一种动力辅助巨型热管的地热能开发系统技术方案

一种动力辅助巨型热管的地热能开发系统，包括相连通的蒸发段热管和绝热段热管，蒸发段热管设在高温地层中，绝热段热管内设有芯管，芯管的底部开口，顶部与设有引风机的蒸汽引入管路相连通，蒸汽引入管路的出口与冷凝换热器的放热侧入口相连，冷凝换热器的放热侧出口经回流管路通入绝热段热管与芯管所形成的环形空间内，冷凝换热器的吸热侧与地热用户连通。本发明专利技术换热工质在蒸发段热管中提取高温地层中的热量从而使换热工质汽化，因此，本发明专利技术避免了腐蚀和结垢问题，使得系统运行稳定。另外，由于利用引风机对载热蒸汽进行抽提，解决了因蒸汽流动路径长、阻力大而难以达到终点的难题，使开发更深更高温度的地热能成为可能。

【技术实现步骤摘要】
一种动力辅助巨型热管的地热能开发系统
本专利技术涉及一种地热能开发系统，尤其涉及一种动力辅助巨型热管的地热能开发系统。
技术介绍
地热资源是一种清洁可再生的资源，且具有易开发、运行费用低、清洁等优点，已被应用于采暖、发电、洗浴等方面。目前最普遍的开采地热能的方式就是利用地热井抽取地热水，然后地热水被直接或间接的用于供暖或发电。这种开发利用方式存在一些问题，首先，由于地热水矿化度较高，在发电或换热取暖过程中，地热水的温度和压力均会发生很大变化，进而影响到各种矿物质的性质和溶解度，导致腐蚀和结垢，影响设备的使用寿命和系统运行的稳定性；其次，传统的地热井开采系统具有回灌率低和易造成环境污染的缺点，由于大量抽取地热水而不能很好的回灌，出现了热水资源枯竭、热污染、地面沉降等问题?’另外，地热井抽水开发地热能受到地理位置的限制，由于这种方式需要抽取地热水，无法提取无水或缺水干热地质结构的热能。
技术实现思路
本专利技术的 目的在于提供一种系统运行稳定、环境友好以及不受地理位置限制的动力辅助巨型热管的地热能开发系统。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是:包括相连通的蒸发段热管和绝热段热管，蒸发段热管设在高温地层中，绝热段热管内设有芯管，芯管的底部开口，顶部与设有引风机的蒸汽引入管路相连通，蒸汽引入管路的出口与冷凝换热器的放热侧入口相连，冷凝换热器的放热侧出口经回流管路通入绝热段热管与芯管所形成的环形空间内，冷凝换热器的吸热侧与地热用户连通。所述的绝热段热管采用设置在高温地层上部地层中的垂直井。所述的垂直井在钻取时采用三开方式钻井，且一开、二开均采用套管固井，三开采用尾管固井方式钻成。所述的绝热段热管内壁上还设有由铝钼层和玻璃丝层所形成的绝热段保温层。所述的蒸发段热管采用倾斜井或与水平井。所述的倾斜井或水平井的固井方式为尾管固井，水平井或倾斜井内壁上设有导热水泥，导热水泥是由水泥、石墨以及玻璃纤维组成，且石墨占导热水泥质量的5.69 %，玻璃纤维占导热水泥质量的1.12%。所述的芯管的底部管壁上开有通孔。[0011 ] 所述的蒸汽引入管路与回流管路上均设有调节阀。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:本专利技术的蒸发段热管设在高温地层中，换热工质在蒸发段热管中提取高温地层中的热量从而使换热工质汽化，而不与高温低层中进行任何物质交换，因此，本专利技术系统适应性强，不受地热水资源所处地理位置的限制，能够用于无水的干热岩开发，属于环境友好型系统。而且，由于换热工质被封闭在热管中，不与地层和地热水接触，避免了腐蚀和结垢问题，使得系统运行稳定。另外，由于本专利技术利用引风机对载热蒸汽(汽化后的换热工质)进行抽提，解决了因蒸汽流动路径长、阻力大而难以达到终点的难题，使开发更深更高温度的地热能成为可能。【附图说明】图1为本专利技术动力辅助巨型热管的地热能开发系统的原理图；其中，1、高温地层，2、蒸发段热管，3、导热水泥，4、绝热段保温层，5、绝热段热管，6、芯管，7、蒸汽引入管路，8、引风机，9、冷凝换热器，10、回流管路，11、地热用户。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。参见图1，本专利技术动力辅助巨型热管的地热能开发系统由蒸发段、绝热段和冷凝段组成，且蒸发段和绝热段设在井下部分，冷凝段设在地面部分。井下部分包括蒸发段热管2 (即蒸发段)和绝热段热管5 (即绝热段)，蒸发段热管2设在高温地层I中，绝热段热管5内设有芯管6，芯管6的底部开口，且芯管6的底部管壁上开有通孔，利于蒸发段热管2中汽化的换热工质进入芯管6，并沿芯管6向地面流动。绝热段热管5采用设置在高温地层I上部地层中的垂直井，垂直井在钻取时采用三开方式钻井，且一开、二开均采用套管固井，三开采用尾管固井，方式钻成。绝热段热管5内壁上还设有由铝钼层和玻璃丝层所形成的绝热段保温层4，蒸发段热管2采用倾斜井或与水平井，倾斜井或水平井的固井方式为尾管固井，水平井或倾斜井内壁上设有导热水泥3,导热水泥3是由水泥、石墨以及玻璃纤维组成,且石墨占导热水泥质量的5.69%,玻璃纤维占导热水泥质量的1.12%。在钻井时，首先是绝热段热管5的垂直井，深度根据实际地温梯度和热负荷设计，根据地质情况选择钻井方式，一般为三开，一开用Φ444.5mm的钻头钻进,下入Φ339.7mm套管固井，固井时水泥衆返至地面，二开用Φ311.1mm的钻头钻进，下入Φ244.5mm的套管固井，三开采用Φ215.9mm钻头钻进,下入Φ 17.78mm尾管固井。由于冷凝流体在从管壁返回地层蒸发段时会向周围地层散热，所以垂直绝热段套管外侧作绝热处理，在套管和井眼之间的环形空间包有由铝钼层和玻璃丝层组成的绝热段保温层4，使导热系数达到0.002ff/m *k。到达预定深度后，钻取倾斜井或水平井，采用尾管固井的方式，倾斜井或水平井内壁上设有导热水泥，目的是增强热储与管内工质的对流换热。井上部分包括蒸汽引入管路7、引风机8、冷凝换热器9(即冷凝段)、回流管路10，其中，芯管6与设有引风机8的蒸汽引入管路7相连通，蒸汽引入管路7的出口与冷凝换热器9的放热侧入口相连，冷凝换热器9的放热侧出口经回流管路10通入绝热段热管5与芯管6所形成的环形空间内，冷凝换热器9的吸热侧与地热用户11连通，地热用户11为供暖或发电装置等。另外，蒸汽引入管路7和回流管路10上均设有调节阀。下面对本专利技术系统的工作过程进行介绍:对加工好的热管进行除气、检漏后，充装换热工质，换热工质的充填量为蒸发段热管2和绝热段热管5总体积的20%，然后对蒸发段热管2和绝热段热管5进行密封后就可以工作了。换热巨型热管由蒸发段、绝热段和冷凝段组成。蒸发段为位于地层深处的斜井或水平井，绝热段为垂直井，冷凝段为地面的冷凝换热器。工质在巨型热管下部蒸发段热管2内通过导热水泥吸收高温地层I的热量沸腾汽化，汽化后的蒸发段热管2蒸汽沿芯管6向上流动，通过引风机8的抽提进入冷凝换热器加热冷凝换热器中换热管内的冷流体，冷凝换热器的换热面积根据热负荷和进出口工质温度计算，蒸汽从冷凝换热器的上端进入，横向冲刷换热管，将热量传递给工质冷流体，提供给地热用户用于供暖或发电，在这一过程中换热工质放热冷凝，汽化的换热工质将热量传递出去后冷凝成液态，冷凝的液体在重力的作用下沿热管绝热段热管5管壁流回蒸发段，进行下一个循环，另外，通过调节阀调节换热工质的流量实现不同的换热量。本系统只提取地层热量，不抽取地热水，属于环境友好型，并且利用动力辅助蒸汽抽提，可以实现较大深度、较高温度地热能的开发。本专利技术的蒸发段热管设在高温地层中，换热工质在蒸发段热管中提取高温地层中的热量从而使换热工质汽化，而不与高温低层中进行任何物质交换，因此，本专利技术系统适应性强，不受地热水资源所处地理位置的限制，能够用于无水的干热岩开发，属于环境友好型系统。而且，由于换热工质被封闭在热管中，不与地层和地热水接触，避免了腐蚀和结垢问题，使得系统运行稳定。另外，由于本专利技术利用引风机对载热蒸汽(汽化后的换热工质)进行抽提，解决了因蒸汽流动路径长、阻力大而难以达到终点的难题，运行费用低、使开发更深更高温度的地热能成为可能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力辅助巨型热管的地热能开发系统，其特征在于：包括相连通的蒸发段热管(2)和绝热段热管(5)，蒸发段热管(2)设在高温地层(1)中，绝热段热管(5)内设有芯管(6)，芯管(6)的底部开口，顶部与设有引风机(8)的蒸汽引入管路(7)相连通，蒸汽引入管路(7)的出口与冷凝换热器(9)的放热侧入口相连，冷凝换热器(9)的放热侧出口经回流管路(10)通入绝热段热管(5)与芯管(6)所形成的环形空间内，冷凝换热器(9)的吸热侧与地热用户(11)连通。

【技术特征摘要】
1.一种动力辅助巨型热管的地热能开发系统，其特征在于:包括相连通的蒸发段热管(2)和绝热段热管(5)，蒸发段热管(2)设在高温地层(I)中，绝热段热管(5)内设有芯管(6)，芯管(6)的底部开口，顶部与设有引风机(8)的蒸汽引入管路(7)相连通，蒸汽引入管路⑵的出口与冷凝换热器(9)的放热侧入口相连，冷凝换热器(9)的放热侧出口经回流管路(10)通入绝热段热管(5)与芯管(6)所形成的环形空间内，冷凝换热器(9)的吸热侧与地热用户(11)连通。2.根据权利要求1所述的动力辅助巨型热管的地热能开发系统，其特征在于:所述的绝热段热管(5)采用设置在高温地层(I)上部地层中的垂直井。3.根据权利要求2所述的动力辅助巨型热管的地热能开发系统，其特征在于:所述的垂直井在钻取时采用三开方式钻井，且一开、二开均采用套管固井，三开采用尾管固井方式钻成。4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，吕明明，罗向荣，景泽锋，张宇鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61