RU2743008C1 - Система и процесс многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования - Google Patents
Система и процесс многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743008C1 RU2743008C1 RU2020116872A RU2020116872A RU2743008C1 RU 2743008 C1 RU2743008 C1 RU 2743008C1 RU 2020116872 A RU2020116872 A RU 2020116872A RU 2020116872 A RU2020116872 A RU 2020116872A RU 2743008 C1 RU2743008 C1 RU 2743008C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- pipeline
- water
- deep well
- pool
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B36/00—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F3/00—Cooling or drying of air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/20—Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/30—Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Abstract
Система и процесс многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования. Технический результат заключается в решении проблемы перегрева в угольном рабочем забое глубокой скважины, обеспечении низкого энергопотребления и обеспечении комфортных условий работы на глубине. Система содержит систему (1) регенерации тепла глубокой скважины, систему (2) поверхностного теплообмена и систему (3) подъема высокотемпературной воды. Система (1) регенерации тепла глубокой скважины содержит трубопровод (5) для поглощения тепла, трубопровод (6-2) для подъема жидкого теплоносителя, трубопровод (6-1) для спуска жидкого теплоносителя, датчики (7-1 и 7-2) температуры и водяной насос (9). Неглубокая часть системы теплообмена содержит трубопровод (11) для рассеяния тепла, бассейн (10) с водой для накапливания тепла, насос (12-1) для впуска воды, клапан (13-1) для впуска воды, датчик (7-3) температуры и измеритель (14) уровня жидкости. Система подъема высокотемпературной воды содержит насос (12-2) для выпуска воды, расходомер (8-2), клапан (13-2) для выпуска воды и трубопровод (15) для подъема высокотемпературной воды. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к технической области разработки ресурсов на больших глубинах в угольных шахтах, в частности к системе и процессу многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования.
Уровень техники
В связи с истощением ресурсов в неглубоких угольных шахтах в Китае крайне важной становится разработка ресурсов глубоких угольных шахт. Однако при увеличении глубины добычи угля температура земли повышается. В случае, когда глубина ствола шахты превышает 1000 м, температура земли обычно составляет более 50°С. Проблема теплового повреждения, вызываемая высокой температурой земли, оказывает сильное влияние на физическое и психическое здоровье шахтеров и ограничивает безопасную и эффективную работу угольных шахт.
В настоящее время существует два способа охлаждения глубокой части ствола шахты: один из способов заключается в установке крупномасштабной системы охлаждения на поверхности земли, доставке блоков льда или холодной воды по специальному трубопроводу в подземную часть и ее последующую доставку обратно на поверхность земли после выполнения теплового обмена в забое, для повторного охлаждения, чтобы снизить температуру в забое. Однако данный способ требует больших капиталовложений в систему и дорогостоящего оборудования, глубина ствола шахты является большой, подъем и транспортировку выполнять сложно, эксплуатационные затраты являются очень высокими и эффективность теплового обмена является низкой, поскольку в качестве среды для теплового обмена используется вода, поэтому требования к стволу шахты большого размера не могут быть удовлетворены; другой способ заключается в использовании локальных средств охлаждения и обеспечении охлаждения путем оптимизации плана забоя и схемы вентиляции и размещения локального охладительного оборудования и т.д., однако данный способ имеет низкую эффективность и плохой охлаждающий эффект и применим только в случае небольших объемов забоя.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения: для преодоления недостатков предшествующего уровня техники настоящее изобретение обеспечивает систему и процесс многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования. Система представляет собой систему, которая использует множество горизонтов глубокой скважины для охлаждения шахты и использования геотермального тепла и обладает преимуществами, включая низкие стоимость оборудования и эксплуатационные расходы, широкий диапазон охлаждения, превосходный охлаждающий эффект, высокий коэффициент использования геотермального тепла, низкое энергопотребление, высокую безопасность и надежность и т.д.
Техническое решение: для решения задачи, описанной выше, настоящее изобретение использует следующее техническое решение:
систему многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования, включающую систему регенерации тепла глубокой скважины, систему поверхностного теплообмена и систему подъема высокотемпературной воды, которые размещены в глубокой скважине последовательно снизу вверх;
система регенерации тепла глубокой скважины расположена на глубоком горизонте ствола шахты, выполнена с возможностью аккумулирования тепла в глубокой скважине и содержит трубопровод для поглощения тепла, трубопровод для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении, соединенный с впускным концом трубопровода для поглощения тепла, и трубопровод для подъема жидкого теплоносителя, соединенный с выпускным концом трубопровода для поглощения тепла; на трубопроводе для подъема жидкого теплоносителя предусмотрен водяной насос;
система поверхностного теплообмена расположена на неглубоком горизонте ствола шахты, выполнена с возможностью использования тепла, аккумулированного системой регенерации тепла глубокой скважины, для нагрева воды, и содержит бассейн для накапливания тепла и трубопровод для рассеяния тепла, размещенный внутри бассейна для накапливания тепла, для нагрева бассейна для накапливания тепла, причем впускной конец трубопровода для рассеяния тепла соединен с трубопроводом для подъема жидкого теплоносителя, а выпускной конец трубопровода для рассеяния тепла соединен с трубопроводом для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении; бассейн для накапливания тепла находится в замкнутом пространстве и снаружи конца для впуска воды бассейна для накапливания тепла предусмотрены насос для впуска воды и клапан для впуска воды;
верхняя и нижняя части системы подъема высокотемпературной воды соединены с поверхностью земли и системой поверхностного теплообмена, соответственно, причем система подъема высокотемпературной воды выполнена с возможностью подъема горячей воды, нагретой в системе поверхностного теплообмена, на поверхность земли и содержит клапан для выпуска воды и снаружи бассейна для накапливания тепла предусмотрен трубопровод для подъема высокотемпературной воды, причем клапан для выпуска воды соединен с насосом для выпуска воды, расположенным снаружи бассейна для накапливания тепла; поверхность земли соединена с системой использования горячей воды.
Кроме того, глубокий горизонт ствола шахты находится на 2 000 м ниже поверхности земли или глубже, а неглубокий горизонт ствола шахты находится на 800 - 1 000 м ниже поверхности земли.
Кроме того, трубопровод для поглощения тепла является замкнутым трубопроводом, в котором жидкий теплоноситель использует воду в качестве распределяющей среды и использует микрочастицы материала с фазовым переходом в качестве теплопоглощающего материала, причем материал с фазовым переходом определяется в соответствии с температурными условиями земли на глубоком горизонте, температура фазового перехода ниже температуры земли на глубоком горизонте на 5-10°С, диаметр микрочастиц материала с фазовым переходом распределен в середине диапазона от 1 до 5 мкм и их концентрация в жидком теплоносителе составляет от 50 до 60%.
Кроме того, на трубопроводе для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении расположен расходомер.
Кроме того, на трубопроводе для поглощения тепла расположены датчики температуры.
Кроме того, в бассейне для накапливания тепла предусмотрены датчик температуры и измеритель уровня жидкости.
Кроме того, клапан для выпуска воды соединен с расходомером, размещенным внутри бассейна для накапливания тепла.
Кроме того, система регенерации тепла глубокой скважины применяется к рабочему забою выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, трубопровод для поглощения тепла состоит из линейного участка, закрепленного по центру свода горной выработки, возвратного участка, расположенного по центру свода соединяющей выработки в рабочем забое выработки с цементированным заполнением, и соединяющего участка, который находится вблизи угольного забоя и соединяет трубопровод в двух соединяющих выработках рабочего забоя; интервал между трубопроводами в двух соединяющих выработках рабочего забоя зависит от процесса цементирующего заполнения выработки, и обычно составляет от 20 до 40 метров.
Кроме того, трубопровод для рассеяния тепла расположен в нижней части бассейна для накапливания тепла на расстоянии 0,5 м от дна бассейна, причем трубопровод расположен по S-образной кольцевой схеме с интервалом в 10 метров. Конкретные размеры трубопровода для рассеяния тепла связаны с размерами бассейна для накапливания тепла и могут определяться на основе требуемого количества тепла в соответствии с фактическими обстоятельствами.
Технологический процесс системы многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования, описанной выше, включает следующие этапы:
1) применение системы регенерации тепла глубокой скважины к рабочему забою выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, установку трубопровода для поглощения тепла по центру свода выработки, соединяющей рабочие забои, одновременно с крепежными работами после проходки в соединяющей выработке рабочего забоя выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, и соединение трубопровода для поглощения тепла между двумя смежными соединяющими выработками рабочего забоя после того, как проходка в соединяющих выработках рабочего забоя завершена;
2) соединение впускного конца трубопровода (5) для поглощения тепла с трубопроводом для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении, соединение выпускного конца трубопровода для поглощения тепла с трубопроводом для подъема жидкого теплоносителя и соединение верхнего конца трубопровода для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении и верхнего конца трубопровода для подъема жидкого теплоносителя с трубопроводом для рассеяния тепла в бассейне для накапливания тепла системы поверхностного теплообмена, для образования замкнутой кольцевой системы после выполнения проходки в первой циркуляционной соединяющей выработке в рабочем забое в соответствии с процессом цементирующего заполнения выработки;
3) выбор материала с фазовым переходом с соответствующей температурой фазового перехода в соответствии с фактическими температурными условиями земли на глубоком горизонте, подготовку материала с фазовым переходом в жидком теплоносителе с определенной концентрацией, добавление жидкого теплоносителя в весь трубопровод, поглощение тепла при помощи трубопровода для поглощения тепла на глубоком горизонте, использование датчиков температуры для контроля температуры жидкого теплоносителя в трубопроводе, запуск водяного насоса для выполнения прокачивания, когда температура поднимается до заданного значения после определенного периода поглощения тепла, прокачивание нагретого жидкого теплоносителя в трубопроводе для поглощения тепла к трубопроводу для рассеяния тепла в бассейне для накапливания тепла и прокачивание охлажденного жидкого теплоносителя в трубопроводе для рассеяния тепла к трубопроводу для поглощения тепла;
4) контроль температуры воды в бассейне для накапливания тепла при помощи датчика температуры, запуск насоса для выпуска воды после того, как трубопровод для рассеяния тепла нагреет воду в бассейне для накапливания тепла до определенной температуры, чтобы поднять горячую воду при помощи системы подъема высокотемпературной воды на поверхность земли для использования системой использования горячей воды на поверхности земли, управление уровнем воды в бассейне для накапливания тепла при помощи измерителя уровня жидкости, запуск насоса для впуска воды, когда уровень воды падает до нижнего предела для подачи холодной воды в бассейн для накапливания тепла;
5) повторение этапов 3) - 4) для преобразования геотермальной энергии в тепловую энергию воды для долгосрочного использования на множестве горизонтов ствола глубокой шахты.
Преимущества: по сравнению с предшествующим уровнем техники система и процесс многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования, предложенные в настоящем изобретении, имеют следующие преимущества:
(1) Множество горизонтов ствола шахты используются для преобразования геотермального тепла в тепловую энергию воды, чтобы уменьшить стоимость оборудования и трудности при подъеме и транспортировке, а также облегчить работу пользователя на поверхности земли;
(2) Сооружение теплообменного бассейна под землей, а не на поверхности земли, может обеспечить лучшее накапливание тепла и изолирующий эффект и уменьшить термические потери;
(3) Жидкий теплоноситель использует воду в качестве распределяющей среды, и использует микрочастицы материала с фазовым переходом в качестве теплопоглощающего материала, и по сравнению со случаем, когда используется только вода или лед, способность поглощения тепла выше, эффективность выше и геотермальное тепло в глубокой скважине может поглощаться полностью;
(4) Материал с фазовым переходом используется в подземном бассейне для рассеяния тепла без механического охлаждения; таким образом, стоимость охлаждения значительно снижается;
(5) Трубопровод для поглощения тепла монтируется одновременно с проходкой в рабочем забое выработки с цементированным заполнением, схема трубопровода является простой и покрытие широким, износ трубопровода является низким и систему можно использовать в течение длительного времени даже после того, как проходка в рабочем забое завершена.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена принципиальная схема всей структуры системы по настоящему изобретению;
На фиг.2 представлена принципиальная схема всей конструкции системы по настоящему изобретению;
На фиг.3 представлена принципиальная схема глубокой скважины системы регенерации тепла по настоящему изобретению;
На чертежах: 1 - система регенерации тепла глубокой скважины; 2 - система поверхностного теплообмена; 3 - система подъема высокотемпературной воды; 4 - поверхность земли; 5 - трубопровод для поглощения тепла; 6-1 - трубопровод для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении; 6-2 - трубопровод для подъема жидкого теплоносителя; 7-1 - датчик температуры; 7-2 - датчик температуры; 7-3 - датчик температуры; 8-1 - расходомер; 8-2 - расходомер; 9 - водяной насос; 10 - бассейн для накапливания тепла; 11 - трубопровод для рассеяния тепла; 12-1 - насос для впуска воды; 12-2 - насос для выпуска воды; 13-1 - клапан для впуска воды; 13-2 - клапан для выпуска воды; 14 - измеритель уровня жидкости; 15 - трубопровод для подъема высокотемпературной воды.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение раскрывает систему и процесс многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования. Данная система содержит систему регенерации тепла глубокой скважины, систему поверхностного теплообмена и систему подъема высокотемпературной воды. Система регенерации тепла глубокой скважины содержит трубопровод для поглощения тепла, трубопровод для подъема жидкого теплоносителя, трубопровод для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении, водяной насос и датчик температуры; система поверхностного теплообмена содержит трубопровод для рассеяния тепла, бассейн для накапливания тепла, насос для впуска воды, клапан для впуска воды, датчик температуры и измеритель уровня жидкости; система подъема высокотемпературной воды содержит насос для выпуска воды, расходомер, клапан для выпуска воды и трубопровод для подъема высокотемпературной воды. Жидкий теплоноситель использует воду в качестве распределяющей среды и материал с фазовым переходом в качестве теплопоглощающего материала; таким образом, эффективность и объем регенерации тепла значительно улучшаются. Система, предлагаемая в настоящем изобретении, имеет простую конструкцию, может использоваться в течение длительного времени, использует ствол шахты для многоуровневого непрерывного охлаждения и обеспечивает значительный эффект, широкий диапазон охлаждения, высокую степень использования геотермальной энергии и низкое удельное энергопотребление, тем самым эффективно решая проблему чрезмерно высокой температуры в угольном рабочем забое в глубокой скважине и обеспечивая рабочим комфортные условия работы на глубине.
Далее настоящее изобретение будет дополнительно подробно описано в вариантах осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Как показано на фиг.1, система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования содержит систему 1 регенерации тепла глубокой скважины, систему 2 поверхностного теплообмена и систему 3 подъема высокотемпературной воды;
система 1 регенерации тепла глубокой скважины расположена на глубоком горизонте ствола шахты на 2 000 м или более под землей и содержит трубопровод 5 для поглощения тепла, трубопровод 6-1 для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении, соединенный с впускным концом трубопровода 5 для поглощения тепла, и трубопровод 6-2 для подъема жидкого теплоносителя, соединенный с выпускным концом трубопровода 5 для поглощения тепла; на трубопроводе для поглощения тепла предусмотрены датчики 7-1 и 7-2 температуры, на трубопроводе 6-1 для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении предусмотрен расходомер 8-1 и на трубопроводе для подъема жидкого теплоносителя предусмотрен водяной насос 9;
система 2 поверхностного теплообмена расположена на неглубоком горизонте ствола шахты на глубине 800 - 1 000 м под землей и содержит бассейн 10 для накапливания тепла и трубопровод 11 для рассеяния тепла для нагрева бассейна 10 для накапливания тепла, причем бассейн 10 для накапливания тепла находится в замкнутом пространстве, на конце для впуска воды бассейна для накапливания тепла предусмотрен насос 12-1 для впуска воды и клапан для впуска воды 13-1 и в бассейне предусмотрены датчик 7-3 температуры и измеритель 14 уровня жидкости;
система 3 подъема высокотемпературной воды соединяет систему 2 поверхностного теплообмена с поверхностью 4 земли и содержит клапан 13-2 для выпуска воды и трубопровод 15 для подъема высокотемпературной воды, причем клапан 13-2 для выпуска воды соединен с расходомером 8-2 и насосом 12-2 для выпуска воды и система использования горячей воды присоединена на поверхности 4 земли.
трубопровод 5 для поглощения тепла является замкнутым трубопроводом, в котором жидкий теплоноситель использует воду в качестве распределяющей среды и использует микрочастицы материала с фазовым переходом в качестве теплопоглощающего материала, причем материал с фазовым переходом определяется в соответствии с температурными условиями земли на глубоком горизонте, температура фазового перехода ниже температуры земли на глубоком горизонте на 5-10°С, диаметр микрочастиц материала с фазовым переходом распределен в середине диапазона от 1 до 5 мкм и их концентрация в жидком теплоносителе составляет от 50 до 60%.
Система 1 регенерации тепла глубокой скважины применяется к рабочему забою выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, трубопровод 5 для поглощения тепла состоит из линейного участка, закрепленного по центру свода горной выработки, возвратного участка, расположенного по центру свода соединяющей выработки в рабочем забое выработки с цементированным заполнением, и соединяющего участка, который находится вблизи угольного забоя и соединяет трубопровод в двух соединяющих выработках рабочего забоя; интервал между трубопроводами в двух соединяющих выработках рабочего забоя зависит от процесса цементирующего заполнения выработки и обычно составляет от 20 до 40 метров.
Трубопровод 11 для рассеяния тепла расположен в нижней части бассейна для накапливания тепла на расстоянии 0,5 м от дна бассейна и трубопровод расположен по S-образной кольцевой схеме с интервалом 10 метров.
Трубопровод 6-1 для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении, трубопровод 6-2 для подъема жидкого теплоносителя и трубопровод 15 для подъема высокотемпературной воды выполнены из теплоизоляционного материала для уменьшения тепловых потерь текучей среды в процессе транспортировки.
Технологический процесс системы многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по настоящему изобретению включает следующие этапы:
1) применение системы 1 регенерации тепла глубокой скважины к рабочему забою выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, установку трубопровода 5 для поглощения тепла по центру свода выработки, соединяющей рабочие забои, одновременно с крепежными работами после проходки в соединяющей выработке рабочего забоя выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, и соединение трубопровода для поглощения тепла между двумя смежными соединяющими выработками рабочего забоя после того, как проходка в соединяющих выработках рабочего забоя завершена;
2) соединение впускного конца трубопровода (5) для поглощения тепла с трубопроводом 6-1 для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении, соединение выпускного конца трубопровода 5 для поглощения тепла с трубопроводом 6-2 для подъема жидкого теплоносителя и соединение верхнего конца трубопровода 6-1 для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении и верхнего конца трубопровода 6-2 для подъема жидкого теплоносителя с трубопроводом 11 для рассеяния тепла в бассейне 10 для накапливания тепла системы 2 поверхностного теплообмена для образования замкнутой кольцевой системы после выполнения проходки в первой циркуляционной соединяющей выработке в рабочем забое в соответствии с процессом цементирующего заполнения выработки;
3) выбор материала с фазовым переходом с соответствующей температурой фазового перехода в соответствии с фактическими температурными условиями земли на глубоком горизонте, подготовку материала с фазовым переходом в жидком теплоносителе с определенной концентрацией, добавление жидкого теплоносителя в весь трубопровод, поглощение тепла при помощи трубопровода 5 для поглощения тепла на глубоком горизонте, использование датчиков 7-1 и 7-2 температуры для контроля температуры жидкого теплоносителя в трубопроводе, запуск водяного насоса 9 для выполнения прокачивания, когда температура поднимается до заданного значения после определенного периода поглощения тепла, прокачивание нагретого жидкого теплоносителя в трубопроводе 5 для поглощения тепла к трубопроводу 11 для рассеяния тепла в бассейне 10 для накапливания тепла и прокачивание охлажденного жидкого теплоносителя в трубопроводе 11 для рассеяния тепла к трубопроводу 5 для поглощения тепла;
4) контроль температуры воды в бассейне 10 для накапливания тепла при помощи датчика 7-3 температуры, запуск насоса 12-2 для выпуска воды после того, как трубопровод 11 для рассеяния тепла нагреет воду в бассейне 10 для накапливания тепла до определенной температуры, чтобы поднять горячую воду при помощи системы 3 подъема высокотемпературной воды на поверхность 4 земли для использования системой использования горячей воды на поверхности земли, управление уровнем воды в бассейне 10 для накапливания тепла при помощи измерителя 14 уровня жидкости, запуск насоса 12-1 для впуска воды, когда уровень воды падает до нижнего предела, для подачи холодной воды в бассейн 10 для накапливания тепла;
5) повторение этапов 3) - 4) для преобразования геотермальной энергии в тепловую энергию воды для долгосрочного использования на множестве горизонтов ствола глубокой шахты.
Хотя настоящее изобретение описано выше в некоторых предпочтительных вариантах осуществления, следует отметить, что специалисты в данной области техники могут вносить различные улучшения и модификации, не отступая от принципа настоящего изобретения, и эти улучшения и модификации следует рассматривать как попадающие в объем защиты настоящего изобретения.
Claims (18)
1. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования, содержащая систему (1) регенерации тепла глубокой скважины, систему (2) поверхностного теплообмена и систему (3) подъема высокотемпературной воды, которые размещены в глубокой скважине последовательно снизу вверх;
причем система (1) регенерации тепла глубокой скважины расположена на глубоком горизонте ствола шахты и, выполнена с возможностью аккумулирования тепла в глубокой скважине и содержит трубопровод (5) для поглощения тепла, трубопровод (6-1) для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении, соединенный с впускным концом трубопровода (5) для поглощения тепла, и трубопровод (6-2) для подъема жидкого теплоносителя, соединенный с выпускным концом трубопровода (5) для поглощения тепла; на трубопроводе (6-2) для подъема жидкого теплоносителя обеспечен водяной насос (9);
система (2) поверхностного теплообмена расположена на неглубоком горизонте ствола шахты, выполнена с возможностью использования тепла, аккумулированного системой (1) регенерации тепла глубокой скважины, для нагрева воды и содержит бассейн (10) для накапливания тепла и трубопровод (11) для рассеяния тепла, размещенный внутри бассейна (10) для накапливания тепла для нагрева бассейна (10) для накапливания тепла, впускной конец трубопровода (11) для рассеяния тепла соединен с трубопроводом (6-2) для подъема жидкого теплоносителя, и выпускной конец трубопровода (11) для рассеяния тепла соединен с трубопроводом (6-1) для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении; бассейн (10) для накапливания тепла находится в замкнутом пространстве, и снаружи конца для впуска воды бассейна (10) для накапливания тепла обеспечены насос (12-1) для впуска воды и клапан (13-1) для впуска воды;
верхняя и нижняя части системы (3) подъема высокотемпературной воды соединены с поверхностью (4) земли и системой (2) поверхностного теплообмена, соответственно, и система (3) подъема высокотемпературной воды выполнена с возможностью подъема горячей воды, нагретой в системе (2) поверхностного теплообмена, к поверхности (4) земли и содержит клапан (13-2) для выпуска воды и снаружи бассейна (10) для накапливания тепла предусмотрен трубопровод (15) для подъема высокотемпературной воды, клапан (13-2) для выпуска воды соединен с насосом (12-2) для выпуска воды, расположенным снаружи бассейна (10) для накапливания тепла; поверхность (4) земли соединена с системой использования горячей воды.
2. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по п. 1, в которой глубокий горизонт ствола шахты находится на 2 000 м ниже поверхности земли или глубже, а неглубокий горизонт ствола шахты находится на 800 - 1 000 м ниже поверхности земли.
3. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по п. 1, в которой трубопровод (5) для поглощения тепла является замкнутым трубопроводом, в котором в жидком теплоносителе использована вода в качестве распределяющей среды и использованы микрочастицы материала с фазовым переходом в качестве теплопоглощающего материала, причем материал с фазовым переходом определен в соответствии с температурными условиями земли на глубоком горизонте, температура фазового перехода ниже температуры земли в положении на глубоком горизонте на 5-10°С, диаметр микрочастиц материала с фазовым переходом распределен в середине диапазона от 1 до 5 мкм, и концентрация микрочастиц материала с фазовым переходом в жидком теплоносителе составляет от 50 до 60%.
4. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по п. 1, в которой на трубопроводе (6-1) для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении предусмотрен расходомер (8-1).
5. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по п. 1, в которой на трубопроводе (5) для поглощения тепла предусмотрены датчики температуры (7-1, 7-2).
6. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по п. 1, в которой в бассейне (10) для накапливания тепла предусмотрены датчик (7-3) температуры и измеритель (14) уровня жидкости.
7. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по п. 1, в которой клапан (13-2) для выпуска воды соединен с расходомером (8-2), размещенным внутри бассейна (10) для накапливания тепла.
8. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по п. 1, в которой система (1) регенерации тепла глубокой скважины применяется к рабочему забою выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, трубопровод (5) для поглощения тепла состоит из линейного участка, закрепленного по центру свода горной выработки, возвратного участка, расположенного по центру свода соединяющей выработки в рабочем забое выработки с цементированным заполнением, и соединяющего участка, который находится вблизи угольного забоя и соединяет трубопровод в двух соединяющих выработках рабочего забоя; интервал между трубопроводами в двух соединяющих выработках рабочего забоя составляет от 20 до 40 м.
9. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по п. 1, в которой трубопровод (11) для рассеяния тепла расположен в нижней части бассейна для накапливания тепла на расстоянии 0,5 м от дна бассейна и трубопровод расположен по S-образной кольцевой схеме с интервалом 10 метров.
10. Система многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования по любому из пп. 1-9, в котором технологический процесс включает следующие этапы:
1) применение системы (1) регенерации тепла глубокой скважины к рабочему забою выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, установку трубопровода (5) для поглощения тепла по центру свода выработки, соединяющей рабочие забои, одновременно с крепежными работами после проходки в соединяющей выработке рабочего забоя выработки с цементированным заполнением в глубокой скважине, и соединение трубопровода для поглощения тепла между двумя смежными соединяющими выработками рабочего забоя после того, как проходка в соединяющих выработках рабочего забоя завершена;
2) соединение впускного конца трубопровода (5) для поглощения тепла с трубопроводом (6-1) для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении, соединение выпускного конца трубопровода (5) для поглощения тепла с трубопроводом (6-2) для подъема жидкого теплоносителя и соединение верхнего конца трубопровода (6-1) для подачи жидкого теплоносителя в нижнем направлении и верхнего конца трубопровода (6-2) для подъема жидкого теплоносителя с трубопроводом (11) для рассеяния тепла в бассейне (10) для накапливания тепла системы (2) поверхностного теплообмена для образования замкнутой кольцевой системы после выполнения проходки в первой циркуляционной соединяющей выработке в рабочем забое в соответствии с процессом цементирующего заполнения выработки;
3) выбор материала с фазовым переходом с соответствующей температурой фазового перехода в соответствии с фактическими температурными условиями земли на глубоком горизонте, подготовку материала с фазовым переходом в жидком теплоносителе с соответствующей концентрацией, добавление жидкого теплоносителя в весь трубопровод, поглощение тепла при помощи трубопровода (5) для поглощения тепла на глубоком горизонте, использование датчиков (7-1, 7-2) температуры для контроля температуры жидкого теплоносителя в трубопроводе, запуск водяного насоса (9) для выполнения прокачивания, когда температура поднимается до заданного значения после определенного периода поглощения тепла, прокачивание нагретого жидкого теплоносителя в трубопроводе (5) для поглощения тепла к трубопроводу (11) для рассеяния тепла в бассейне (10) для накапливания тепла и прокачивание охлажденного жидкого теплоносителя в трубопроводе (11) для рассеяния тепла к трубопроводу (5) для поглощения тепла;
4) контроль температуры воды в бассейне (10) для накапливания тепла при помощи датчика (7-3) температуры, запуск насоса (12-2) для выпуска воды после того, как трубопровод (11) для рассеяния тепла нагреет воду в бассейне (10) для накапливания тепла до заданной температуры, чтобы поднять горячую воду при помощи системы (3) подъема высокотемпературной воды к поверхности (4) земли для использования системой использования горячей воды на поверхности земли, управление уровнем воды в бассейне (10) для накапливания тепла при помощи измерителя (14) уровня жидкости, запуск насоса (12-1) для впуска воды, когда уровень воды падает до нижнего предела, для подачи холодной воды в бассейн (10) для накапливания тепла;
5) повторение этапов 3)-4) для преобразования геотермальной энергии в тепловую энергию воды для долгосрочного использования на множестве горизонтов ствола глубокой шахты.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811195212.4A CN109339849B (zh) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | 一种多水平深井降温及地热利用系统及工艺 |
| CN201811195212.4 | 2018-10-15 | ||
| PCT/CN2019/083211 WO2020077967A1 (zh) | 2018-10-15 | 2019-04-18 | 一种多水平深井降温及地热利用系统及工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2743008C1 true RU2743008C1 (ru) | 2021-02-12 |
Family
ID=65310055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020116872A RU2743008C1 (ru) | 2018-10-15 | 2019-04-18 | Система и процесс многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210172319A1 (ru) |
| CN (1) | CN109339849B (ru) |
| AU (1) | AU2019359836B2 (ru) |
| CA (1) | CA3082709C (ru) |
| RU (1) | RU2743008C1 (ru) |
| WO (1) | WO2020077967A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA202005965B (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023183609A1 (en) * | 2022-03-25 | 2023-09-28 | Geothermic Solution, Inc. | Geothermal cementing system with high thermal conductivity |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109339849B (zh) * | 2018-10-15 | 2019-08-20 | 中国矿业大学 | 一种多水平深井降温及地热利用系统及工艺 |
| CN109883074B (zh) * | 2019-03-29 | 2020-07-14 | 中国矿业大学 | 一种采空区充填体提取地热能的系统及其工作方法 |
| CN113464092A (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种防蜡装置及采油防蜡管柱 |
| CN111997612B (zh) * | 2020-07-24 | 2021-07-06 | 中国矿业大学 | 一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法 |
| FR3117196B1 (fr) * | 2020-12-08 | 2023-03-17 | Ifp Energies Now | Système d’échange de chaleur entre un bâtiment et le sous-sol terrestre comprenant la circulation en circuit fermé de matériaux à changement de phase |
| CN112901262B (zh) * | 2021-02-01 | 2022-05-31 | 中国矿业大学 | 一种充填体内采热管路预留系统及设计方法 |
| FR3121740B1 (fr) * | 2021-04-13 | 2023-05-19 | Ifp Energies Now | Système et procédé de refroidissement d’un bâtiment par froid radiatif |
| CN113404480A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-09-17 | 东北大学 | 一种地热与矿产资源共采方法 |
| CN113432322B (zh) * | 2021-07-02 | 2022-07-19 | 山东科技大学 | 采煤塌陷区地表水、采空区、地热综合利用方法及试验设备 |
| CN115030775A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-09 | 中国矿业大学 | 一种矿山地热循环利用协同热害治理系统及方法 |
| CN116446939B (zh) * | 2023-03-21 | 2023-09-22 | 冀中能源峰峰集团有限公司 | 一种地面制冷穿越复杂深地层输冷矿井降温系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1170159A1 (ru) * | 1983-05-13 | 1985-07-30 | Институт горного дела Севера Якутского филиала СО АН СССР | Охлаждающа установка |
| SU1183684A1 (ru) * | 1983-11-15 | 1985-10-07 | Ленинградский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им.Г.В.Плеханова | Способ комплексного тепло-хладоснабжени глубоких шахт и рудников |
| RU73392U1 (ru) * | 2007-12-26 | 2008-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") | Геотермальный теплообменник для энергоснабжения потребителей |
| CN101240714A (zh) * | 2008-01-29 | 2008-08-13 | 何满潮 | 矿井涌水为冷源的深井降温系统 |
| RU2633331C1 (ru) * | 2013-11-08 | 2017-10-11 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Система охлаждения наземного нефтепромыслового оборудования |
| CN207740028U (zh) * | 2017-12-27 | 2018-08-17 | 山东东山新驿煤矿有限公司 | 一种矿井余热回收再利用系统 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3926464A1 (de) * | 1989-08-10 | 1991-02-14 | Siemag Transplan Gmbh | Vorrichtung zum austausch von fluessigkeiten bei der foerderung mittels eines dreikammer-rohraufgebers |
| WO2016043913A1 (en) * | 2014-09-18 | 2016-03-24 | Carrier Corporation | Heat transfer system with phase change composition |
| CN105649668B (zh) * | 2016-04-03 | 2018-02-09 | 河南理工大学 | 巷帮截流式矿井降温方法及降温系统 |
| CN105715291B (zh) * | 2016-04-03 | 2017-11-14 | 河南理工大学 | 高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统及矿井降温方法 |
| CN106150539A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-11-23 | 辽宁工程技术大学 | 一种高温采掘工作面液态co2相变制冷降温装置及方法 |
| CN206220990U (zh) * | 2016-11-17 | 2017-06-06 | 北京科技大学 | 基于封装相变材料微单元的深井降温系统 |
| CN106705720A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-05-24 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统 |
| CN106869864A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-20 | 中国地质大学（武汉） | 一种干热岩地热开采方法和装置 |
| CN107023294B (zh) * | 2017-06-06 | 2018-05-11 | 西安科技大学 | 矿床与地热协同开采方法及系统 |
| CN107339118B (zh) * | 2017-06-30 | 2018-05-08 | 西安科技大学 | 一种利用深井地热的矿井降温系统及方法 |
| CN108087013B (zh) * | 2017-12-11 | 2019-12-17 | 中国矿业大学 | 一种矿井降温与热害利用系统 |
| CN109026121B (zh) * | 2018-08-02 | 2020-03-06 | 北京建筑大学 | 浅层冷能循环矿井降温除湿及废热利用系统 |
| CN109339849B (zh) * | 2018-10-15 | 2019-08-20 | 中国矿业大学 | 一种多水平深井降温及地热利用系统及工艺 |
-
2018
- 2018-10-15 CN CN201811195212.4A patent/CN109339849B/zh active Active
-
2019
- 2019-04-18 AU AU2019359836A patent/AU2019359836B2/en active Active
- 2019-04-18 WO PCT/CN2019/083211 patent/WO2020077967A1/zh active Application Filing
- 2019-04-18 RU RU2020116872A patent/RU2743008C1/ru active
- 2019-04-18 CA CA3082709A patent/CA3082709C/en active Active
- 2019-04-18 US US16/763,788 patent/US20210172319A1/en not_active Abandoned
-
2020
- 2020-09-28 ZA ZA2020/05965A patent/ZA202005965B/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1170159A1 (ru) * | 1983-05-13 | 1985-07-30 | Институт горного дела Севера Якутского филиала СО АН СССР | Охлаждающа установка |
| SU1183684A1 (ru) * | 1983-11-15 | 1985-10-07 | Ленинградский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им.Г.В.Плеханова | Способ комплексного тепло-хладоснабжени глубоких шахт и рудников |
| RU73392U1 (ru) * | 2007-12-26 | 2008-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") | Геотермальный теплообменник для энергоснабжения потребителей |
| CN101240714A (zh) * | 2008-01-29 | 2008-08-13 | 何满潮 | 矿井涌水为冷源的深井降温系统 |
| RU2633331C1 (ru) * | 2013-11-08 | 2017-10-11 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Система охлаждения наземного нефтепромыслового оборудования |
| CN207740028U (zh) * | 2017-12-27 | 2018-08-17 | 山东东山新驿煤矿有限公司 | 一种矿井余热回收再利用系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023183609A1 (en) * | 2022-03-25 | 2023-09-28 | Geothermic Solution, Inc. | Geothermal cementing system with high thermal conductivity |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2019359836A1 (en) | 2020-06-11 |
| WO2020077967A1 (zh) | 2020-04-23 |
| AU2019359836B2 (en) | 2021-06-17 |
| CA3082709A1 (en) | 2020-04-23 |
| US20210172319A1 (en) | 2021-06-10 |
| CN109339849B (zh) | 2019-08-20 |
| CA3082709C (en) | 2021-10-19 |
| ZA202005965B (en) | 2023-11-29 |
| CN109339849A (zh) | 2019-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2743008C1 (ru) | Система и процесс многоуровневого охлаждения глубокой скважины и геотермального использования | |
| US20210010718A1 (en) | Geothermal development system and the construction method thereof | |
| RU2756624C1 (ru) | Геотермальное теплообменное устройство, геотермальная тепловая установка и способ подачи тепловой энергии в грунт | |
| US20150033738A1 (en) | Method of extracting energy from a cavity created by mining operations | |
| CN103362476A (zh) | 防止采油井壁结蜡的套管式井下换热器加热系统 | |
| CN205154229U (zh) | 高温矿井巷道壁面贴附水膜板热换器降温装置 | |
| LV14875A (lv) | Urbuma izveidošanas un aizpildīšanas metode ģeotermālās enerģijas iegūšanai | |
| CN107477895A (zh) | 中深层地热井内换热器 | |
| CN110485969A (zh) | 一种开采干热岩地热资源的装置及其钻孔成孔方法 | |
| CN209054794U (zh) | 一种多井连通封闭循环地层冷热交换系统 | |
| CN205156415U (zh) | 一种多u型管式干热岩换热器 | |
| KR101315395B1 (ko) | 지중열을 이용한 순환수 열교환 장치 | |
| CA2916811A1 (en) | A linear geothermal heat exchange device | |
| CN109798683A (zh) | 基于地下水流系统的浅层地热能利用装置 | |
| KR101234014B1 (ko) | Ｐｅ재질로 형성된 지열시스템 헤더 | |
| CN114382541A (zh) | 一种高温高湿矿井地热循环降温方法 | |
| CN204830951U (zh) | 强化换热的地下深层岩层换热系统 | |
| US11236584B2 (en) | Method for continuous downhole cooling of high-temperature drilling fluid | |
| CN105386785A (zh) | 高温矿井巷道壁面贴附水膜板热换器降温系统 | |
| CN207515263U (zh) | 中深层地热井内换热器 | |
| RU2371638C1 (ru) | Скважинная система теплоснабжения с подземным теплогидроаккумулированием | |
| CN104949554A (zh) | 强化换热的地下深层岩层换热系统 | |
| CN204854431U (zh) | 热管式岩层换热器 | |
| CN110439507B (zh) | 一种矿井工作面降温系统 | |
| CN218764043U (zh) | 一种闭环热管式井下换热器 |