CN111442549A - 一种增强换热的方法 - Google Patents

一种增强换热的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111442549A
CN111442549A CN202010162187.0A CN202010162187A CN111442549A CN 111442549 A CN111442549 A CN 111442549A CN 202010162187 A CN202010162187 A CN 202010162187A CN 111442549 A CN111442549 A CN 111442549A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchange
outer casing
sleeve
temperature
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010162187.0A
Other languages
English (en)
Inventor
田斌守
邵继新
夏斌
司双龙
冯启彪
蔺瑞山
杨海鸿
王本明
梁斌
雷海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Hongfang New Building Material Technology Co ltd
Gansu Building Materials Design & Research Institute Co ltd
Original Assignee
Lanzhou Hongfang New Building Material Technology Co ltd
Gansu Building Materials Design & Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Hongfang New Building Material Technology Co ltd, Gansu Building Materials Design & Research Institute Co ltd filed Critical Lanzhou Hongfang New Building Material Technology Co ltd
Priority to CN202010162187.0A priority Critical patent/CN111442549A/zh
Publication of CN111442549A publication Critical patent/CN111442549A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F24T10/17—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/02—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)

Abstract

本发明涉及一种增强换热的方法，包括以下步骤：⑴按设计要求钻地热井；⑵在处于地表以下增温层的外层套管的外表面部分涂覆增强换热材料，使其与外层套管形成一个整体，并随外层套管一起下到地热井内；⑶将内层套管放入外层套管中，使内层套管与外层套管形成同轴双层套管；⑷当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在外层套管外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使增强换热材料浸水6~8h后开始膨胀再固化；⑸换热介质由外层套管注入，并通过外层套管与地下高温岩体进行换热后，由内层套管输送至地面。本发明以同轴套管的外层套管作用换热管，有效增加了换热管与高温岩体间的接触面积和换热系数，提高了换热效率，并增加了单井的取热量。

Description

一种增强换热的方法
技术领域
本发明涉及中深层地热能开发利用技术领域，尤其涉及一种增强换热的方法。
背景技术
地热能是一种清洁、无污染的新能源，其储量巨大，分布广泛、具有极大的发展潜力。我国地热资源丰富，以中低温资源为主，我国已发现的水温在25℃以上的热水点(包括温泉、钻孔及矿坑热水)约4000余处，分布广泛。
近年来，随着环境压力的不断增大，地热能利用需求也快速增长，主要有直接利用和间接利用两种方式：直接利用是抽取地下热水利用地热，其存在回灌难、回灌成本高、地下水资源被污染、地基下陷等诸多缺点。而间接利用是通过换热装置将地热能取出利用，间接利用是向地下钻井至一定深度，在井中放入双层套管，外管与井下高温岩体接触，换热介质从外管注入，内管流出，通过换热介质的循环往复源源不断地将地热能输出至地面，是一种“取热不取水”的新技术。根据换热***内换热介质的温度变化情况，在变温层和恒温层内换热介质温度高于土壤温度，因此为了降低热量损失，要加强这段管道的保温，最大限度降低换热介质内热量向土壤散失；而在增温层内，换热介质温度低于岩层温度，需要将热量从岩层换到换热介质，因此这段管道要增大导热系数，加强换热。但是，由于这种换热***是先打井再下管道，井下换热管表面与土壤层、高温岩体间很难完全紧密接触，存在间隙，使得保温段内散失热量增大；换热段内岩层与外层套管间换热面积受限，换热阻大，换热效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种增大接触面积、提高换热效率的增强换热的方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种增强换热的方法，包括以下步骤：
⑴按设计要求钻地热井；
⑵在处于地表以下增温层的外层套管的外表面部分涂覆增强换热材料，使其与所述外层套管形成一个整体，并随着所述外层套管一起下到所述地热井内；
⑶将内层套管放入所述外层套管中，使所述内层套管与所述外层套管形成同轴双层套管；
⑷当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在所述外层套管外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使所述增强换热材料浸水6~8h后开始膨胀再固化；
⑸换热介质由所述外层套管注入，并通过所述外层套管与地下高温岩体进行换热后，由所述内层套管输送至地面。
所述步骤⑵中增强换热材料为导热系数大于2.0W/（m.K）的延时膨胀固化材料。
所述步骤⑵由下述方法代替：在处于地表以下增温层的外层套管的外表面部分涂覆增强换热材料，同时在处于地表以下变温层和恒温层的所述外层套管的外表面部分涂覆增强保温材料，使所述增强换热材料、所述增强保温材料与所述外层套管形成一个整体，并随着所述外层套管一起下到所述地热井内。
所述步骤⑷由下述方法代替：当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在所述外层套管外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使所述增强换热材料和增强保温材料浸水6~8h后开始膨胀再固化。
所述增强保温材料为膨胀固化后导热系数小于地表以下土壤导热系数的延时膨胀固化材料。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、由于本发明以同轴套管的外层套管作用换热管，且外层套管的外表面包覆有增强换热材料的增强换热段，同时，增强换热材料为导热系数大于2.0W/（m.K）的延时膨胀固化材料，因此，有效增加了换热管与高温岩体间的接触面积和换热系数，提高了换热效率，并增加了单井的取热量。
2、本发明设有带增强保温材料的保温段，因此，可减小外层套管内换热介质通过地表以下变温层和恒温层段的热量损失，并增强保温性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的另一个结构示意图。
图中：1-内层套管；2-外层套管；3-增强保温材料；4-增强换热材料；5-高温岩体；6-变温层；7-恒温层；8-增温层；9-保温段；10-增强换热段。
具体实施方式
实施例1 如图1所示，一种增强换热的方法，包括以下步骤：
⑴按设计要求钻地热井；
⑵在处于地表以下增温层8的外层套管2的外表面部分涂覆增强换热材料4，使其与外层套管2形成一个整体，从而构成增强换热段10，并随着外层套管2一起下到地热井内；
⑶将内层套管1放入外层套管2中，使内层套管1与外层套管2形成同轴双层套管；
⑷当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在外层套管2外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使增强换热材料4浸水6~8h后开始膨胀再固化；
⑸换热介质由外层套管2注入，并通过外层套管2与地下高温岩体5进行换热后，由内层套管1输送至地面。
实施例2 如图2所示，一种增强换热的方法，包括以下步骤：
⑴按设计要求钻地热井；
⑵在处于地表以下增温层8的外层套管2的外表面部分涂覆增强换热材料4，从而构成增强换热段10；同时在处于地表以下变温层6和恒温层7的外层套管2的外表面部分涂覆增强保温材料3，从而构成保温段9；使增强换热材料4、增强保温材料3与外层套管2形成一个整体，并随着外层套管2一起下到地热井内；
⑶将内层套管1放入外层套管2中，使内层套管1与外层套管2形成同轴双层套管；
⑷当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在外层套管2外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使增强换热材料4和增强保温材料3浸水6~8h后开始膨胀再固化；
⑸换热介质由外层套管2注入，并通过外层套管2与地下高温岩体5进行换热后，由内层套管1输送至地面。
上述实施例1~2中，地表以下依地温梯度分布自上而下依次有变温层6、恒温层7和增温层8。
外层套管2为金属管材。
增强换热材料4为导热系数大于2.0W/（m.K）的延时膨胀固化材料，该材料是指在遇水膨胀延时固化材料（申请号201811381547.5）中添加碳纤维、石墨烯、碳纳米管、铁粉等碳质材料或铁质材料制成。
增强保温材料3为膨胀固化后导热系数小于地表以下土壤导热系数的延时膨胀固化材料，该材料是指在遇水膨胀延时固化材料（申请号201811381547.5）中添加EPS、聚氨酯、酚醛等高效保温材料制成。

Claims (5)

1.一种增强换热的方法，包括以下步骤：
⑴按设计要求钻地热井；
⑵在处于地表以下增温层（8）的外层套管（2）的外表面部分涂覆增强换热材料（4），使其与所述外层套管（2）形成一个整体，并随着所述外层套管（2）一起下到所述地热井内；
⑶将内层套管（1）放入所述外层套管（2）中，使所述内层套管（1）与所述外层套管（2）形成同轴双层套管；
⑷当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在所述外层套管（2）外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使所述增强换热材料（4）浸水6~8h后开始膨胀再固化；
⑸换热介质由所述外层套管（2）注入，并通过所述外层套管（2）与地下高温岩体（5）进行换热后，由所述内层套管（1）输送至地面。
2.如权利要求1所述的一种增强换热的方法，其特征在于：所述步骤⑵中增强换热材料（4）为导热系数大于2.0W/（m.K）的延时膨胀固化材料。
3.如权利要求1所述的一种增强换热的方法，其特征在于：所述步骤⑵由下述方法代替：在处于地表以下增温层（8）的外层套管（2）的外表面部分涂覆增强换热材料（4），同时在处于地表以下变温层（6）和恒温层（7）的所述外层套管（2）的外表面部分涂覆增强保温材料（3），使所述增强换热材料（4）、所述增强保温材料（3）与所述外层套管（2）形成一个整体，并随着所述外层套管（2）一起下到所述地热井内。
4.如权利要求1所述的一种增强换热的方法，其特征在于：所述步骤⑷由下述方法代替：当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在所述外层套管（2）外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使所述增强换热材料（4）和增强保温材料（3）浸水6~8h后开始膨胀再固化。
5.如权利要求3或4所述的一种增强换热的方法，其特征在于：所述增强保温材料（3）为膨胀固化后导热系数小于地表以下土壤导热系数的延时膨胀固化材料。
CN202010162187.0A 2020-03-10 2020-03-10 一种增强换热的方法 Pending CN111442549A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010162187.0A CN111442549A (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种增强换热的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010162187.0A CN111442549A (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种增强换热的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111442549A true CN111442549A (zh) 2020-07-24

Family

ID=71655780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010162187.0A Pending CN111442549A (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种增强换热的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111442549A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112923592A (zh) * 2021-03-30 2021-06-08 西安中亚科技发展有限公司 一种中深层无干扰地热能高效同轴换热装置
CN112984849A (zh) * 2021-03-22 2021-06-18 太原理工大学 寒武系岩溶热储和变质岩地层裂缝型热储地热开发方法
CN113144464A (zh) * 2021-04-07 2021-07-23 太原理工大学 一种抑制煤矸石堆自燃且提取其热量进行应用的方法
CN113203213A (zh) * 2021-04-07 2021-08-03 太原理工大学 一种人造含水层结合浅层同轴套管的新型地源热泵***

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02204511A (ja) * 1989-02-02 1990-08-14 Yamadai Kiden Kk 環流式井戸ポンプ装置
JP2005326128A (ja) * 2004-05-17 2005-11-24 Kobayashi Shigeru 地熱を利用する熱交換器及び冷暖房装置
CN107676996A (zh) * 2017-09-29 2018-02-09 上海中金能源投资有限公司 地热井内换热器及地热井固井工艺
CN207019324U (zh) * 2017-07-14 2018-02-16 河南勃达微波电气自动化设备有限公司 深层地岩吸热换热管结构
CN107860145A (zh) * 2017-10-13 2018-03-30 中国科学院广州能源研究所 地热单井自然对流强化换热***
CN107939621A (zh) * 2017-12-01 2018-04-20 西安交通大学 基于翅片套管开发热干岩地热能的s‑co2发电***及方法
CN108332440A (zh) * 2018-03-22 2018-07-27 吉林大学 一种中深层地热地下增强型换热***及换热方法
WO2018178414A1 (es) * 2017-03-30 2018-10-04 Lopez Lorenzo Luis Dispositivo intercambiador de calor
CN109250971A (zh) * 2018-11-20 2019-01-22 长沙凯天工研院环保服务有限公司 一种遇水膨胀延时固化材料
CN109403916A (zh) * 2018-12-05 2019-03-01 田振林 一种地热井导热固井工艺

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02204511A (ja) * 1989-02-02 1990-08-14 Yamadai Kiden Kk 環流式井戸ポンプ装置
JP2005326128A (ja) * 2004-05-17 2005-11-24 Kobayashi Shigeru 地熱を利用する熱交換器及び冷暖房装置
WO2018178414A1 (es) * 2017-03-30 2018-10-04 Lopez Lorenzo Luis Dispositivo intercambiador de calor
CN207019324U (zh) * 2017-07-14 2018-02-16 河南勃达微波电气自动化设备有限公司 深层地岩吸热换热管结构
CN107676996A (zh) * 2017-09-29 2018-02-09 上海中金能源投资有限公司 地热井内换热器及地热井固井工艺
CN107860145A (zh) * 2017-10-13 2018-03-30 中国科学院广州能源研究所 地热单井自然对流强化换热***
CN107939621A (zh) * 2017-12-01 2018-04-20 西安交通大学 基于翅片套管开发热干岩地热能的s‑co2发电***及方法
CN108332440A (zh) * 2018-03-22 2018-07-27 吉林大学 一种中深层地热地下增强型换热***及换热方法
CN109250971A (zh) * 2018-11-20 2019-01-22 长沙凯天工研院环保服务有限公司 一种遇水膨胀延时固化材料
CN109403916A (zh) * 2018-12-05 2019-03-01 田振林 一种地热井导热固井工艺

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112984849A (zh) * 2021-03-22 2021-06-18 太原理工大学 寒武系岩溶热储和变质岩地层裂缝型热储地热开发方法
CN112923592A (zh) * 2021-03-30 2021-06-08 西安中亚科技发展有限公司 一种中深层无干扰地热能高效同轴换热装置
CN113144464A (zh) * 2021-04-07 2021-07-23 太原理工大学 一种抑制煤矸石堆自燃且提取其热量进行应用的方法
CN113203213A (zh) * 2021-04-07 2021-08-03 太原理工大学 一种人造含水层结合浅层同轴套管的新型地源热泵***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111442549A (zh) 一种增强换热的方法
Song et al. Heat extraction performance of a downhole coaxial heat exchanger geothermal system by considering fluid flow in the reservoir
US9423158B2 (en) System and method of maximizing heat transfer at the bottom of a well using heat conductive components and a predictive model
CN103790552B (zh) 一种用于油气开采过程中高温解除水锁的方法
CN104713259A (zh) 一种提取干热岩热能的方法及***
CN208205482U (zh) 一种中深层地热地下增强型换热***
CN108332440A (zh) 一种中深层地热地下增强型换热***及换热方法
CN207863940U (zh) 一种利用热管技术的页岩气开采***
CN103225497A (zh) 微波原位汽化地层水并驱替稠油的开采方法
CN107989589A (zh) 一种提高干热岩压裂后换热效率的方法
CN106839478A (zh) 一种深层地热热传导根系的建造方法
CN114440479A (zh) 一种新型地热井下换热器结构及其施工方法
CN111365871B (zh) 一种增强型深井换热器
CN110986401B (zh) 采用多分支径向水平井的地热资源开发***及其方法
CN108150146A (zh) 一种利用太阳能加热的页岩气开采***
CN204718461U (zh) 一种毛细超导发热金属管
CN106761625B (zh) 井下集热温控节能完井一体化管柱及工艺
CN211926177U (zh) 一种自密增强保温管
CN211926176U (zh) 一种增强换热的换热管
CN108104784B (zh) 一种利用热管技术的页岩气开采***
CN108049856B (zh) 一种利用蓄热技术的页岩气开采***
CN107021705B (zh) 一种深层地热传导根系建造用导热剂及其制备方法
Song et al. Numerical analysis on thermal characteristics of an open loop geothermal system in a single well
CN207247601U (zh) 一种地能干热岩换热装置
CN204830951U (zh) 强化换热的地下深层岩层换热***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination