井下强化换热系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种井下强化换热系统，其涉及能源利用领域，井下强化换热系统包括：下入至地热储层的第一井筒和位于第一井筒上方并与第一井筒连通的第二井筒；第一井筒的侧壁上开设有对流通孔；设置在第二井筒底部的固定台；设置在第二井筒中的换热器套筒，换热器套筒的侧壁上开设有排水孔；设置在第一井筒中的管体；连接在固定台上的泵体，泵体的进口与管体相连通，泵体的出口与换热器套筒相连通；热泵系统，其包括设置在换热器套筒中的呈螺旋状的换热器，工质下降管，工质上升管，压缩机，冷凝器，节流阀，以及热泵系统中充入的工质。本申请能够实现对地热深井的“取热不取水”，实现高效换热以及地热能的可持续利用的目的。高效换热以及地热能的可持续利用的目的。高效换热以及地热能的可持续利用的目的。

【技术实现步骤摘要】
井下强化换热系统


[0001]本技术涉及能源利用领域，特别涉及一种井下强化换热系统。

技术介绍

[0002]地热能是由地壳抽取的可循环利用的天然热能，其具有储量大、分布广、清洁环保及利用系数高等特点，相比太阳能和风能，热源稳定性好、不受季节天气影响。我国地热资源丰富，可开采的地热储量相当于2560亿吨标准煤，其中70％以上为150℃以下的中低温地热。我国地热资源丰富地区与供暖区域高度重合，因此，发展地热能供暖，是降低我国燃煤消耗量及CO2排放的重要举措。
[0003]传统的水热型地热能开发技术是以直接抽取地下水为主，北方地区地下水位低，导致水泵耗功大、运行费用高。为了保护地下水资源，必须同层回灌，需设置回灌井，这样会导致钻井成本过高。地热水的回灌量取决于地层结构，北方地区回灌率普遍较低，导致地下水位下降，严重时甚至会引起地面下沉；另外一方面，地下水中含有硫化氢等气体，会造成地表化学污染，回灌不利也会引起热污染；目前就我国而言不进行回灌操作的地热项目均已被叫停。此外，地热水在管内、换热器内的结垢也会给运行带来一定的影响。因此，亟需发展一种新的取热不取水的地热能开发技术，以实现地热能环保、低成本、可持续的开发。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺陷，本技术实施例所要解决的技术问题是提供了一种井下强化换热系统，其能够实现对地热深井的“取热不取水”，实现高效换热以及地热能的可持续利用。
[0005]本技术实施例的具体技术方案是：
[0006]一种井下强化换热系统，所述井下强化换热系统包括：
[0007]下入至地热储层的第一井筒和位于所述第一井筒上方并与所述第一井筒连通的第二井筒，所述第一井筒的直径小于所述第二井筒的直径；所述第一井筒的侧壁上开设有对流通孔以使所述第一井筒内部与地热储层内的地下水形成对流；
[0008]设置在所述第二井筒底部的固定台；设置在所述第二井筒中沿竖直方向延伸的换热器套筒，所述换热器套筒的侧壁上开设有排水孔；设置在所述第一井筒中的沿竖直方向延伸的管体；连接在所述固定台上的泵体，所述泵体的进口与所述管体的上端相连通，所述泵体的出口与所述换热器套筒的下端相连通；
[0009]热泵系统，其包括设置在所述换热器套筒中的呈螺旋状的换热器，与所述换热器的位于上端的工质进口相连接的工质下降管，与所述换热器的位于下端的工质出口相连接的工质上升管，依次连接在所述工质上升管至所述工质下降管之间的压缩机、冷凝器、节流阀，以及所述热泵系统中充入的工质，所述工质能够在换热器中被换热器套筒内的地下水加热成气体。
[0010]优选地，所述管体的下端处设置有用于除砂的过滤网。
[0011]优选地，所述排水孔位于所述换热器的上方。
[0012]优选地，所述工质上升管外涂覆有绝热材料，所述工质下降管外涂覆有绝热材料；所述换热器套筒的外壁面涂覆有绝热材料；所述管体的外壁面涂覆有绝热材料。
[0013]优选地，所述泵体位于液面之下并靠近静液面处，所述换热器位于静液面之上。
[0014]优选地，所述换热器包括第一螺旋管和第二螺旋管，所述第二螺旋管的整体形状的径向尺寸小于所述第一螺旋管的整体形状的径向尺寸，所述第二螺旋管位于所述第一螺旋管的中部。
[0015]优选地，所述换热器在竖直方向的高度大于在水平方向的宽度。
[0016]优选地，所述换热器的换热管的内壁面具有呈螺旋状延伸的凹槽。
[0017]优选地，所述换热器套筒内的水在所述泵体的驱动下由下向上流动，所述换热器中的工质由上向下流动。
[0018]本技术的技术方案具有以下显著有益效果：
[0019]本申请中的井下强化换热系统通过泵体将下入至地热储层的第一井筒内的地热水通过管体向上抽吸，地热水经过抽吸后向上流入至换热器套筒内，并与换热器套筒中设置的呈螺旋状的换热器进行换热，使得换热器中的工质吸热汽化；经过换热器冷却后的地热水从换热器套筒侧壁上开设有排水孔排出至第二井筒和换热器套筒之间的环空，在重力的作用下下落至第一井筒中，该地热水如此循环流动。换热器中的工质汽化后通过工质上升管上升排出至井外，经过压缩机压缩成高压气体并且大幅升温，工质再流经冷凝器进行放热，以将该热量供给热用户。之后工质再经过节流阀降压降温变成气相和液相两相工质，两相工质通过工质下降管再流至第一井筒中的换热器进行换热升温，然后经过工质上升管流出，如此循环。在整个过程中，地热储层中的地热水只是在管体、换热器套筒、第二井筒和第一井筒中循环流动，并未抽取地下水输出至井外，实现了对地热深井的“取热不取水”，也实现高效换热以及地热能的可持续利用的目的，有效保护地下水资源。另外，整个运行过程地热水一直在井内循环流动，无需进行回灌操作，同时未对地热水造成污染，地热水也未造成地表化学污染。因此，本申请中的井下强化换热系统具有环保、低成本、可持续开发的优势。
[0020]参照后文的说明和附图，详细公开了本技术的特定实施方式，指明了本技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本技术的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
[0021]在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本技术的理解，并不是具体限定本技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本技术。
[0022]图1为本技术实施例中井下强化换热系统井下部分的结构示意图；
[0023]图2为本技术实施例中井下强化换热系统井上部分的结构示意图。
[0024]以上附图的附图标记：
[0025]1、井盖；2、工质下降管；3、换热器；31、第一螺旋管；32、第二螺旋管；4、工质上升管；5、换热器套筒；6、泵体；7、管体；8、过滤网；9、对流通道；10、固定台；11、第二井筒；12、固井水泥；13、联箱；14、排水孔；15、绝热材料；16、压缩机；17、冷凝器；18、节流阀；100、静液面；200、地热储层。
具体实施方式
[0026]结合附图和本技术具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本技术的细节。但是，在此描述的本技术的具体实施方式，仅用于解释本技术的目的，而不能以任何方式理解成是对本技术的限制。在本技术的教导下，技术人员可以构想基于本技术的任意可能的变形，这些都应被视为属于本技术的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下强化换热系统，其特征在于，所述井下强化换热系统包括：下入至地热储层的第一井筒和位于所述第一井筒上方并与所述第一井筒连通的第二井筒，所述第一井筒的直径小于所述第二井筒的直径；所述第一井筒的侧壁上开设有对流通孔以使所述第一井筒内部与地热储层内的地下水形成对流；设置在所述第二井筒底部的固定台；设置在所述第二井筒中沿竖直方向延伸的换热器套筒，所述换热器套筒的侧壁上开设有排水孔；设置在所述第一井筒中的沿竖直方向延伸的管体；连接在所述固定台上的泵体，所述泵体的进口与所述管体的上端相连通，所述泵体的出口与所述换热器套筒的下端相连通；热泵系统，其包括设置在所述换热器套筒中的呈螺旋状的换热器，与所述换热器的位于上端的工质进口相连接的工质下降管，与所述换热器的位于下端的工质出口相连接的工质上升管，依次连接在所述工质上升管至所述工质下降管之间的压缩机、冷凝器、节流阀，以及所述热泵系统中充入的工质，所述工质能够在换热器中被换热器套筒内的地下水加热成气体。2.根据权利要求1所述的井下强化换热系统，其特征在于，所述管体的下端处设置有用于除砂的过滤网。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，徐雅静，张磊，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：