一种利用智能地热采灌系统进行智能地热采灌的方法技术方案

本发明专利技术提供一种智能地热采灌系统，包括多个开采井、多个回灌井以及中央处理器，所述多个开采井分别与一个集水器连接，所述多个回灌井分别与一个分水器连接，所述集水器与所述分水器之间设置有换热器，所述开采井与所述回灌井内部均设置有水位、水温自动监测仪，所述水位、水温自动监测仪通过数据采集装置连接所述中央处理器，所述数据采集装置包括与所述水位、水温自动监测仪连接的数据无线传输装置以及与所述中央处理器连接的数据接收装置。同时，本发明专利技术还公开该智能地热采灌系统的操作方法，本发明专利技术的智能地热采灌系统自动化程度高，可确保供热的稳定性。可有效地平衡各个开采井和各个回灌井之间的压力差和温度差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地热利用领域，尤其是涉及一种地热回灌系统和方法。
技术介绍
地球是一个巨大的热库，每天由地球内部向地表传递的能量相当于全人类一天使用能量的2.5倍。在当今人们日益关注全球气候变化和各种环境污染问题的形势下，地热能作为一种清洁能源而倍受关注。截止到2010年，已知世界上已经有78个国家开展地热资源直接利用。然而地热开采的过程中存在诸多问题，地热发电厂所释放的非凝结性气体和重金属已经影响了周围的环境，地热田由于大量开采地热流体已经导致了地面沉降和热储压力下降。总结而言，地热利用产生的问题一是由于排放弃水所产生的环境问题；二是由于大量开采地热造成热储压力下降，导致地热田生产能力下降。为了解决上述问题，目前常用的技术为地热回灌技术。地热回灌在开始的时候是作为一种处理地热尾水的方法。因为政府不允许将使用过的地热水排放到地表或农田中。但是后来的理论研究的实地实验显示，地热回灌能够提高地热能的开采量，维持热储的压力时，地热回灌才被重视起来。然而回灌技术难点较多，对于不同相态的地热系统，回灌的位置是不同的，此外，回灌井的深度难以确定，回灌井太浅，可能造成浅层地下水受到污染；如果太深，可能不会达到维持热储压力的效果。地热回灌过程中需要考虑的问题主要包括回灌费用、热储温度、热储压力、回灌水的温度、二氧化硅结垢、砂岩回灌、回灌井位置、地热流体的化学成分变化、地热流体的回收和地面沉降问题。因此，建立高效环保的回灌系统成为了迫切需求。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术由此提供了一种智能地热采灌系统，包括多个开采井、多个回灌井以及中央处理器，所述多个开采井分别与一个集水器连接，所述多个回灌井分别与一个分水器连接，所述集水器与所述分水器之间设置有换热器，所述开采井与所述回灌井内部均设置有水位、水温自动监测仪，所述水位、水温自动监测仪通过数据采集装置连接所述中央处理器，所述数据采集装置包括与所述水位、水温自动监测仪连接的数据无线传输装置以及与所述中央处理器连接的数据接收装置。进一步地，所述开采井通过送水管与所述集水器连接，所述回灌井通过回灌管道与所述分水器连接，所述送水管的末端上设置有水泵，所述回灌管道上设置有流量自动控制装置；地热水从所述集水器进入到所述换热器中与其中的冷却水进行换热后进入分水器中；在所述水泵下方设置有所述水位、水温自动监测仪，所述水位、水温自动监测仪通过数据传输线缆连接到井外的数据无线传输装置上，数据无线传输装置将所述水位、水温自动监测仪采集到的开采井参数传输到数据接收装置上，所述数据接收装置进一步将所述开采井参数传输给中央处理器；在每个回灌管道的出口的下方也都设置有水位、水温自动监测仪，回灌井中的回灌水参数被采集后通过回灌井的数据无线传输装置传输到所述数据接收装置上，并进而传输到所述中央处理器上。进一步地，所述水泵的进口处设置有一级过滤装置，该一级过滤装置为粗滤装置；在所述集水器和换热器之间的出水管道上，设置有二级过滤装置，该过滤装置为精滤装置；所述出水管道设置在集水器的上部，高于所述集水器的进水管。进一步地，在所述集水器的中上部还设置有过滤网，用于隔离所述进水管和出水管，所述集水器和所述分水器的下部都配置有排污口。此外，本专利技术还提供了一种操作上述方案所述的智能地热采灌系统的方法，包括如下步骤：步骤1，所述中央处理器设定所述换热器进口处的冷却水温度TL1，调整所述冷却水循环速度以维持该温度TL1，同时监测所述换热器出口处的冷却水温度TL2；步骤2，所述中央处理器根据管径计算出冷却水的循环质量流率QL，根据进口处的冷却水温度TL1和出口处的冷却水温度TL2，以及冷却水的循环质量流率QL，计算出单位时间内换热器所需交换的热量RL，采用如下公式：RL＝(TL2-TL1)*QL*C,其中C为水的比热；步骤3，所述中央处理器监测所述换热器进口处的地热水温度TD1和换热器进口处的地热水温度TD2，并计算地热水的单位质量流率QD；采用如下步骤：首先计算单位时间内换热器能够获得的热量RD：RD＝(TD1-TD2)*QD*C,其中C为水的比热；其次使RD＝RL，则可以求出QD＝(TL2-TL1)*QL/(TD1-TD2)；通过QD计算出所述集水器的抽取速度，控制所述集水器的抽水泵的转速以维持该抽取速度。特别地，上述方法还包括以下步骤：步骤4，所述中央处理器根据所述集水器的质量流率，为每一个开采井计算采水质量流率QK，从而控制每个开采井的水泵的转速；步骤5，所述中央处理器监测每个开采井的水位、水温，如果某个开采井的水位或水温低于预定值，则中央处理器控制该开采井的水泵停止转动，或者以较低的水平转动，同时相应提高水位较高的开采井的水泵的转速，使得其输出的质量流率增加，从而整体上确保开采井的地热水总质量流率维持在QD。特别地，上述方法还包括以下步骤：步骤6，所述中央处理器监测每个回灌井的水位、水温，如果某个回灌井的水位高于预定值，则中央处理器控制该回灌井的流量自动控制装置关闭，或者以较小的开度打开，同时相应提高水位较低的回灌井的流量自动控制装置的开度，使得其回灌的水的质量流率增加。特别地，上述方法还包括以下步骤：步骤6，所述中央处理器监测每个回灌井的水位、水温，如果某个回灌井的温度低于预定值，则所述中央处理器控制该回灌井的流量自动控制装置关闭，或者以较小的开度打开，同时相应提高水位较低的回灌井的流量自动控制装置的开度，使得其回灌的水的质量流率增加。进一步地，上述方法还包括以下步骤：步骤1，选择示踪剂：测定地热田的地热水成分，确定其不含有所选定示踪剂，检测地热田的岩石结构，确保所选定示踪剂不与该岩石发生反应或被岩石吸收，检测地热水温度，确保地热水温度不影响所选定示踪剂的稳定性；步骤2，选定多组开采井和回灌井，对于其中的每一组，开采井中开采的地热水全部回灌到同组的回灌井中，向每组的回灌井中注入示踪剂，示踪剂的质量与集水器的质量流率QD相关，所述中央处理器还包括示踪剂计算模块，根据下述公式计算示踪剂质量Ms：Ms＝QD*24*D*S/P其中S为示踪剂最低检测下限浓度，D为实验天数，P为示踪剂回收率；步骤3，所述中央处理器还包括示踪剂分配模块，所述中央处理器监测每个回灌井的回灌水量，并取每个回灌井一段时间的回灌水量的平均值相比较，按比例计算出每个回灌井应投放的示踪剂量Msn＝Ms*B，其中B为单个回灌井一段时间的回灌水量的平均值占全部回灌水量的比例；步骤4，根据步骤3计算出的每个回灌井应投放的示踪剂量Msn，对每个回灌井进行投放示踪剂；步骤5，检测相应组的开采井中的地热水的示踪剂含量，如果所述示踪剂含量未检测到，说明回到该组开采井中示踪剂的含量小于P值，则回灌井与开采井之间不存在直接的水流通道，回灌井是有效的，可以继续使用；如果检测到一定量的示踪剂含量，则说明该组回灌井与开采井之间存在直接的水流通道，则应重新评估回灌井是否应当继续采用。特别地，上述方法还包括以下步骤：步骤6，将检测到示踪剂含量的开采井和回灌井的组拆散，重新配对组成新的开采井和回灌井的组，重复步骤1-5。本专利技术的智能地热采灌系统可以高效地实现地热采集和回灌的自动控制，确保供热的稳定性，自动化程度高。可以有效地平衡各个开采井和各个回灌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能地热采灌系统，其特征在于：包括多个开采井、多个回灌井以及中央处理器，所述多个开采井分别与一个集水器连接，所述多个回灌井分别与一个分水器连接，所述集水器与所述分水器之间设置有换热器，所述开采井与所述回灌井内部均设置有水位、水温自动监测仪，所述水位、水温自动监测仪通过数据采集装置连接所述中央处理器，所述数据采集装置包括与所述水位、水温自动监测仪连接的数据无线传输装置以及与所述中央处理器连接的数据接收装置。

【技术特征摘要】
1.一种智能地热采灌系统，其特征在于：包括多个开采井、多个回灌井以及中央处理器，所述多个开采井分别与一个集水器连接，所述多个回灌井分别与一个分水器连接，所述集水器与所述分水器之间设置有换热器，所述开采井与所述回灌井内部均设置有水位、水温自动监测仪，所述水位、水温自动监测仪通过数据采集装置连接所述中央处理器，所述数据采集装置包括与所述水位、水温自动监测仪连接的数据无线传输装置以及与所述中央处理器连接的数据接收装置。2.根据权利要求1所述的智能地热采灌系统，其特征在于：所述开采井通过送水管与所述集水器连接，所述回灌井通过回灌管道与所述分水器连接，所述送水管的末端上设置有水泵，所述回灌管道上设置有流量自动控制装置，地热水从所述集水器进入到所述换热器中与其中的冷却水进行换热后进入分水器中；在所述水泵下方设置有所述水位、水温自动监测仪，所述水位、水温自动监测仪通过数据传输线缆连接到井外的数据无线传输装置上，数据无线传输装置将所述水位、水温自动监测仪采集到的开采井参数传输到数据接收装置上，所述数据接收装置进一步将所述开采井参数传输给中央处理器；在每个回灌管道的出口的下方也都设置有水位、水温自动监测仪，回灌井中的回灌水参数被采集后通过回灌井的数据无线传输装置传输到所述数据接收装置上，并进而传输到所述中央处理器上。3.根据权利要求1所述的智能地热采灌系统，其特征在于：所述水泵的进口处设置有一级过滤装置，该一级过滤装置为粗滤装置；在所述集水器和换热器之间的出水管道上，设置有二级过滤装置，该过滤装置为精滤装置；所述出水管道设置在集水器的上部，高于所述集水器的进水管。4.根据权利要求3所述的智能地热采灌系统，其特征在于：在所述集水器的中上部还设置有过滤网，用于隔离所述进水管和出水管，所述集水器和所述分水器的下部都配置有排污口。5.一种基于权利要求1-4任意一项所述的智能地热采灌系统的智能地热采灌方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，所述中央处理器设定所述换热器进口处的冷却水温度TL1，调整所述冷却水循环速度以维持该温度TL1，同时监测所述换热器出口处的冷却水温度TL2；步骤2，所述中央处理器根据管径计算出冷却水的循环质量流率QL，根据进口处的冷却水温度TL1和出口处的冷却水温度TL2，以及冷却水的循环质量流率QL，计算出单位时间内换热器所需交换的热量RL，采用如下公式：RL＝(TL2-TL1)*QL*C,其中C为水的比热；步骤3，所述中央处理器监测所述换热器进口处的地热水温度TD1和换热器进口处的地热水温度TD2，并计算地热水的单位质量流率QD；采用如下步骤：首先计算单位时间内换热器能够获得的热量RD：RD＝(TD1-TD2)*QD*C,其中C为水的比热；其次使RD＝RL，则可以求出QD＝(TL2-TL1)*QL/(TD1-TD2)；通过QD计算出所述集水器的抽取速度，控制所述集水器的抽水泵的转速以维持该抽取速度。6.如权利要求5所述的智能地热...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树芳，刘久荣，林沛，叶超，王家忠，高志辉，王丽亚，田秀梅，刘元章，郭彬彬，崔一娇，孙赵爽，王旭，杜旋，
申请(专利权)人：北京市水文地质工程地质大队，
类型：发明
国别省市：北京;11