一种强制对流换热型地热水平井单井供热系统技术方案

本发明专利技术公开了一种强制对流换热型地热水平井单井供热系统，包括：地上部分，包括热泵机组、取热工质循环泵和井口装置，取热工质循环泵分别与井口装置和热泵机组连接；单井取热部分，包括同轴井下换热器、套管和筛管，同轴井下换热器包括中心管柱和外层管柱，取热工质与地热水在单井取热部分进行热交换；强制对流部分，包括打孔筛管、封隔器、深井泵和输水管，强制对流部分排出换热后的地热水，并补充新的地热水。本发明专利技术通过设置水平井段增加取热工质在高温热储层的取热时间，在高温水平井段布置深井泵，增加区域内扰动和含水层流速，激发强制对流换热条件，从而强化井下换热效率，充分获取地层热量，增加地热井单井取热功率和供热能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种强制对流换热型地热水平井单井供热系统


[0001]本专利技术属于地热能提取
，具体涉及一种强制对流换热型地热水平井单井供热系统。

技术介绍

[0002]地热能作为一种新能源，具有分布广、成本低、易于开采、洁净及可直接利用等优点。如能充分开发，则可节省大量的常规能源，并缓解经济、社会发展导致日益增长的清洁能源缺口。我国地热资源丰富，分布范围广，目前通过抽灌式系统开发和利用地热能的技术已经较为成熟，但限于部分孔隙性热储回灌效果不理想，长期开采会对地面环境和地下储层造成一定影响。此外，部分地区虽然地层温度较高，但地下水量较小或地层含有石油，无法直接通过抽取地热水的方式开发利用地热资源。
[0003]鉴于以上问题，地热井单井换热思路被提出。目前，单井换热包括同轴套管、超长重力热管、U型管井下换热技术。但是它们或通过全井段固井、与井壁围岩利用热传导的方式从地层进行取热，或通过裸眼或筛管段、利用含水层微弱的渗流和地下微弱的自然对流进行对流换热，从理论计算和实际应用效果看，单井取热量均有限。此外，目前单井换热系统以直井和具有一定角度的定向井为应用，虽然井底温度较高，但高温段较短，取热流体在高温段的换热时间有限，同样影响单井取热效果。
[0004]因此，特别需要一种取热量高的地热井单井换热。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供取热量高的强制对流换热型地热水平井单井供热系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种强制对流换热型地热水平井单井供热系统，包括：地上部分，所述地上部分包括热泵机组、取热工质循环泵和井口装置，所述取热工质循环泵分别与所述井口装置和所述热泵机组连接；单井取热部分，所述单井取热部分包括同轴井下换热器、套管和筛管，所述同轴井下换热器包括中心管柱和外层管柱，所述中心管柱套设在所述外层管柱内，所述外层管柱套设在所述套管和所述筛管内，所述套管与所述筛管连接，所述中心管柱和外层管柱均与所述井口装置连接，取热工质与地热水在所述单井取热部分进行热交换；强制对流部分，所述强制对流部分包括打孔筛管、封隔器、深井泵和输水管，所述打孔筛管的一端与所述同轴井下换热器的底部连接，另一端与所述深井泵的一端连接，所述深井泵的另一端与所述输水管连接，所述打孔筛管、封隔器、深井泵和输水管均设置在所述筛管内，所述强制对流部分排出换热后的地热水，并补充新的地热水。
[0007]可选的，所述中心管柱包括竖直中心管柱段、倾斜中心管柱段和水平中心管柱段，所述竖直中心管柱段、倾斜中心管柱段和水平中心管柱段依次连接；所述外层管柱包括竖直外层管柱段、倾斜外层管柱段和水平外层管柱段，所述竖直外层管柱段、倾斜外层管柱段和段水平外层管柱段依次连接。
[0008]可选的，所述外层管柱的底部为封闭结构，所述外层管柱的长度大于所述中心管
柱的长度。
[0009]可选的，所述井口装置的进口分别与所述取热工质循环泵的出口和所述竖直外层管柱段的上端连接；所述井口装置的出口分别与所述热泵机组的进口和所述竖直中心管柱段的上端连接。
[0010]可选的，所述井口装置的出口与所述热泵机组的进口之间设有流量计和温度变送器。
[0011]可选的，所述输水管上与所述深井泵连接的的部分由所述封隔器支撑，所述封隔器固定在所述筛管内。
[0012]可选的，所述套管上部的外侧采用保温水泥进行固定，下部的外侧采用导热水泥进行固定。
[0013]可选的，所述取热工质包括无机工质、热物理性质适宜的单一有机工质或热物理性质适宜的多元有机工质。
[0014]可选的，所述中心管柱采用双层油管。
[0015]可选的，所述外层管柱采用套管、波纹管或翅片管。
[0016]本专利技术的有益效果在于：本专利技术的强制对流换热型地热水平井单井供热系统在单井取热部分中，下入同轴井下换热器实现井下换热，在强制对流部分中下入深井泵和输水管，同轴井下换热器包括竖直井段、倾斜井段和水平井段，通过设置水平井段增加取热工质在高温热储层的取热时间，在高温水平井段布置深井泵，增加区域内扰动和含水层流速，激发强制对流换热条件，从而强化井下换热效率，充分获取地层热量，增加地热井单井取热功率和供热能力。
[0017]本专利技术具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本专利技术的特定原理。
附图说明
[0018]通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0019]图1是根据本专利技术的一个实施例的强制对流换热型地热水平井单井供热系统的结构连接图。
[0020]主要附图标记说明：
[0021]1、热泵机组；2、流量计；3、温度变送器；4、取热工质循环泵；5、同轴井下换热器；6、中心管柱；7、外层管柱；8、套管；9、封隔器；10、筛管；11、输水管；12、深井泵；13、打孔筛管；14、导热水泥；15、保温水泥；16、井口装置；17、旁通阀门组。
具体实施方式
[0022]下面将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然以下描述了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地
传达给本领域的技术人员。
[0023]根据本专利技术的一种强制对流换热型地热水平井单井供热系统，包括：地上部分，地上部分包括热泵机组、取热工质循环泵和井口装置，取热工质循环泵分别与井口装置和热泵机组连接；单井取热部分，单井取热部分包括同轴井下换热器、套管和筛管，同轴井下换热器包括中心管柱和外层管柱，中心管柱套设在外层管柱内，外层管柱套设在套管和筛管内，套管与筛管连接，中心管柱和外层管柱均与井口装置连接，取热工质与地热水在单井取热部分进行热交换；强制对流部分，强制对流部分包括打孔筛管、封隔器、深井泵和输水管，打孔筛管的一端与同轴井下换热器的底部连接，另一端与深井泵的一端连接，深井泵的另一端与输水管连接，打孔筛管、封隔器、深井泵和输水管均设置在筛管内，强制对流部分排出换热后的地热水，并补充新的地热水。
[0024]具体的，以地面为界，地上部分主要由井口装置、热泵机组、取热工质循环泵等组成，井口装置出口的与、热泵机组蒸发器的入口相连接；热泵机组蒸发器的出口与取热工质循环泵连接，取热工质循环泵与井口装置的入口连接；热泵机组的冷凝器与用热用户末端相连接；以上设备的连接方式均为管道连接，并在必要位置设置旁路和阀门。
[0025]以地面为界，地下部分主要由单井取热部分和强制对流部分构成。外层管柱底端前为单井取热部分，外层管柱底端后为强制对流部分。单井取热部分包括同轴井下换热器、套管、筛管。同轴井下换热器包括中心管柱和外层管柱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强制对流换热型地热水平井单井供热系统，其特征在于，包括：地上部分，所述地上部分包括热泵机组、取热工质循环泵和井口装置，所述取热工质循环泵分别与所述井口装置和所述热泵机组连接；单井取热部分，所述单井取热部分包括同轴井下换热器、套管和筛管，所述同轴井下换热器包括中心管柱和外层管柱，所述中心管柱套设在所述外层管柱内，所述外层管柱套设在所述套管和所述筛管内，所述套管与所述筛管连接，所述中心管柱和外层管柱均与所述井口装置连接，取热工质与地热水在所述单井取热部分进行热交换；强制对流部分，所述强制对流部分包括打孔筛管、封隔器、深井泵和输水管，所述打孔筛管的一端与所述同轴井下换热器的底部连接，另一端与所述深井泵的一端连接，所述深井泵的另一端与所述输水管连接，所述打孔筛管、封隔器、深井泵和输水管均设置在所述筛管内，所述强制对流部分排出换热后的地热水，并补充新的地热水。2.根据权利要求1所述的强制对流换热型地热水平井单井供热系统，其特征在于，所述中心管柱包括竖直中心管柱段、倾斜中心管柱段和水平中心管柱段，所述竖直中心管柱段、倾斜中心管柱段和水平中心管柱段依次连接；所述外层管柱包括竖直外层管柱段、倾斜外层管柱段和水平外层管柱段，所述竖直外层管柱段、倾斜外层管柱段和段水平外层管柱段依次连接。3.根据权利要求2所述的强制对流换热型地热水平井单井供...

【专利技术属性】
技术研发人员：国殿斌，王天任，郭啸峰，张海雄，李昊，金光彬，高涛，赵鹏飞，丁欣颖，方伟，
申请(专利权)人：中国石化集团新星石油有限责任公司中石化新星北京新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：