一种地热多分支井热提取供暖系统的制作方法

本发明属于地热供暖技术，尤其涉及一种地热多分支井热提取供暖系统。

背景技术：

随着全世界对资源的需求日益增加，能源消费中占主导地位的石油、煤炭等能源的需求量也逐渐增多，供需矛盾日趋紧张。同时传统化石能源带来的环境污染问题日益严重，节能减排逐渐成为各国的重要问题之一。地热资源具有清洁环保、用途广泛、稳定性好、可循环利用等特点，不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰，是一种现实并具有竞争力的新能源，受到了世界各国的高度认同与重视。我国水热型地热资源量相对较为丰富，折合标准煤12500亿吨，每年可开采量折合标准煤18.65亿吨，但是目前其开采率仅为0.2％，地热资源的开发利用潜力巨大。

抽灌式取热是中深层地热资源最为普遍的一种开发方式，但是其开发利用易受地下热水资源、回灌条件、钻井场地等一系列条件的制约。地热井单井取热技术可以较好避免上述制约，但是其单井取热能力虽然初期较大，但逐渐衰减，影响总的供热面积。同时，热储温度恢复试验表明，当取热系统停止约15-20天后，热储温度可基本恢复。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提出一种地热多分支井高效热提取供暖系统，一方面能够避免抽灌式地热系统受地下热水资源条件、回灌条件、钻井场地等一系列因素制约，另一方面能够解决地热井单井取热系统供热能力衰减快、稳定供热能力偏小等问题，同时节约钻井场地，实现高效稳定供热。

本发明的技术方案是：

一种地热多分支井热提取供暖系统，

包括采热循环系统和供热循环系统，其特征在于，所述采热循环系统包括井口回水器、井口集水器、多分支井室段、取热直井段、取热分支井段、井下换热管线、换热管线阀门、循环增压泵，所述井口集水器上端部通过地热水供水管道与热泵机组的一次水侧进口连接，所述热泵机组一次水侧出口通过地热水回水管道与井口回水器连接，所述井口回水器的底部设置有多分支井室段，在多分支井室段的底部连接有一个取热直井段和若干个取热分支井段，在取热直井段和取热分支井段内均设置有一个井下换热管线，每个井下换热管线上设置有换热管线阀门，所述井下换热管线的上端部与井口集水器连接，在地热水供水管道上设置有第一阀门和第二阀门，在地热水回水管道上设置有第三阀门、第四阀门和循环增压泵；

所述供热循环系统包括热泵机组、热用户、采暖循环泵，所述热泵机组的二次水侧出口通过供暖管道与热用户进水口连接，所述热泵机组的二次水侧进口通过供暖回水管道与热用户出水口连接，所述热泵机组上下端分别并联一路热泵旁通管道，两路热泵旁通管道上分别设置有第一热泵旁通阀门和第二热泵旁通阀门，在供暖管道上设置有第五阀门，在供暖回水管道上设置有第六阀门和采暖循环泵；

还包括补水定压机组，该补水定压机组包括软化水装置、软化水箱以及补水定压泵，所述市政自来水通过自来水管道与软化水装置连接，所述软化水装置与软化水箱连接，所述软化水箱通过补水管道连接一路连接至地热水回水管道上，另一路连接至供暖回水管道上，所述补水管道上设置有第七阀门、第八阀门和第九阀门。

优选的，所述热泵机组采用压缩式热泵机组，所述压缩式热泵机组包括冷凝器、蒸发器、压缩机、节流阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀，所述井口集水器上端部通过地热水供水管道与蒸发器的一次侧进口连接，所述蒸发器的一次侧出口通过地热水回水管道还与井口回水器连接，所述冷凝器的二次侧出口通过供暖管道与热用户进水口连接，所述冷凝器的二次侧进口通过供暖回水管道与热用户出水口连接，所述冷凝器、压缩机、蒸发器、节流阀依次串联，第一截止阀、第一三通阀设置在地热水供水管道上，靠近于蒸发器，第二截止阀、第二三通阀设置在供暖管道上，靠近于冷凝器，所述第一热泵旁通阀门的两端分别接于第一三通阀和第二三通阀的另一端，第三截止阀、第三三通阀设置在供暖回水管道上，靠近于冷凝器，第四截止阀、第四三通阀设置于地热水回水官道上，接近于蒸发器，述第二热泵旁通阀门的两端分别接于第三三通阀和第四三通阀的另一端。

优选的，所述热泵机组采用吸收式热泵机组，所述吸收式热泵机组包括发生器、蒸发器、冷凝器、吸收器、溶液热交换器，第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀，所述井口集水器上端部通过地热水供水管道与发生器进口相连，所述发生器出口与溶液热交换器一次水侧进口相连，所述溶液交换器的一次水侧出口与蒸发器进口相连，所述蒸发器出口经地热水回水管道与井口回水器连接，所述热用户通过供暖回水管道与吸收器进口相连，所述吸收器出口与冷凝器进口相连，所述冷凝器出口与溶液交换器的二次水侧进口连接，所述溶液交换器的二次侧出口通过供暖管道与热用户连接，第一截止阀、第一三通阀设置在地热水供水管道上，靠近于发生器，第二截止阀、第二三通阀设置在供暖管道上，靠近于溶液交换器，所述第一热泵旁通阀门的两端分别接于第一三通阀和第二三通阀的另一端，第三截止阀、第三三通阀设置在供暖回水管道上，靠近于吸收器，第四截止阀、第四三通阀设置于地热水回水官道上，接近于蒸发器，述第二热泵旁通阀门的两端分别接于第三三通阀和第四三通阀的另一端。

优选的，所述溶液交换器采用水水板式换热器。

优选的，所述井下换热管线采用双层油管、真空油管以及保温油管其中的任意一种。

优选的，所述井下换热管线采用pb、pert、pp、ppr有机材质管线中的任意一种。

优选的，所述多分支井室段外侧设有一层保温套管。

优选的，所述井口回水器位于地表上，所述井口集水器一部分位于地表上，另一部分位于地表下面，所述多分支井室段位于地表下面。

本发明的有益效果：本发明中取热直井段以及取热分支井段下入井下换热管线并汇集于井口集水器，井口集水器与热泵机组蒸发器、循环增压泵、井口回水器依次连接，与井内空间形成闭式循环回路；采暖循环泵、热泵机组冷凝器、采暖热用户连接形成供热侧循环回路，可以多个井段同时工作，还可以交替工作，实现稳定持续供热。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例中压缩式热泵机组的示意图；

图3为本发明实施例中吸收式热泵机组的示意图。

其中，1、多分支井室段；2、取热直井段；3、取热分支井段；4、井下换热管线；5、换热管线阀门；6、井口回水器；7、井口集水器；8、热泵机组；9、第一热泵旁通阀门；10、第二热泵旁通阀门；11、热用户；12、采暖循环泵；13、循环增压泵；14、补水定压泵；15、软化水箱；16、软化水装置；17、第一阀门；18、第二阀门；19、第三阀门；20、第四阀门；21、第五阀门；22、第六阀门；23、第七阀门；24、第八阀门；25、第八阀门；

801、冷凝器；802、压缩机；803、蒸发器；804、节流阀；805、第一截止阀；806、第二截止阀；807、第三截止阀；808、第四截止阀；809、第一三通阀；810、第二三通阀；811、第三三通阀；812、第四三通阀；813、发生器；814、吸收器；815、溶液热交换器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1至图3所示，本发明具体公开了一种地热多分支井热提取供暖系统，包括采热循环系统和供热循环系统，所述采热循环系统包括井口回水器6、井口集水器7、多分支井室段1、取热直井段2、取热分支井段3、井下换热管线4、换热管线阀门5、循环增压泵13，所述井口集水器7上端部通过地热水供水管道与热泵机组蒸发器803的一次水侧进口连接，所述热泵机组蒸发器803一次水侧出口通过地热水回水管道与井口回水器6连接，所述井口回水器6的底部设置有多分支井室段1，在多分支井室段1的底部连接有一个取热直井段2和若干个取热分支井段3，在取热直井段2和取热分支井段3内均设置有一个井下换热管线4，每个井下换热管线4上设置有换热管线阀门5，所述井下换热管线4的上端部与井口集水器7连接，在地热水供水管道上设置有第一阀门17和第二阀门18，在地热水回水管道上设置有第三阀门19、第四阀门20和循环增压泵13；所述供热循环系统包括热泵机组8、热用户11、采暖循环泵12，所述热泵机组冷凝器801的二次水侧出口通过供暖管道与热用户11进水口连接，所述热泵机组冷凝器801的二次水侧进口通过供暖回水管道与热用户11出水口连接，所述热泵机组8上下端分别并联一路热泵旁通管道，两路热泵旁通管道上分别设置有第一热泵旁通阀门9和第二热泵旁通阀门10，在供暖管道上设置有第五阀门21，在供暖回水管道上设置有第六阀门22和采暖循环泵12；所述热泵机组8采用压缩式热泵机组，还包括压缩机802、节流阀804、第一截止阀805、第二截止阀806、第三截止阀807、第四截止阀808、第一三通阀809、第二三通阀810、第三三通阀811、第四三通阀812，所述井口集水器7上端部通过地热水供水管道与蒸发器803的一次侧进口连接，所述蒸发器803的一次侧出口通过地热水回水管道还与井口回水器6连接，所述冷凝器801的二次侧出口通过供暖管道与热用户11进水口连接，所述冷凝器801的二次侧进口通过供暖回水管道与热用户11出水口连接，所述冷凝器801、压缩机802、蒸发器803、节流阀804依次串联，第一截止阀805、第一三通阀809设置在地热水供水管道上，靠近于蒸发器803，第二截止阀806、第二三通阀810设置在供暖管道上，靠近于冷凝器801，所述第一热泵旁通阀门9的两端分别接于第一三通阀809和第二三通阀810的另一端，第三截止阀807、第三三通阀设置811在供暖回水管道上，靠近于冷凝器801，第四截止阀808、第四三通阀812设置于地热水回水官道上，接近于蒸发器803，述第二热泵旁通阀门10的两端分别接于第三三通阀811和第四三通阀812的另一端；供暖系统还包括补水定压机组，该补水定压机组包括软化水装置16、软化水箱15以及补水定压泵14，所述市政自来水通过自来水管道与软化水装置16连接，所述软化水装置16与软化水箱15连接，所述软化水箱15通过补水管道连接一路连接至地热水回水管道上，另一路连接至供暖回水管道上，所述补水管道上设置有第七阀门23、第八阀门24和第九阀门25，市政自来水进入软化水装置16去除水中的钙、镁等结垢离子，然后进入软化水箱15，软化水箱连接主供暖回水管，补给凉水，调节供暖回水管的水温，方便使用。

其中，所述井下换热管线4采用采用保温效果较好的双层油管、真空油管以及保温油管或者导热系数较低的pb、pert、pp、ppr有机材质管线中的任意一种；所述多分支井室段或其上部地层温度低于循环取热工质温度，可在该段使用保温套管，减少热量损失。

根据地质勘查，选取目标地热储层，确定目标地热储层的钻井垂深，根据目标地热储层地质条件和地面采暖需求确定多分支井室段1侧钻位置和轨迹，通过钻头钻取一开垂直井眼作为多分支井室段1，下入套管，注入水泥浆对多分支井室段固井，再次开钻，分别对取热直井段2和各取热分支井段3进行钻井、下套管并注入水泥全井段固井，至此，完成地热多分支井的钻井。

系统运行时，井下循环取热工质在循环增压泵的作用下，由井口回水器6注入多分支井室段的环空内，并经过换热管线阀门5开启的一个或多个支路的井下换热管线4上返至地表附近，由井口集水器7汇合后进入热泵机组蒸发器803，换热后再由循环增压泵13送入井下，实现循环取热；井下循环取热工质释放的热量由蒸发器803吸收，蒸发成低温低压的气态制冷剂，被压缩机802压缩成高温高压的气态制冷剂后送入冷凝器801，在冷凝器801中的高温高压的气态制冷剂加热由采暖循环泵12送来的采暖循环水，并再次送入采暖热用户11进行供热，实现循环供暖。

当初末寒期和室外温度较高时，开启一个或少数个取热分支井段3或取热直井段2，打开井下换热管线4的换热管线阀门5，即可满足供暖需求。当井下循环取热工质为软化水时，随着室外温度的进一步升高，可以开启第一热泵旁通阀门9和第二热泵旁通阀门40，关闭第一截止阀805、第二截止阀806、第三截止阀807和第四截止阀808，进一步降低供热负荷，降低运营成本。

当开启换热管线阀门的井下换热管线出水温度逐步降低至低于要求水温时，其井眼周围热储温度同步降低，此时可开启井眼周围热储较高的其它支路的换热管线阀门5切换取热支路，维持较高的取热功率；同时关闭当前井眼周围热储温度较低的支路的换热管线阀门5，待其井眼周围热储温度恢复后再与其它支路交替使用。

当严寒期和室外温度较低时，增加开启取热分支的换热管线阀门5数量，增加系统供热能力；或者当热泵机组8出现故障或需要检修等导致临时停机时，增加开启取热分支的换热管线阀门5，可作为备用热源维持供暖能力。

上述实施例中热泵机组采用了压缩式热泵机组，在本发明中热泵机组还可以采用吸收式热泵机组，所述吸收式热泵机组包括发生器813、蒸发器803、冷凝器801、吸收器814、溶液热交换器815，第一截止阀805、第二截止阀806、第三截止阀807、第四截止阀808、第一三通阀809、第二三通阀810、第三三通阀811、第四三通阀812，所述井口集水器7上端部通过地热水供水管道与发生器813进口相连，所述发生器813出口与溶液热交换器815一次水侧进口相连，所述溶液交换器815的一次水侧出口与蒸发器803进口相连，所述蒸发器803出口经地热水回水管道与井口回水器6连接，所述热用户11通过供暖回水管道与吸收器814进口相连，所述吸收器814出口与冷凝器801进口相连，所述冷凝器801出口与溶液交换器815的二次水侧进口连接，所述溶液交换器815的二次侧出口通过供暖管道与热用户11连接，第一截止阀805、第一三通阀809设置在地热水供水管道上，靠近于发生器813，第二截止阀806、第二三通阀810设置在供暖管道上，靠近于溶液交换器815，所述第一热泵旁通阀门9的两端分别接于第一三通阀809和第二三通阀810的另一端，第三截止阀807、第三三通阀811设置在供暖回水管道上，靠近于吸收器814，第四截止阀808、第四三通阀812设置于地热水回水官道上，接近于蒸发器803，所述第二热泵旁通阀门10的两端分别接于第三三通阀811和第四三通阀812的另一端；所述溶液交换器815采用水-水板式换热器。

本发明的取热直井段2以及取热分支井段3下入井下换热管线4并汇集于井口集水器7，井口集水器7与热泵机组蒸发器803、循环增压泵13、井口回水器6依次连接，与井内空间形成闭式循环回路，一方面能够避免抽灌式地热系统受地下热水资源条件、回灌条件、钻井场地等一系列因素制约，另一方面能够解决地热井单井取热系统供热能力衰减快、稳定供热能力偏小等问题，同时节约钻井场地，实现高效稳定供热。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。