[發明專利]中深層地熱監測系統及方法

在審

• 申請號: 202110664596.5
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113341818A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 楊培杰;王曉瑋;王慶兵;常允新;吳光偉;王寧;李永超;任翠愛;崔亮亮
• 申請（專利權）人: 山東省地質環境監測總站（山東省地質災害防治技術指導中心）;濟南中安數碼科技有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種中深層地熱監測系統，包括環狀換熱管、循環泵、溫度測量裝置、監測終端裝置；環狀換熱管包括外管、內管；內管的外側壁和外管的內側壁之間構成環狀管路；從外管的上側開口注入流動介質至環狀管路；循環泵驅動流動介質在環狀換熱管中流動；溫度測量裝置隨著流動介質在環狀換熱管中循環流動，并持續測量和記錄地熱溫度信息；發送地熱溫度信息至監測終端裝置。此外，還公開了一種中深層地熱監測方法。本發明通過設置在環狀換熱管中的溫度測量裝置并持續采集其在環狀換熱管中不同位置處的溫度信息，同時，設置在地熱井管口的水位測量裝置能夠實時檢測地熱井管內地熱水的水位信息，本發明實現了精確、快速、全面的地熱信息監測。

技術領域

本發明涉及地熱能源監測技術領域，特別涉及一種中深層地熱監測系統及方法。

背景技術

地熱資源的利用是一項重要節能技術，特別是中深層地熱的開發利用受到越來越多的重視，利用中深層地熱井內換熱器換取中深層地熱能進行供熱，而不直接開采地下水資源的技術成為中深層地熱開發利用的一種重要清潔能源供熱技術。同時，地熱資源開發和利用中，地熱井水位及水溫的測量方法還比較落后。例如目前常用的人工測量水位的方法中，利用一側由導線連接的探頭沿測井管或井筒下沉接觸到水位，導線的另一端與電流表相接，當金屬探頭接觸到水位液面時電流表接通，然后通過測量導線長度得出地熱水位的深度；該方法操作雖然簡單，但需要耗費大量人力且在惡劣天氣無法測量；其他常用的水位測量方法包括：在井下固定壓力傳感器，將壓力信號通過導線傳遞到地面接收儀器，由壓力信號計算出地熱井的動靜水位，該方法雖解決了人工現場測量的問題，但由于探頭需要于長期置于地熱水中，所以對探頭的耐溫、耐腐蝕、密封、抗磁場干擾等要求很高，因此價格昂貴；還可以采用充氣水位測量法，即向地熱井中充入氮氣，該方法雖然不需要在井下放置探頭，但多數井口密封不理想，氣體泄漏非常快，需要經常更換氣瓶，維護較困難，而且當需要在進行井口設備維護時需要拆卸充氣管，這樣將使提升、下降泵的工作時間大大延長，難以接受。此外，目前對于地熱溫度的測量通常是將地下水抽到地表后進行測量并記錄至系統中，相比人工測量方法雖然大大降低了人力成本，但是這種方式測量效率低，地下水抽取的過程中，不可避免地會造成熱量的損耗，導致水溫測量偏差較大，不能實時掌控地下水溫的精確信息。

發明內容

基于此，為解決現有技術中的技術問題，特提出了一種中深層地熱監測系統，包括環狀換熱管、循環泵、溫度測量裝置、監測終端裝置；

其中，所述環狀換熱管包括外管、內管；所述內管位于所述外管的內部，且所述內管的下側開口高于所述外管的下側開口；所述內管的外側壁和外管的內側壁之間構成環狀管路；

從所述外管的上側開口注入流動介質至所述環狀管路；所述循環泵用于驅動所述流動介質在所述環狀換熱管中流動；注入的所述流動介質在所述環狀管路中向下流動，并在向下流動過程中通過所述外管吸收地熱能量，地熱能量使得所述流動介質的溫度升高；所述循環泵的驅動下，所述流動介質由所述外管向下流動到達所述環狀管路的底部后進入內管中繼續向上流動并最終流出所述內管，從而為地面上的供熱系統提供熱源；所述流動介質在降溫后重新注入至所述環狀管路中；

在所述環狀換熱管中設置有溫度測量裝置；所述溫度測量裝置隨著所述流動介質而在所述環狀換熱管中循環流動，并持續測量和記錄地熱溫度信息；所述溫度測量裝置包括溫度傳感器、位置傳感器、第一微處理器、第一無線通信接口；所述溫度傳感器、所述位置傳感器分別連接至所述第一微處理器，所述第一微處理器連接至所述第一無線通信接口；

當所述溫度測量裝置位于所述外管上側開口處時開始測量并記錄地熱溫度信息；所述溫度測量裝置在所述環狀管路內由上而下以及在所述內管內由下而上流動的過程中，所述溫度傳感器持續測量溫度值并傳輸至所述第一微處理器，所述位置傳感器持續采集對應的位置信息并傳輸至所述第一微處理器，所述第一微處理器對應記錄所述溫度值及所述位置信息并生成地熱溫度信息；當一次循環流動結束即所述溫度測量裝置到達所述內管上側開口時，所述第一微處理器將所述地熱溫度信息傳輸至第一無線通信接口，并由所述第一無線通信接口發送至所述監測終端裝置，由所述監測終端裝置對地熱溫度進行監測。