CN104154668A - 封闭式深井地热能采集*** - Google Patents

Abstract

一种封闭式深井地热能采集***，包含设置在地面下600m-1000m区域的热能采集装置，获取地下深层高品质地热热源的热能；保温与传送通道连接热能采集装置的两端，与热能采集装置一起形成可供导热介质流通的封闭式循环热能传送通道；设置在管井井口位置处，并套设在保温与传送通道外部的井口固井装置固定井壁，避免井壁坍塌；热能采集装置通过连接保温与传送通道的散热装置向外部提供持续的热能。本发明克服了常规浅层地能热提取***的不足，通过现代钻井技术，利用地下深处高达50℃及以上的高品位热页岩等富热层作为热源，提供高效的热能，并且可持续工作，不间断提供热能。

Description

封闭式深井地热能采集***

技术领域

本发明涉及一种封闭式深井地热能采集***。

背景技术

地热能是很好的环保能源，现有的地热能的采集提取***往往利用浅层地热能（小于500m），通过一级或多级的热交换，逐渐将低品位的热能（10℃左右）转为稍高品位的热能，转换的效率较低，根源在于浅层地能热的热源本身的品位不高。

发明内容

本发明提供一种封闭式深井地热能采集***，克服了常规浅层地能热提取***的不足，通过现代钻井技术，利用地下深处高达50℃及以上的高品位热页岩等富热层作为热源，提供高效的热能，并且可持续工作，不间断提供热能。

为了达到上述目的，本发明提供一种封闭式深井地热能采集***，其设置在管井内，该封闭式深井地热能采集***包含：

热能采集装置，其设置在地面下600m-1000m的区域，获取地下深层高品质地热热源的热能；

保温与传送通道，其连接热能采集装置的两端，与热能采集装置一起形成可供导热介质流通的封闭式循环热能传送通道；

井口固井装置，其设置在管井井口位置处，并套设在保温与传送通道外部，固定井壁，避免井壁坍塌；

散热装置，其连接保温与传送通道，向外部提供持续的热能。

所述的保温与传送通道包含：

入口换热泵，其设置在管井井口；

入口保温套管，其一端连接入口换热泵，另一端连接热能采集装置；

出口保温套管，其一端连接热能采集装置；

出口换热泵，其连接出口保温套管；

地面输送管道，其连接入口换热泵和出口换热泵，该地面输送管道设置在地面上。

所述的保温与传送通道还包含：电磁阀，其设置在地面输送管道上。

所述的入口保温套管、出口保温套管和地面输送管道外层都具有保温材料和绝热涂层。

所述的热能采集装置包含：

集热导热套管，其直接接触高品质的地热热源，将热能传导给导热介质；

套管悬挂器，其连接集热导热套管的两端；

快速连接与释放接头，其用于连接套管悬挂器和入口保温套管，还用于连接相邻的两个集热导热套管； 

转换接头，其用于连接套管悬挂器和出口保温套管。

所述的快速连接与释放接头的数量最少为一个。

所述的热能采集装置中包含的集热导热套管、快速连接与释放接头、套管悬挂器和转换接头都采用金属材料，具有良好的导热性能。

所述的井口固井装置分别套设在入口保温套管和出口保温套管的外部，该井口固井装置包含连接设置的表层套管和技术套管。

所述的散热装置包含：

能量输出盘管，其连接地面输送管道；

散热组件，其与能量输出管盘耦合；

散热换热盘管，其与散热组件耦合，该散热换热盘管连接供热管路；

所述的散热组件包含：

蒸发器，其与能量输出管盘耦合；

冷凝器，其连接蒸发器；

压缩机，其一端连接蒸发器，另一端连接冷凝器；

膨胀阀，其一端连接蒸发器，另一端连接冷凝器。

所述的散热装置还包含连接散热换热盘管的能量输出泵。

本发明可利用地下深处的高品位热源，不间断提供高效的热能。

附图说明

图1是本发明的封闭式深井地热能采集***的结构示意图。

图2是本发明的封闭式深井地热能采集***中的散热装置的结构示意图。

具体实施方式

以下根据图1和图2具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种封闭式深井地热能采集***，其设置在管井内，该封闭式深井地热能采集***包含：

热能采集装置3，其设置在地面下600m-1000m的区域；

保温与传送通道2，其连接热能采集装置3的两端，与热能采集装置3一起形成可供导热介质流通的封闭式循环热能传送通道；

井口固井装置1，其设置在管井井口位置处，并套设在保温与传送通道2外部；

散热装置4，其连接保温与传送通道2。

所述的保温与传送通道2包含：

入口换热泵7，其设置在管井井口，用于将换热后的凉水注入井下；

入口保温套管8，其一端连接入口换热泵7，另一端连接热能采集装置3；

出口保温套管13，其一端连接热能采集装置3；

出口换热泵22，其连接出口保温套管13，用于将吸热后的热水从井下抽出；

地面输送管道21，其连接入口换热泵7和出口换热泵22，该地面输送管道21设置在地面上；

电磁阀20，其设置在地面输送管道21上，用于控制整个***的开关。

所述的入口保温套管8、出口保温套管13和地面输送管道21外层都具有保温材料和绝热涂层，作为换热介质的流通通道，减少循环流通导热介质热量的散失；所述的保温材料包含超细玻璃棉、高硅氧棉等；所述的绝热涂层包含酚醛泡沫、聚氨酯薄膜、聚酰亚胺薄膜涂层、纳米空心陶瓷微珠和无机聚合物涂料等。

所述的热能采集装置3包含：

集热导热套管12，其直接接触高品质的地热热源，将热能传导给导热介质；

套管悬挂器10，其连接集热导热套管12的两端；

快速连接与释放接头9，其用于连接套管悬挂器10和入口保温套管8，还用于连接相邻的两个集热导热套管12；所述的快速连接与释放接头9的数量最少为一个，便于维护与功能扩展；

转换接头23，其用于连接套管悬挂器10和出口保温套管13；

通过快速连接与释放接头9，连接入（出）口保温套管8（13）与集热导热套管12，由于入（出）口保温套管8（13）和集热导热套管12的大小规格往往不一样，故需要采用套管悬挂器10将入（出）口保温套管8（13）和集热导热套管12连接起来，同时，当热能采集装置3处于倾斜状态时，套管悬挂器10可以支撑集热导热套管12；

转换接头23可以用快速连接与释放接头9代替，快速连接与释放接头9比转换接头23多一项快速连接和卸开的功能；本实施例中，采用转换接头23连接套管悬挂器10和出口保温套管13已足够，不需要快速连接和卸开功能。

所述的热能采集装置3中包含的器件都具有良好的导热性能，特别是集热导热套管12，热能采集装置3中包含的器件采用金属材料，一般为不锈钢或低合金结构钢，通过集热导热套管12与热页岩等富热岩层的直接接触，将热能传导到流经集热导热套管12的流通导热介质，所以该集热导热套管12是整个***的热能来源；快速连接与释放接头9用于提供入口保温套管8与集热导热套管12以及两条集热导热套管12之间的快速连接与释放，以便于热能采集装置3中部件损坏时的维修与更换，快速连接与释放接头9是通过在套管柱上施加不同的扭矩和拉（压）力来实现入口保温套管8与集热导热套管12以及两条集热导热套管12之间的快速连接与释放的，这种工具在油田上比较常用；转换接头23用于连接套管悬挂器10和出口保温套管13，因为套管悬挂器10和出口保温套管13有不同的直径和螺纹。

所述的井口固井装置1分别套设在入口保温套管8和出口保温套管13的外部，该井口固井装置1包含连接设置的表层套管5和技术套管6，其作用是固定井壁，避免井壁坍塌。

如图2所示，所述的散热装置4包含：

能量输出盘管18，其连接地面输送管道21；

散热组件，其与能量输出管盘18耦合；

散热换热盘管14，其与散热组件耦合，该散热换热盘管14连接供热管路；

所述的散热组件包含：

蒸发器17，其与能量输出管盘18耦合；

冷凝器15，其连接蒸发器17；

压缩机16，其一端连接蒸发器17，另一端连接冷凝器15；

膨胀阀19，其一端连接蒸发器17，另一端连接冷凝器15；

所述的能量输出盘管18与蒸发器17耦合，低温的冷凝介质通过蒸发器17，与能量输出盘管18中的导热介质进行热交换吸热，冷凝器15和散热换热盘管14耦合，冷凝器15通过把气体或蒸气转变成液体，从而将管子中的热量以很快的方式，传到管子附近的散热换热盘管14，达到传热的效果，膨胀阀19主要用于控制制冷剂的流量，为制冷剂的蒸发制造条件，保证压缩机16正常工作和散热效果。

所述的散热装置4还包含连接散热换热盘管14的能量输出泵24，用于控制热能输出。

整个封闭式深井地热能采集***内的导热介质在入口换热泵7和出口换热泵22作用下，通过电磁阀20控制开始在保温与传送通道2与热能采集装置3一起形成的封闭式循环热能传送通道内循环，导热介质在经过热能采集装置3内的集热导热套管12时，来自高热传导率的集热导热套管12外部的热页岩等富热岩层的能量通过热传导传递给导热介质，导热介质在保温传送通道2内循环，热能经散热装置4为外部提供持续热能。

整个管井通过钻机定向钻井而成，通过钻头和钻柱钻整个井管通道，交换介质在整个采集井内封闭运行。

本发明可利用地下深处的高品位热源，不间断提供高效的热能，能应用于寒冷地区冬季的取暖。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种封闭式深井地热能采集***，其设置在管井内，其特征在于，该封闭式深井地热能采集***包含：

热能采集装置（3），其设置在地面下600m-1000m的区域，获取地下深层高品质地热热源的热能；

保温与传送通道（2），其连接热能采集装置（3）的两端，与热能采集装置（3）一起形成可供导热介质流通的封闭式循环热能传送通道；

井口固井装置（1），其设置在管井井口位置处，并套设在保温与传送通道（2）外部，固定井壁，避免井壁坍塌；

散热装置（4），其连接保温与传送通道（2），向外部提供持续的热能。

2.如权利要求1所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的保温与传送通道（2）包含：

入口换热泵（7），其设置在管井井口；

入口保温套管（8），其一端连接入口换热泵（7），另一端连接热能采集装置（3）；

出口保温套管（13），其一端连接热能采集装置（3）；

出口换热泵（22），其连接出口保温套管（13）；

地面输送管道（21），其连接入口换热泵（7）和出口换热泵（22），该地面输送管道（21）设置在地面上。

3.如权利要求2所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的保温与传送通道（2）还包含：电磁阀（20），其设置在地面输送管道（21）上。

4.如权利要求2或3所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的入口保温套管（8）、出口保温套管（13）和地面输送管道（21）外层都具有保温材料和绝热涂层。

5.如权利要求2或3所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的热能采集装置（3）包含：

集热导热套管（12），其直接接触高品质的地热热源，将热能传导给导热介质；

套管悬挂器（10），其连接集热导热套管（12）的两端；

快速连接与释放接头（9），其用于连接套管悬挂器（10）和入口保温套管（8），还用于连接相邻的两个集热导热套管（12）； 

转换接头（23），其用于连接套管悬挂器（10）和出口保温套管（13）。

6.如权利要求5所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的快速连接与释放接头（9）的数量最少为一个。

7.如权利要求5所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的热能采集装置（3）中包含的集热导热套管（12）、快速连接与释放接头（9）、套管悬挂器（10）和转换接头（23）都采用金属材料，具有良好的导热性能。

8.如权利要求5所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的井口固井装置（1）分别套设在入口保温套管（8）和出口保温套管（13）的外部，该井口固井装置（1）包含连接设置的表层套管（5）和技术套管（6）。

9.如权利要求8所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的散热装置（4）包含：

能量输出盘管（18），其连接地面输送管道（21）；

散热组件，其与能量输出管盘（18）耦合；

散热换热盘管（14），其与散热组件耦合，该散热换热盘管（14）连接供热管路；

所述的散热组件包含：

蒸发器（17），其与能量输出管盘（18）耦合；

冷凝器（15），其连接蒸发器（17）；

压缩机（16），其一端连接蒸发器（17），另一端连接冷凝器（15）；

膨胀阀（19），其一端连接蒸发器（17），另一端连接冷凝器（15）。

10.如权利要求9所述的封闭式深井地热能采集***，其特征在于，所述的散热装置（4）还包含连接散热换热盘管（14）的能量输出泵（24）。