一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法技术

本申请涉及地热利用技术领域，尤其是涉及一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法，S1，判断地热井的含水层分布及影响半径，获取地下水径流方向，地热井的位置、深度和抽水层位信息；S2，在位于原热管系统地热井的地下水径流方向的下游设置用于增设人工地下水流场的增流抽水井；S3，增流抽水井抽取地热水经增流通道输送至水热型地热井位置的地下储层中。本申请通过增设人工地下水流场，一方面通过下游抽水井的抽水，形成人工地下水流场，提高地下水径流速度，强化对流传热过程，增加了热管的采热量。一方面，经增流通道流入热储层中的热水，因抽取的是同层位的地热水，可使高温流体不断地补充到热管附近，有助于提高热管的采热量。热管的采热量。热管的采热量。

【技术实现步骤摘要】
一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法


[0001]本申请涉及地热利用
，尤其是涉及一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法。

技术介绍

[0002]我国地热资源分布广、类型多、资源丰富，大力开发利用地热清洁能源，有助于促进节能减排，助力“碳达峰、碳中和”目标实现。地热资源按照热流传输机制可分为浅层地热能、水热型地热和干热岩型地热资源。浅层地热能多通过地源热泵系统进行开采，水热型地热资源通常利用地热井进行开采，干热岩中的热能则通过建立增强型地热系统进行开发。
[0003]利用热管开发利用地热资源成为地热开发的前沿技术。热管具有较高的导热性、优良的等温性等特征，利用管内工质的相变，可以将热量迅速地从高温端传输到低温端。目前地热热管技术已经成功应用于道路融雪、建筑供暖、油田井筒伴热、地热开采等方面。
[0004]用于地热开采的热管系统一般包括地热热管、充设有流体工质的高渗透性热储、位于地面的换热器和热利用装置，地热热管具有依次连通的热管冷凝段、热管绝热段和热管蒸发段，热管蒸发段穿设在高渗透性热储中，热管冷凝段与热利用装置通过所述换热器换热。
[0005]水热型地热资源在我国分布广泛，资源量巨大，也是目前地热利用的主力军。然而在利用地热井开采过程中面临回灌困难、管道结垢等问题，限制了地热资源的可持续利用。结合热管技术形成的地热开发系统包括热管、热利用装置和高渗透性热储，已有研究表明，高渗透性热储中地下水渗流场可有效缓系统解冷、热堆积现象，随着地下水流速增加，换热效率总体上呈增加趋势。
[0006]受储热介质热物性以及热管与介质换热面积的限制，地热热管技术采热量在实际应用中普遍小于50kW，这也限制了该技术的应用。热管效率的提高除已有专利技术多集中在如何提高热管内部热量提取，对于高渗透性热储的研究多集中在储层改造方面，改造难度大，投入成本高，如何利用原有地下水径流高效经济地提高换热效率是需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对上述缺点和不足，本申请提出了一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法，能够通过人工方法加快地下水径流，在热传导基础上，强化地下水与热管之间的热对流，增加热管的采热量，提高换热能力，从而提高水热型地热系统的经济性。
[0008]采用如下的技术方案：一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法，包括以下步骤：S1，首先进行地质勘查调查地下水径流方向，通过查阅原热管系统的水热型地热井的钻遇地层和相关抽水试验资料，获取水热型地热井的位置、深度、抽水层位和地下水径流方向信息，判断地热井的含水层分布及影响半径；S2，在位于原热管系统地热井的地下水径流方向的下游设置用于增设人工地下水
流场的增流抽水井，增流抽水井与水热型地热井的距离大于水热型地热井的影响半径，增流抽水井的深度浅于水热型地热井的深度，增流抽水井与水热型地热井的抽水层位位于同一地下水流层；S3，增流抽水井抽取地热水经增流通道输送至水热型地热井位置的地下储层中。
[0009]采用上述技术方案，通过下游增流抽水井的抽水，形成人工地下水流场，加快上游的水热型地热井的热储水向下游流动，从而提高地下水径流速度，流入水热型地热井位置的热储层中的热水，可使高温流体不断地补充到地热采集管附近，提高热管系统的采热量。
[0010]可选的， 所述水热型地热井和增流抽水井均穿通土壤层并揭露含有渗透性热储的热储开采层位，所述渗透性热储的流体分别渗透至水热型地热井内和增流抽水井内；所述水热型地热井内U型布置有回路型热管，在地面上设置有与回路型热管连通的换热器以及与换热器连通的热利用装置；所述换热器内设置有相互热交换的放热管路与吸热管路，所述放热管路的两端口分别为连接回路型热管的冷凝出水口和热质进口；所述吸热管路的两端口分别为连接热利用装置的热质出口和冷凝水进口，所述热质出口通过输热管道连接热利用装置的进口，所述冷凝水进口通过回水管道连接热利用装置的出口，以实现为热利用装置供热。
[0011]采用上述技术方案，由回路型热管在水热型地热井内采集流体的热量，之后传到至换热器进行热交换，换热器输出的热水传到至热利用装置进行利用。
[0012]可选的，所述回路型热管包括热管吸热段、热管蒸发段和热管回液段；所述热管回液段一端连接所述放热管路的冷凝出水口，所述热管回液段的另一端连接热管吸热段的一端口，所述放热管路的冷凝水通过热管回液段回流至热管吸热段中；所述热管吸热段位于U型布置的回路型热管的U型下部，所述热管吸热段内的冷凝水与水热型地热井内的流体进行热交换；所述热管蒸发段连接在所述热管吸热段的另一端口与所述放热管路的热质进口之间，所述热管吸热段内的冷凝水吸收流体的热量后升温的热水及蒸发的水蒸气通过热管蒸发段进入到所述放热管路的热质进口；所述热管蒸发段外侧包裹有绝热层。
[0013]采用上述技术方案，回路型热管的热管吸热段中的液体工质从水热型地热井内的渗透性热储中吸收热量，通过工质相变，经热管蒸发段把渗透性热储中的热量输送到地面的回路型热管式的换热器中，再输送到热利用装置进行利用，冷凝水回流至热管回液段重新采集渗透性热储中的热量。
[0014]可选的，所述增流通道为地上增热回流管路；所述地上增热回流管路连接有潜水泵，所述潜水泵的吸水口位于增流抽水井内的流体液面下方；所述地上增热回流管路包括一端口连接潜水泵出水口的进液管、一端口布置在水热型地热井内的出液管以及连接在进液管另一端口与出液管另一端口之间的传输管；所述传输管位于地面之上；所述传输管靠近进液管的管段上设置有截止阀。
[0015]采用上述技术方案，地上增热回流管路方便安装拆卸，也便于人员控制增流通道
的启停。
[0016]可选的，所述出液管的下部开设有位于水热型地热井的流体液面下方的出水孔；具体的，出水孔的数量可选用8个以上，并使出水孔均匀分布在出液管的下部侧壁。
[0017]采用上述技术方案，地上增热回流管路从增流抽水井内抽取的水能够均匀的补充到水热型地热井附近的渗透性热储中。
[0018]可选的，所述增流通道为地下增热回流管路；所述增流抽水井位于土壤层上方的井口盖设有井盖。
[0019]采用上述技术方案，地下增热回流管路的结构方式，减少地面空间占用，增设井盖能防范到防护人员失足掉落井下的隐患；也能够防护其他物体掉落井内。
[0020]可选的，所述地下增热回流管路包括设置在渗透性热储内的回灌通道；所述回灌通道的两端分别连通增流抽水井内的流体与水热型地热井内的流体；所述回灌通道自连通增流抽水井的一端至连通水热型地热井一端向下倾斜设置。
[0021]采用上述技术方案，倾斜的回灌通道实现地下水流场的热量转移至回路型热管采热处，高温流体不断地补充到地热采集管的热管吸热段附近，并且促进地下水径流速度，提高了回路型热管的采热效率。
[0022]可选的， 所述回灌通道自增流抽水井的底部连通至水热型地热井的底部，所述水热型地热井的底部自远离回灌通道的一端至靠近回灌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法，其特征在于,包括以下步骤：S1，首先进行地质勘查调查地下水径流方向，通过查阅原热管系统的水热型地热井（1）的钻遇地层和相关抽水试验资料，获取水热型地热井（1）的位置、深度、抽水层位和地下水径流方向（2）信息，判断地热井的含水层分布及影响半径；S2，在位于原热管系统地热井的地下水径流方向（2）的下游设置用于增设人工地下水流场的增流抽水井（3），增流抽水井（3）与水热型地热井（1）的距离大于水热型地热井（1）的影响半径，增流抽水井（3）的深度浅于水热型地热井（1）的深度，增流抽水井（3）与水热型地热井（1）的抽水层位位于同一地下水流层；S3，增流抽水井（3）抽取地热水经增流通道输送至水热型地热井（1）位置的地下储层中。2.根据权利要求1所述的一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法，其特征在于, 所述水热型地热井（1）和增流抽水井（3）均穿通土壤层（4）并揭露含有渗透性热储（5）的热储开采层位，所述渗透性热储（5）的流体分别渗透至水热型地热井（1）内和增流抽水井（3）内；所述水热型地热井（1）内U型布置有回路型热管，在地面上设置有与回路型热管连通的换热器（6）以及与换热器（6）连通的热利用装置（7）；所述换热器（6）内设置有相互热交换的放热管路与吸热管路，所述放热管路的两端口分别为连接回路型热管的冷凝出水口和热质进口；所述吸热管路的两端口分别为连接热利用装置（7）的热质出口和冷凝水进口，所述热质出口通过输热管道（8）连接热利用装置（7）的进口，所述冷凝水进口通过回水管道（9）连接热利用装置（7）的出口，以实现为热利用装置（7）供热。3.根据权利要求2所述的一种通过增设人工地下水流场提高热管换热性能的方法，其特征在于,所述回路型热管包括热管吸热段（10）、热管蒸发段（11）和热管回液段（12）；所述热管回液段（12）一端连接所述放热管路的冷凝出水口，所述热管回液段（12）的另一端连接热管吸热段（10）的一端口，所述放热管路的冷凝水通过热管回液段（12）回流至热管吸热段（10）中；所述热管吸热段（10）位于U型布置的回路型热管的U型下部，所述热管吸热段（10）内的冷凝水与水热型地热井（1）内的流体进行热交换；所述热管蒸发段（11）连接在所述热管吸热段（10）的另一端口与所述放热管路的热质进口之间，所述热管吸热段（10）内的冷凝水吸收流体的热量后升温的热水及蒸发的水蒸气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王婉丽，王贵玲，邢林啸，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，
类型：发明
国别省市：