[發(fā)明專利]一種提取利用地熱能的裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610090098.3
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105546860A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 姚國敏
• 申請（專利權(quán)）人: 姚國敏
• 主分類號: F24J3/08
• 分類號: F24J3/08
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發(fā)明涉及新能源開發(fā)利用領域，尤其涉及一種提取利用地熱能的裝置 及方法。

背景技術

目前，全世界都在尋找綠色能源。太陽能、風能已經(jīng)較為普及，地熱能 也引起了人們的廣泛關注。地熱資源主要分為水熱型和干熱巖型，其中，干 熱巖及高地溫梯度地層地熱資源，在地球上的蘊藏量非常豐富。然而，地熱 技術的發(fā)展卻不盡人意。

因為干熱巖一般為致密性巖層，不具有滲透率、沒有孔隙、儲層位置深 等特性，目前的技術多為人為壓裂，制造巖層裂縫，采取注水產(chǎn)出的方法， 提取地層熱量。該方法通常需要多口井配合使用，例如，在注入井高壓注入 溫度較低的水，使水沿著巖石的裂縫流動；同時在另一位置鉆多個井用于回 收高溫水、汽等。成本很高耗費較多、對地表影響較大，并且存在著利用效 率低、設備復雜等問題，具體表現(xiàn)在：地層熱提取效率一般在1-5％左右，地 下?lián)Q熱損失率高(大約在7％-12％之間)。因此，急需一種效率高、結(jié)構(gòu)簡單、 成本低的地熱能提取技術。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：鑒于現(xiàn)有技術所存在的問 題，本發(fā)明提供一種提取利用地熱能的裝置及方法，可以用于干熱巖地層或 者地溫梯度較高的地層，實現(xiàn)地熱能的大面積開發(fā)，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、 成本低等優(yōu)點。

一種提取利用地熱能的裝置，包括：井筒、外管和換熱裝置；井筒的頂 端和底端均開口，并且井筒的底部深入地熱源層，所述井筒內(nèi)以及外管內(nèi) 裝有第一液體介質(zhì)；

外管的頂部封閉，底部開口；所述外管的下端從井筒的頂端插入到井筒 內(nèi)，所述外管通過固井水泥環(huán)與井筒固定；

所述外管的下部為吸熱段，所述外管的中部為保溫段，所述外管的上部 為散熱段，吸熱段位于地熱源層內(nèi)；與外管的換熱段的對應位置的外側(cè)設有 設有換熱裝置，所述換熱裝置內(nèi)裝有第二液體介質(zhì)。

本發(fā)明的有益效果是：

在井筒內(nèi)設置外管，外管放置的深度，可以根據(jù)井壁周圍部分巖石的特 性設置。井筒內(nèi)的第一液體介質(zhì)，經(jīng)地熱源層高溫加熱沸騰后，部分發(fā)生相 變，成為蒸汽分子，產(chǎn)生高溫蒸汽氣流，向井筒的頂部快速上升。由于蒸汽 分子處于紊亂的熱運動的狀態(tài)，和外管的管壁以及第一液體介質(zhì)的液面發(fā)生 碰撞，部分蒸汽分子重新返回至第一液體介質(zhì)中，隨著蒸發(fā)的持續(xù)進行，套 管內(nèi)的蒸汽分子密度不斷增大，最后達到飽和狀態(tài)。套管的頂部封閉，使套 管內(nèi)的壓力增大，溫度上升，最后達到飽和蒸汽狀態(tài)。而由于保溫段的設置， 使得蒸汽分子在傳遞過程中的熱損失幾乎為零。飽和蒸汽達到穩(wěn)定狀態(tài)后， 井筒內(nèi)的第一液體介質(zhì)的頂部和底部的溫度基本接近。當熱量傳遞至散熱段 時，進一步對換熱裝置中的第二液體介質(zhì)進行加熱，第二液體介質(zhì)達到沸點 之后用于發(fā)電、供熱等一切用于需要熱源的場合。

本發(fā)明只需要一個井筒就可以完成上述過程，占地面積小；采用裸眼井 段或外管直接使第一液體接受地熱，，第一液體介質(zhì)受熱表面積大不需要其 他導熱物質(zhì)傳遞熱能。

利用本發(fā)明所述的提取利用地熱能的裝置進行提取地熱能，地層熱提取 效率可以達到百分之九十以上。

因此，本發(fā)明所述的提取利用地熱能的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、產(chǎn) 熱高等優(yōu)點。無論是發(fā)電或供熱都無需地下水的產(chǎn)出和注入，真正實現(xiàn)了無 污染和零排放。

在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步，所述保溫段位于地熱源層的上方至散熱段下方的部分。

優(yōu)選地，所述保溫段的底部位于地熱源層內(nèi)，所述保溫段的頂部位于換 熱裝置的下方。

采用上述進一步方案的有益效果是：保溫段的底部位于地熱源層的頂部 的下方，避免熱量損失；所述保溫段的頂部位于換熱裝置的下方，有利于加 強換熱。

進一步，所述吸熱段還包括高致密熱源層對應的井筒。

如果所述吸熱段的地層為高致密地層，可以保留裸眼井段，直接作為第 一液體介質(zhì)的容積空間，以井筒作為吸熱段，井筒內(nèi)的第一液體介質(zhì)，受熱 表面積增加，吸熱率增高，吸熱效果好。如果所述吸熱段的地層為非高致密 地層，在外管的底部設有的吸熱段，用于吸收地熱源層的熱量。

進一步，所述換熱裝置中的第二液體介質(zhì)被加熱沸騰后供發(fā)電設備和/ 或供熱裝置使用。

采用上述進一步方案的有益效果是：可以滿足發(fā)電、供熱等需求。

進一步，所述外管的頂部設有減壓閥、壓力表和溫度表。