CN214303784U - 双循环取热不取水地热管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双循环取热不取水地热管柱，包括套管、内管、中心管、连接内管和防砂管。内管和中心管均位于套管内并通过第一封隔器与套管固定，内管的下端设有内换热器；中心管与内管形成与内换热器出口连接的换热介质返出腔；连接内管设置在内管下方通过第二封隔器与套管固定，连接内管的上端设有外换热器，外换热器套设在内换热器外部且出口通过注水孔与注入层连通，外换热器的入口与连接内管上端连接；防砂管设置在连接内管的下方与连接内管之间通过电泵连接，防砂管的入口通过采出孔与采出层连通。本发明通过地层内部流体流动增强了地层热对流，两个循环独立运行，只进行热量的交换，换热效率高，无腐蚀结垢，实现了取热不取地层水。

Description

双循环取热不取水地热管柱

技术领域

本发明涉及地热开采技术领域，具体涉及一种双循环取热不取水地热管柱。

背景技术

地热能泛指地球能够释放的热能，是绿色、清洁能源，火山喷发、地表温泉、高温或中温的地下水都表明地球内部蕴含有巨大的热能。地热能储存于地下，不受气候条件的影响，既可作为基本负荷能，也可作为峰值负荷能使用，具有成本低、占地少、稳定性好等特点，相对于其他可再生能源更有发展潜力。

目前，中深层地热资源主要采用采灌式水热开采技术，存在一定的缺陷。采灌式水热开采需同时配套采水井及回灌井，打井需两口以上，开发成本高；现政策要求采出水完全回灌，部分地区采用加压回灌方式经济效益差；由于地热水普遍矿化度较高，开采及换热过程中易结垢，对井内管柱及地面管线、设备也有腐蚀作用；勘探开发过程中，由于对热储层认识不清，地热井钻出“干井”的情况时有发生。

针对上述问题，出现了封闭井筒换热技术（也叫无干扰换热技术）该技术井筒密封，液体在全密闭***内循环。具有不采地下水，无腐蚀结垢和回灌等特点，不受地域限制，占地面积小等优点。但该技术由于井筒全封闭，与地层不接触，没有增强地层热传递的措施，导致换热量较低，限制了其推广前景。如何在取热不取水的前提下提高管柱的取热能力是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种双循环取热不取水地热管柱。通过地层内部流体流动增强了地层热对流，将地层热量源源不断带入内换热器的换热介质中并循环将井底的热量带至地面上来，两个循环独立运行，只进行热量的交换，换热效率高，无腐蚀结垢，实现了取热不取地层水。

本发明的技术方案是：双循环取热不取水地热管柱，包括：

套管，所述套管上由上至下依次设有与注入层连通的注水孔和与采出层连通的采出孔；

内管，所述内管位于套管内并通过第一封隔器与套管内壁固定连接，且所述内管的下端设有内换热器；

中心管，所述中心管位于内管内并与内管的内壁形成换热介质返出腔，所述内换热器的入口与中心管的下端开口连接，所述内换热器的出口与换热介质返出腔连接；

连接内管，所述连接内管设置在内管下方且通过第二封隔器与套管内壁固定连接，所述连接内管的上端设有外换热器，所述外换热器套设在内换热器外部且出口通过注水孔与注入层连通，所述外换热器的入口与连接内管上端连接；

防砂管，所述防砂管设置在连接内管的下方，且防砂管与连接内管之间通过电泵连接，所述防砂管的入口通过采出孔与采出层连通。

优选地，所述第一封隔器和第二封隔器均为过电缆封隔器，所述电泵通过井下电缆与上部电源连接。

优选地，所述套管内位于第一封隔器和第二封隔器之间形成与注入层连通的冷水返出腔，所述外换热器位于冷水返出腔内，所述套管内位于第二封隔器与套管底部形成与采出层连通的热水进入腔，所述防砂管位于热水进入腔内。

优选地，所述防砂管的下端连接有丝堵。

优选地，所述套管、内管、中心管、连接内管和防砂管同轴设置。

优选地，所述内换热器的纵向截面为U型，所述中心管下端出口与U型内换热器的中部连接，所述内换热器的上端出口与内管下端的换热介质返出腔连接。

优选地，所述外换热器的纵向截面也为U型并套设在内换热器的外部，所述外换热器的下端与连接内管连接，所述外换热器的上端设有多个与冷水返出腔连通的排出孔。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：

1、该管柱通过防砂管、电泵、连接内管、外换热器与采出层和注入层的连通实现了地层内部流体的循环，极大促进了地层的热交换效率；

2、地层内流体循环与内管和中心管内加热介质的循环相互独立运行，只进行热量交换，实现了取热不取水，从而具有不采地下水、无腐蚀结垢和无需回灌等特点；

3、一口井可以实现较大的热量开采，节省投资，也适合油田废弃油水井地热能开发。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1、中心管，2、套管，3、内管，31、换热介质返出腔，4、第一封隔器，41、冷水返出腔，42、热水进入腔，5、内换热器，6、外换热器，7、第二封隔器，8、连接内管，9、井下电缆，10、电泵，11、防砂管，12、丝堵，13、注水孔，14、采出孔，15、排出孔。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例一

参照图1所示，双循环取热不取水地热管柱，包括套管2、内管3、中心管1、连接内管8和防砂管11，其中套管2、内管3、中心管1、连接内管8和防砂管11同轴设置，

另外，在套管2上由上至下依次设有与注入层连通的注水孔13和与采出层连通的采出孔14，通过采出孔14可以使采出层的地层流体（热水）进入套管2内，通过注水孔13可以将套管2内的冷水进入注入层。

其中，上述的内管3位于套管2内并通过第一封隔器4与套管2的内壁固定连接，且内管3的下端设有内换热器5，中心管1位于内管3内并与内管3的内壁形成换热介质返出腔31，内换热器5的入口与中心管1的下端开口连接，内换热器5的出口与换热介质返出腔31连接，通过上述结构，可以使换热介质经中心管1进入内换热器5，在内换热器5内进行换热后通过出口进入换热介质返出腔31，若换热介质为易蒸发介质，这样与地层内部流体换热蒸发成气体进入换热介质返出腔31并循环至地面，经地面换热后继续循环至中心管1，形成独立运行的加热介质循环结构。若换热介质为不易蒸发的介质，可以在地面通过管道连接循环泵，将换热介质输送至地面，经地面换热后继续循环至中心管1。

连接内管8设置在内管3下方且通过第二封隔器7与套管2内壁固定连接，连接内管8的上端设有外换热器6，外换热器6套设在内换热器5的外部，这样便于进行换热；外换热器6的出口通过注水孔13与注入层连通，外换热器7的入口与连接内管8的上端连接；防砂管11设置在连接内管8的下方，防砂管11的下端连接有丝堵12，且防砂管11与连接内管8之间通过电泵10连接，防砂管11的入口通过采出孔14与采出层连通。通过电泵10将采出层的地层流体（热水）经采出孔14送入套管2内，并依次经防砂管11和连接内管8进入外换热器6内，通过地层流体（热水）的流动能增强地层热传递，最后经外换热器6与内换热器5内的换热介质进行换热后，经注水孔13送入注入层，这样可形成独立运行的地层内流体循环结构，实现了取热不取水。

实施例二

与实施利一基本相同，不同之处在于，第一封隔器4和第二封隔器7均为过电缆封隔器，电泵10通过井下电缆9与上部电源连接，即井下电缆9穿过了第一封隔器4和第二封隔器7为电泵10供电，这样通过井下电缆9可为电泵10提供电力，从而将井下采出层的地层流体（热水）送入外换热器6内。第一封隔器4、第二封隔器7封隔了套管2与内管3之间的环空。

套管2内位于第一封隔器4和第二封隔器7之间形成与注入层连通的冷水返出腔41，外换热器6位于冷水返出腔41内，套管2内位于第二封隔器7与套管2底部形成与采出层连通的热水进入腔42，防砂管11位于热水进入腔42内。

而且套管2、内管3、中心管1、连接内管8和防砂管11同轴设置。

实施例三

与实施利二基本相同，不同之处在于，内换热器5的纵向截面为U型，中心管1的下端出口与U型内换热器5的中部连接，内换热器5的上端出口与内管3下端的换热介质返出腔31连接。

外换热器6的纵向截面也为U型并套设在内换热器5的外部，外换热器6的下端与连接内管8连接，外换热器6的上端设有多个与冷水返出腔41连通的排出孔15。通过排出孔13将换热后的冷水从外换热器6中流出并通过冷水返出腔41进入注入层，这样形成了地层内流体循环结构。

实施步骤为：

（1）换热介质由中心管1进入内换热器入5中；

（2）电泵10将地层流体（热水）从采出层吸入，经过防砂管11过滤掉地层砂后经连接内管8进入外换热器6内；

（3）内换热器5中的换热介质与外换热器6中的地层流体进行换热，换热介质吸热后进入内管3与中心管1形成的换热介质返出腔31中返出地面；地层流体经换热降温后经外换热器6上的排出孔流出至注入层。本发明热交换效率高，一口井可以实现较大的热量开采，节省投资，也适合油田废弃油水井地热能开发。

本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.双循环取热不取水地热管柱，其特征在于，包括：

套管，所述套管上由上至下依次设有与注入层连通的注水孔和与采出层连通的采出孔；

内管，所述内管位于套管内并通过第一封隔器与套管内壁固定连接，且所述内管的下端设有内换热器；

中心管，所述中心管位于内管内并与内管的内壁形成换热介质返出腔，所述内换热器的入口与中心管的下端开口连接，所述内换热器的出口与换热介质返出腔连接；

连接内管，所述连接内管设置在内管下方且通过第二封隔器与套管内壁固定连接，所述连接内管的上端设有外换热器，所述外换热器套设在内换热器外部且出口通过注水孔与注入层连通，所述外换热器的入口与连接内管上端连接；

防砂管，所述防砂管设置在连接内管的下方，且防砂管与连接内管之间通过电泵连接，所述防砂管的入口通过采出孔与采出层连通。

2.根据权利要求1所述的双循环取热不取水地热管柱，其特征在于：所述第一封隔器和第二封隔器均为过电缆封隔器，所述电泵通过井下电缆与上部电源连接。

3.根据权利要求1所述的双循环取热不取水地热管柱，其特征在于：所述套管内位于第一封隔器和第二封隔器之间形成与注入层连通的冷水返出腔，所述外换热器位于冷水返出腔内，所述套管内位于第二封隔器与套管底部形成与采出层连通的热水进入腔，所述防砂管位于热水进入腔内。

4.根据权利要求1所述的双循环取热不取水地热管柱，其特征在于：所述防砂管的下端连接有丝堵。

5.根据权利要求1-4任一所述的双循环取热不取水地热管柱，其特征在于：所述套管、内管、中心管、连接内管和防砂管同轴设置。

6.根据权利要求3所述的双循环取热不取水地热管柱，其特征在于：所述内换热器的纵向截面为U型，所述中心管下端出口与U型内换热器的中部连接，所述内换热器的上端出口与内管下端的换热介质返出腔连接。

7.根据权利要求6所述的双循环取热不取水地热管柱，其特征在于：所述外换热器的纵向截面也为U型并套设在内换热器的外部，所述外换热器的下端与连接内管连接，所述外换热器的上端设有多个与冷水返出腔连通的排出孔。

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