以采用公告号为“

CN205592647U-一种气体增压装置”的专利技术。

作为一种优选的实施方式，如图3所示，还包括温室系统，上述温室系统包括温室6，上述气液分离装置12的气相出口与上述注入系统3连接的管路经过上述温室6内部，并且，该管路倾斜向下设置，且在该管路底部开有漏水口，上述漏水口下端连接有集水箱7。

上述实施方案中，开采井开采出的气液混合物温度可达100-200℃。经气液分离装置12分离热卤水及热二氧化碳，由于气液混合物温度为100-200℃，故气相中含有部分水蒸气。热二氧化碳在回流过程中由于管道较长冷却，温度低于100℃时水蒸气冷凝，冷凝的水蒸气及管道散失的热量由温室系统收集、利用，具体地，冷凝水沿着倾斜的管道流动，经漏水口收集进入集水箱7中，然后将集水箱7中的水用于植物灌溉即可，同时，管道散热的热量进入温室6保持室内的温度。

可以在温室6中种植植物，管道穿过种植区来保持温室6的温度，以促进植物生长。

本实施例中，在上述集水箱7设有连通其内部的出水口，上述出口处连接有植物浇灌系统，通过植物浇灌系统对种植的植物进行补水浇灌，该植物浇灌系统可以是常规的喷淋浇灌装置，属于现有产品，在此不做赘述。

本实施例中，上述漏水口沿管长方向间隔设有多个，能够有效的收集冷凝水。

需要补充说明的是：在本实施例中，可以在注入井5及开采井之间设置若干监测井用于监测地面、地层条件。

需要特别强调的是：本实施例的技术方案中，所有的电器元件均可以接入同一个控制系统中，实现智能化的控制操作。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，其特征在于：包括开采系统(1)、热能发电系统(2)、注入系统(3)和卤水综合利用系统(4)，所述开采系统(1)分别与所述热能发电系统(2)和注入系统(3)连接，用于向所述热能发电系统(2)输送热卤水，并用于向所述注入系统(3)输入热CO₂，所述热能发电系统(2)用于回收热卤水的热量并发电存储，所述注入系统(3)用于接受CO₂及外界输入的冷CO₂，并注入地层深部，以驱替地层深部的高盐热卤水，所述卤水综合利用系统(4)与所述热能发电系统(2)的废液排放口连接，用于回收所述热能发电系统(2)使用后的冷卤水。

2.根据权利要求1所述的一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，其特征在于：所述开采系统(1)包括开采井、开采泵(11)和气液分离装置(12)，所述开采泵(11)的进液端连接伸入开采管路，该开采管路经所述开采井伸入地层深部，所述开采泵(11)的出液端通过管路与所述气液分离装置(12)的进液口连接并连通，所述气液分离装置(12)的气相出口通过管路与所述注入系统(3)连接，所述气液分离装置(12)的液相出口通过管路与所述热能发电系统(2)连接。

3.根据权利要求2所述的一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，其特征在于：所述热能发电系统(2)包括热能发电机(21)和储电装置(22)，所述气液分离装置(12)的液相出口通过管路与所述热能发电机(21)的介质入口连接并连通，所述热能发电机(21)的介质出口通过管路与所述卤水综合利用系统(4)连接，所述热能发电机(21)的介质出口构成所述热能发电系统(2)的废液排放口。

4.根据权利要求2所述的一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，其特征在于：所述注入系统(3)包括气体混合装置(31)和压力及温度调节设备(32)，所述气体混合装置(31)具有热CO₂进口、冷CO₂进口和CO₂出口，所述气液分离装置(12)的气相出口通过管路与所述热CO₂进口连接并连通，所述CO₂出口通过管路连接所述压力及温度调节设备(32)的进口，所述压力及温度调节设备(32)的出口通过管路经注入井(5)注入地层深部。

5.根据权利要求4所述的一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，其特征在于：所述压力及温度调节设备(32)包括相互串联的气体升温装置和气体增压装置，所述CO₂出口通过管路连接所述气体升温装置的进气口，所述气体增压装置出气口通过管路经所述注入井(5)注入地层深部。

6.根据权利要求2所述的一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，其特征在于：还包括温室系统，所述温室系统包括温室(6)，所述气液分离装置(12)的气相出口与所述注入系统(3)连接的管路经过所述温室(6)内部，并且，该管路倾斜向下设置，且在该管路底部开有漏水口，所述漏水口下端连接有集水箱(7)。

7.根据权利要求6所述的一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，其特征在于：所述集水箱(7)设有连通其内部的出水口，所述出口处连接有植物浇灌系统。

8.根据权利要求6所述的一种深部热卤水驱替开采利用一体化自循环系统，其特征在于：所述漏水口沿管长方向间隔设有多个。

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