[發(fā)明專利]一種中深層地熱井下強化換熱系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110010397.2
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN114719456A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 雷海燕;李嘉舒;戴傳山;張偉;馬非
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F24T10/17
• 分類號: F24T10/17;F24T10/15;F28D9/00;F28F19/01
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉丹舟

本發(fā)明涉及一種中深層地熱井下強化換熱系統(tǒng)，包括流體轉換單元和換熱單元，該流體轉換單元設置在地熱井內，換熱單元設置在井上地面或井內與所述的流體轉換單元連接，所述的流體轉換單元包括內套管、潛水泵及套管流體裝換裝置，內套管插裝在地熱井中，套管流體裝換裝置設置在內套管的下部。本發(fā)明設計科學合理、結構巧妙，與傳統(tǒng)的井下取熱系統(tǒng)相比，通過套管流體轉換裝置實現流體與地層的強化換熱，結構易于安裝，適用于大部分有地熱含水層的水熱型單井換熱系統(tǒng)，且克服了單井抽灌換熱系統(tǒng)中的回灌困難問題，保證了水位的動態(tài)平衡，易于普及與應用。

技術領域

本發(fā)明屬于地熱資源利用領域，涉及中、深層地熱能源開采技術，尤其是一種中深層地熱井下強化換熱系統(tǒng)。

背景技術

地熱能是以熱能形式存在的能源資源，與太陽能和風能相比，以熱用熱，無需轉換，且不受晝夜與天氣的影響，具有能流密度大、運行穩(wěn)定等優(yōu)勢，在我國北方地區(qū)的建筑供熱領域有很好的應用前景。

傳統(tǒng)水熱型地熱資源的開發(fā)與利用對普及推廣清潔地熱能的利用，降低煤炭、石油天然氣等化石能源的消耗比例，滿足我國環(huán)境友好型的社會發(fā)展要求有重要的應用價值與指導意義。

目前深層地熱資源主要為抽水(無回灌)或抽灌井結合的開采方式，一般情況下實現同層或異層的完全回灌比較困難，實際應用中用戶只能做到部分回灌甚至不回灌，由此造成地下水位逐年下降直至無法開采或不經濟開采而棄井。

因此，研發(fā)“只取熱不取水”的地熱井下高效換熱取熱裝置對地熱能的開發(fā)利用意義重大。迄今為止，國內實際應用的中深層地熱單井取熱裝置幾乎均為封閉式套管結構，主要改進在于增大井筒與地層的接觸面積，或采用開放式單井抽灌結構形式的中深層換熱技術，但受地層回灌能力的限制實際應用很少。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種既可保證井筒內流體的循環(huán)換熱,換熱后的冷水可完全流入井下，無回灌困難問題；又可充分利用地熱水密度隨溫度變化形成的自然對流壓差，驅動熱儲層內熱流體流入套管外井筒，進而提高單井換熱的取熱效率的中深層地熱井下強化換熱裝置。

本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種中深層地熱井下強化換熱系統(tǒng)，包括流體轉換單元和換熱單元，該流體轉換單元設置在地熱井內，換熱單元設置在井上地面或井內與所述的流體轉換單元連接，所述的流體轉換單元包括內套管、潛水泵及套管流體裝換裝置，所述內套管插裝在地熱井中，所述的套管流體裝換裝置設置在內套管的下部，在內套管和套管流體裝換裝置之間設置有所述的潛水泵。

而且，所述的套管流體裝換裝置包括第一分支管和第二分支管，所述的第一分支管將內套管與地熱井分支引流聯(lián)通，所述的第二分支管與第一分支管交叉設置將地熱井與內套管分支引流聯(lián)通。

而且，所述的井上地面流體轉換單元包括除砂過濾器和板式換熱器，板式換熱器與流體轉換單元構成循環(huán)聯(lián)通結構。

而且，所述的除砂過濾器設置在板式換熱器的前端。

而且，所述井內流體轉換單元包括U型進出管、水泵、板式換熱器/熱泵機組，U形進出管的底部設置在內套管中，U形進出管的上部與板式換熱器/熱泵機組構成循環(huán)聯(lián)通結構。

而且，水泵設置在板式換熱器/熱泵機組的前端。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

1、本系統(tǒng)中當換熱單元置于地面時，內套管中間部位連接潛水泵，用來提取地熱水，除砂過濾器置于板式換熱器前端，過濾地下水雜質，板式換熱器內循環(huán)水與地熱水進行換熱，用于末端供熱。

2、本系統(tǒng)中當換熱單元置于井內時，內套管中間部位連接潛水泵，用來提取地熱水，U形進出管底部設置在內套管中，用來與抽取上來的地熱水進行換熱，U形進出管內流體進入板式換熱器/熱泵機組換熱，用于末端供熱。