专利名称：利用油层套管传导地下热能再利用的方法及装置的制作方法
技术领域：
地球自身的热能对人类来说是取之不尽的能源，如何将地表千米下或万米下强大 的热能源用廉价的、方便的方法传导至地面上来为人类服务，是摆在发明家、工程技术人 员、科学家、政治家、学者不可忽视的问题。地热能如何传导，用什么方法在减少大量投资的 情况下，使清洁可充分利用的能源用现有设备与技术去克服现有有限的资源所带来的经济 危机、金融危机、能源危机、环境危机这四大危机给人类社会带来的困扰，也是所有发明者 不可回避的创造性巨大商机与责任。本发明正是利用现有的、废弃的、报废的油水井、地热 井的原套管很经济的传导地热能量至地面上再利用的方法及装置，具体涉及的是利用油层 套管传导地下热能再利用的方法及装置。
背景技术：
目前应用的地热喷泉水汽及地热能技术在发电、采暖、洗浴、空调等领域都有一定 程度上的应用，而利用地热能的方法大多都是通过井中的套管将地下千米以内岩层中有水 源覆盖的区域才被认为有地热的地方，所利用的自然热水、自然蒸汽受到自然因素的影响 较大，因从地下岩层中抽取的地下热水能量也是有限的，自然蒸汽井所储存的地下水源汽 也是有限的，无论从地下水或热蒸汽能利用率来看，一是水资源有限，二是热能品位低，三 是以地下水源为载体的传导热能的方式热损失大，是投资大回报率特低的应用，技术应用 不经济也不成熟，同时容易造成地下水源的污染，制约了这一技术的发展与普及，自然蒸汽 就更少了，虽然创新奇想发明专利层出不穷，也都因为运行费用高，钻井及技术上的某些难 点形成费用投资巨大难以实现而搁置。利用油层套管为载体所构成的传导井下深处(2000 米以下)底部热量可节省大量技术性风险性投资(因打钻一口 6000多米的深井可获取 260°C的高品质岩石浆体中的热能，而这一深度是没有水层水系的，现阶段打钻费用需一次 性投资2亿多元)。总之，在其他方面应用地热能技术所采取的传导、热交换、注抽等其他方 法，都因投资大、获取热能量小、不经济等因素而只限于想法和试验性阶段，没有较大的实 用价值，难以规模化应用。至今还没有一项可广泛应用的、成熟的利用地热能量的转化技术 或发明供人类所使用。
发明内容
1、本发明的目的是提供一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法及装置，是 利用现有或报废的油田中的油井，水井、探井和地热井的自身套管，克服了常规方法钻井取 热，取水，取蒸汽的方法，利用井自身原有套管通过改造后传导地下岩石浆体中热能的装 置。这样可减少大量钻井费用投资，同时也是利用现有油田资源及闲置的设备盘活现有资 产使报废资产在利用的一种可行再利用的好方法及装置，也可钻完井时直接下入带真空保 温隔温层套管的套管以减少二次投资。2、本发明中传热区段和吸热区段可以在现有的报废井、废弃井、现有的油水井、地 热井的套管中实现，本发明一是可以减少大量投资对技术思想方法上难以克服的经济屏障，二是在报废的、废弃的、闲置的现有的油水井、地热探井等井的基础上再往下钻获取我 们所需要的经济值，三是在以上任意井的基础上完成少量投资后，利用其中一到二 口井自 身所产生的动力或电力再去钻所需要的口径更大(100毫米以上)、深度更深、温度更高、能 量更大的地热井。本发明是这样实现的一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，预选一口 报废、闲置或在用的井，井的深度不限，先利用一组井下分隔器将井底部封住，再下一组分 隔器将油水层段射孔孔隙封住，再将放热器与井口连接，通过放热器上阀组口将其内部抽 成真空后，再压入一定量的低沸点介质或水，这样就构成了低成本远距离重力热管再利用 地热能的传热装置。液体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由于是真空环境，可实 现高速传递，将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器，潜热蒸汽通过放热器器壁 将热能传递给储热蓄能罐中的自然低温液体或温差发电模块，使潜热蒸汽放热遇冷后又变 为液体，液体在重力的作用下沿着套管壁又流回吸热蒸发区段的套管处吸热蒸发，进行下 一次的超高速再循环。一种利用油层套管传导地下热能再利用的装置，其特征在于它是报废或闲置或 在用的井底部及油水层段射孔孔隙用分隔器分别封住，放热器与井口密闭连接，将其内部 抽成真空，再压入一定量的低沸点介质或水；放热器置入储热蓄能罐中或与温差发电半导 体机连接。本发明另一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，先预选一 口报废、闲置 或在用的井，井的深度不限，再预下一根小于油层套管口径的管子，管子最低处连接一组分 隔器，分隔器可随意固定在你所需要的取热长度处，这样预下管与原套管之间就形成了一 个环形空间，管子上部井口处也采取分隔器的方法，也可用法兰管箍组件联接或封堵的方 法焊接好后，通过阀组口抽成真空，也可灌入保温隔温材料来提高井下能量利用率，这样就 形成了远距离上千米的隔温保温层段，井口的上部联接一组放热器，放热器插入储热蓄能 罐中，这样就构成了一组热损失少，传热效率高的重力热管传热装置了。本发明的部分组成 (1)利用原有套管部分构成了吸热蒸发器，底处部分为取热区段。(2)利用原有套管部分 在下入一组小于套管直径的管子及分隔器构成隔温保温真空段，此处为长距离隔温区段。 (3)井口上部为放热区段，此处构成了所需要的大面积及放热环境，然后将放热区段、隔热 区段、吸热区段依次联通构成的密封空间内通过阀组口抽成真空后，再压入一定量可蒸发 的介质或水，介质和水通过分隔器下部的套管壁构成的取热面积使地热流传导给此处液体 中，液体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由于是真空环境，可实现高速传递，通过 隔热区段将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器，潜热蒸汽通过放热器器壁将热 能传递给储热蓄能罐中的自然低温液体或温差发电模块，使潜热蒸汽放热遇冷后又变为液 体，液体在重力的作用下沿着隔热管壁又流回吸热蒸发区段的套管处吸热蒸发，进行下一 次的超高速再循环。如果在地面上增加一套过热装置，用以将换热器产生的湿蒸汽等压加热到过热蒸汽，例如得到了 300度的干蒸汽，蒸汽的做功能力就会大幅提高，这样一来，可以选配更高 功率的汽轮机，达到节约现有能源的目的。一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，预选一 口报废、闲置或在用的井， 井的深度不限，先利用一组井下分隔器将井底部封住，再下一组分隔器将油水层段射孔孔隙封住，再将放热器与井口连接，放热器外带有真空保温层，放热器内安装热交换器，通过 放热器上阀组口将其内部抽成真空后，再压入一定量的低沸点介质或水，这样就构成了低 成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置。液体介质或水预热高于沸点后，开始大量 蒸发，由于是真空环境，可实现高速传递，将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热 器，放热器再将潜热蒸汽传递给热交换器中的自然低温液体，使潜热蒸汽放热遇冷后又变 为液体，液体在重力的作用下沿着套管壁又流回吸热蒸发区段的套管处吸热蒸发，进行下 一次的超高速再循环。一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，先预选一口报废、闲置或在用的 井，井的深度不限，再预下一根小于油层套管口径的管子，管子最低处连接一组分隔器，分 隔器可随意固定在你所需要的取热长度处，这样预下管与原套管之间就形成了一个环形空 间，管子上部井口处也采取分隔器的方法，也可用法兰管箍组件联接或封堵的方法焊接好 后，通过阀组口抽成真空，也可灌入保温隔温材料来提高井下能量利用率，这样就形成了远 距离上千米的隔温保温层段，井口的上部联接一组放热器，放热器外带有真空保温层，放热 器内安装热 交换器，这样就构成了一组热损失少，传热效率高的重力热管传热装置了。本发 明的部分组成(1)利用原有套管部分构成了吸热蒸发器，底处部分为取热区段。(2)利用原 有套管部分在下入一组小于套管直径的管子及分隔器构成隔温保温真空段，此处为长距离 隔温区段。(3)井口上部为放热区段，此处构成了所需要的大面积及放热环境，然后将放热 区段、隔热区段、吸热区段依次联通构成的密封空间内通过阀组口抽成真空后，再压入一定 量可蒸发的介质或水，介质和水通过分隔器下部的套管壁构成的取热面积使地热流传导给 此处液体中，液体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由于是真空环境，可实现高速 传递，通过隔热区段将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器，将汽化潜热蒸汽源 源不断的传递给上部的放热器，放热器再将潜热蒸汽传递给热交换器中的自然低温液体， 使潜热蒸汽放热遇冷后又变为液体，液体在重力的作用下沿着隔热管壁又流回吸热蒸发区 段的套管处吸热蒸发，进行下一次的超高速再循环。本发明主要是利用了现有闲置的资源，为地热能的应用与普及奠定了技术上、资 金上可以实现的基础，例如，大庆油田有上万口闲置、报废的油水井，我们可以将这部分无 用的井进行再改造或再往下钻到所需要的温度值，可大大减少不必要的费用投资，本发明 在废弃井的实际应用总的地热能发电能力可达5000千瓦以上，同时可以利用这口井自身 热能产生的动力能量去钻打口径更大、井深更深、获取地热能量更大的地热发电或采暖装 置，为地热能的开发与利用开辟了一条可行的、具有实际意义的道路。本发明的方法是实现从低处把地球深处蕴藏在岩石浆体中的高温热能通过气液 相变使气体在真空负压环境中高速通过几千米的路程传导至高处地面自然温度处再释放 蒸汽潜热的过程，它实现无外部动力，而是利用其液体重力向下运动，气体在负压环境下是 向高处运动的特点，把地球深部巨大热能源源源不断传向地面在应用的装置及方法。上述利用油层套管传导地下热能再利用的方法，用于为汽轮机提供蒸汽，推动汽 轮机发电。本发明的传热组件主要由三部分组成，一、吸热蒸发段，其纵向越深越长所取得地 下热能量越高，也就是说，环境温度越高获得有效热值越高，可利用的能量也就越多；二、传 热隔温段和吸热蒸发段，其横向口径越粗过热蒸汽流量就越大，由于此段是上千米路径从下向上传导的，所以隔温效果越好，热损失就越小，利用率也就越高；三、放热段，是通过放 热器将能量传给被加热物体，如温差发电模块，但主要是液体，低于环境温度的液体遇高温 后变为有压汽态，而后再去推动汽轮机运转做功转化为机械能和电能再应用。实际上是地 球自身的热能与大自然(宇宙)的冷能进行冷热交换的过程，是温差势能最基本的表现。自然界中，有冷能也有热能，冷热交换是能量转换的过程，即为做功的过程。怎么 转换就是本发明的出发点，本发明的出发点是，一、利用现有报废井通过本发明的方法实现 廉价的远距离传输地下热能进行再应用；二、即改变能源供给方式，又可得到低成本的电能 来为人类服务，同时也开辟了一条清洁能源利用的新途径；三、由于地热能的可连续性优越 于太阳能和风能等方式，同时也具备了普及性和持久性，这正是本发明的意义所在。综上所述，我利用其报废的、闲置或在用的油水井、地热井，在其原套管的基础上 用分隔器或补贴封的办法进行封堵后，在原井的基础上再往下钻，例如预选的现有井井深 为1500米，我们可以再往下钻2000米即可获取3500米以下150°C的高温值，因大部分油 田矿区海拔高度较低，如大庆油田海拔高度130多米，每百米岩层平均温度梯度4. 070C， 井深3000多米的井井底温度就是122°C的恒定温度值，而地面上的自然温度年平均气温为 4.0°C，这样，地球内部的高温值150°C与地面上大自然的4.0°C平均值就行成较高的温差 值，这一温差值通过本发明的装置就可转换为有用功和热，再把这一有用功和热转化为可 应用的热能用来供暖或转化为电能进行再利用。再例如，大庆油田 现有5000多米的井近10 余口，如在这样的井深基础上再往下钻2000 3000米的深度，即可获取300多度的高品味 温度值，这样不仅可以大量节约地热井的投资，同时也可增大取热面积，在这里，我还要说 明一点，就是地层岩系往下越深处是没有水层和水系的，故以往以热水和地下蒸汽为载体 的地热发电装置难以实现普及和应用，就是这个原因，或者采取其他的方法由于其热能损 失大、经济价值低而无法实现应用，本发明最适合于2000米以下的深井。而本发明的思想就是从根本上解决了这一难题，一是利用油层套管来做井的支撑 以防止岩层的挤压塌陷，二是利用它对井套管孔隙部、底部封堵后，通过热值计算设计出合 理的高温段值作为吸热蒸发区将地球深处高温地热流吸附到套管内可蒸发的液体中，其下 部的取热蒸发区段液体处往上通过传热区段与放热区段所构成的真空环境，潜热蒸汽携带 着地热能量以超音速三倍以上的速度传至放热区段放热器的环境中放热，放热是通过器壁 的截面积把潜热蒸汽中的热量释放后将热量传递给了自然温度的物体或液体，放热器中的 潜热汽体遇冷后又变为液体，在自身重力的作用下又沿着传热区段的套管壁或隔温管壁流 回吸热蒸发区段中进行再循环，这就是本发明的原理，是利用地球深处岩石浆体中的热。这 样就为地热能大面积应用奠定了基础，使地热能的利用与应用变为可能，它是一场现阶段 无污染、清洁可持续的能源革命，把现有油田无用井改造成为地热能源井的能源基地，把水 用电电解为氢气再应用，改变能源供给方式已成为可能。温差发电是一种新型的发电方式，利用赛贝尔效应将热能直接转换为电能。以半 导体温差发电模块制造的半导体发电机，只要有温差存在即能发电。工作时无噪音、无污 染，使用寿命超过十年，免维护，因而是一种应用广泛的便携电源。有益效果1、本发明可以在现有的报废井、废弃井、现有的油水井、地热井的套管中实现，本 发明的目的一是可以减少大量投资对技术思想方法上难以克服的屏障，二是在报废的、废弃的、闲置的现有的油水井、地热探井等井的基础上再往下钻我们所需要的经济值，三是在 以上任意井的基础上完成少量投资后，利用其中一到二 口井自身所产生的动力电力的能量 去再钻你所需要的口径更大、深度更深、温度更高、能量更高的地热井。如，将图1所示的井 深6300米，井径5. 5英寸，井底温度257°C的废弃井按照本发明方法改造，建设成实用性小 规模5000千瓦地热能发电机组，它所产生的电能可以带动450台抽油机在不采用其他外部 电力的情况下实现低成本正常生产，可大大降低原油开采成本，一是同时可应用此井所产 生出的电力再打钻一口 500毫米以上大口径、井深更深并可获取300°C以上饱和蒸汽的地 热井，可以应用本发明图13的装置，不用二次传导就可实现用地热能蒸汽直接推动汽轮机 发电，据初步估算，每小时可发出10万千瓦的电能；二是同时可应用图10、图11所示的装 置提供的方法，利用油田废弃井的地下热能给附近150户居民提供无需其他外部能量加热 的温度为55°C的热水；三是应用本发明中图12的设计方案，给26000户居民提供冬季采暖 面积为260万平方米的地热供暖项目。2、本发明最大限度地利用了自然界自然存在的热能和冷能，使装置结构简单，避 免了因换热提供的繁杂的结构，同时还可以保护环境，实现低碳经济目标。
图1是现有未射孔的油水井井身结构示意图；图2是现有已射孔的油水井井身结构示意图；图3是安装了分隔器的地热井井身结构图；图4是安装了柱形放热器构成的地热井传热结构图；图5是安装了柱形放热器构成的地热井传热结构图；图6是安装了环形放热器构成的地热井传热结构图；图7是安装了环形放热器构成的地热井传热结构图；图8是在柱形放热器安装了温差发电模块的结构示意图；图9是在环形放热器上安装了温差发电模块的结构示意图；图10是地热传热井安装了卧式型储热蓄能罐的结构图；图11是带真空保温层立式型储热蓄能罐的结构图；图12是带真空保温层立式型储热蓄能罐的结构图；图13是地热井直接推动式结构图；图14是带隔温段的地热井传热结构图；图15是带隔温段卧式型储热蓄能罐的结构图；图16是带真空保温层立式型储热蓄能罐的结构图；图17是带真空保温层立式型储热蓄能罐的结构图；图18是带真空保温层地下立式储热蓄能罐的结构图；图19是地热能热管取热并联井装置；图20是热交换器安装在柱形放热器内部的结构示意图；图21是环形热交换器安装在柱形放热器内部的结构示意图；图22是环形热交换器安装在环形放热器内部的结构示意图。1吸热蒸发器、2传热管、3放热器、4油层套管、5储热蓄能罐、6真空保温层、7冷凝回流管、8单向阀、9封井水泥、10分隔器、11法兰组件、12高温液体外输管、13低温液体返 回管、14储能蒸汽包、15外输蒸汽管、16汽轮机、17回液管、18冷却塔、19热交换器、20循环 泵、21水泥环、22技术套管、23表层套管、24射孔孔隙、25孔隙分隔器、26管箍、27阀组口、 28温差发电半导体机、29冷板、30油管、31发电机、32热交换器
具体实施例方式结合附图对本发明做进一步说明图1是现有未射孔的油水井井身结构示意图，如图所示，油管30位于油层套管4 内，油层套管4安装至地下的油层或水层中，油层套管4外包有水泥环21，在易崩地层处，水 泥环21外还安装了技术套管22，在地表之下，技术套管22外安装表层套管23。图2是现有已射孔的油水井井身结构示意图，该井身与图1所示的井身不同之处 为，油层套管4在油层处设置有一些射孔孔隙24。图3是安装了分隔器的地热井井身结构图，如图，预选一口报废、闲置或在用的 井，井的深度不限，利用一组井下分隔器10将井底部封住，再下一组孔隙分隔器25将油水 层段射孔孔隙24封住，便得到了地热井井身。图4是安装了柱形放热器构成的地热井传热结构图，将柱形放热器与图3所示的 地热井井口用管箍26连接，再通过放热器3上阀组口 27将其内部抽成真空后，并压入一定 量的低沸点介质或水，构成了低成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置，井的底部 为吸热蒸发器1。图5是安装了柱形放热器构成的地热井传热结构图，将柱形放热器与图3所示的 地热井井口用法兰组件11连接，再通过放热器上阀组口 27将其内部抽成真空后，并压入一 定量的低沸点介质或水，这样就构成了低成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置。图6是安装了环形放热器构成的地热井传热结构图，将油层套管4底部用封井水 泥9封堵，将环形放热器3与井口用法兰组件11连接，通过放热器上阀组口 27将其内部抽 成真空后，并压入一定量的低沸点介质或水，这样就构成了低成本远距离重力热管再利用 地热能的传热装置。图7是安装了环形放热器构成的地热井传热结构图，该地热井传热结构与图6所 示的不同之处为环形放热器3与井口用管箍26连接。图8是在柱形放热器安装了温差发电模块的结构示意图，通过该装置可实现利用 油层套管传导地下热能再利用的方法，即预选一 口报废、闲置或在用的井，井的深度不限， 先利用一组井下分隔器10将井底部封住，再下一组孔隙分隔器25将油水层段射孔孔隙24 封住，再将放热器3与井口连接，通过放热器上阀组口 27将其内部抽成真空后，再压入一定 量的低沸点介质或水，这样就构成了低成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置。液 体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由于是真空环境，可实现高速传递，将汽化潜 热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器3，潜热蒸汽通过放热器3器壁将热能传递给温差 发电模块，具体是将热能传递给冷板29，使潜热蒸汽放热遇冷后又变为液体，液体在重力的 作用下沿着套管壁又流回吸热蒸发区段吸热蒸发，进行下一次的超高速再循环，而半导体 温差发电模块制造的温差发电半导体机28，只要有温差存在即能发电。工作时无噪音、无污 染，使用寿命超过十年，免维护，是一种应用广泛的便携电源。
图9与图8处示的不同之处为放热器为环形的。图10是地热传热井安装了卧式型储热蓄能罐的结构图，放热器3放置在储热蓄能 罐5中，放热器3 —端通过管线与油层套管4连接，另一端通过冷凝回流管7再连接至井底 的吸热蒸发器1，冷凝回流管7插入井身部分由真空保温层6保温。储热蓄能罐5外带有 真空保温层。通过该装置可实现利用油层套管4传导地下热能再利用的方法，即预选一口 报废、闲置或在用的井，井的深度不限，先利用一组井下分隔器10将井底部封住，再下一组 孔隙分隔器25将油水层段射孔孔隙24封住，再将放热器3与井口连接，通过放热器上阀组 口 27将其内部抽成真空后，再压入一定量的低沸点介质或水，这样就构成了低成本远距离 重力热管再利用地热能的传热装置。液体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由于是 真空环境，可实现高速传递，将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器3，潜热蒸汽 通过放热器3器壁将热能传递给储热蓄能罐5中的自然低 温液体，使潜热蒸汽放热遇冷后 又变为液体，液体在重力的作用下沿着冷凝回流管7又流回吸热蒸发区段吸热蒸发，进行 下一次的超高速再循环，而储热蓄能罐5中液体或气体再利用，可以用于发电、供暖等。图11是带真空保温层立式型储热蓄能罐的结构图，该装置利用油层套管传导地 下热能再利用的方法，预选一口报废、闲置或在用的井，井的深度不限，先利用一组井下分 隔器10将井底部封住，再下一组孔隙分隔器25将油水层段射孔孔隙24封住，再将放热器 3与井口连接，通过放热器上阀组口 27将其内部抽成真空后，再压入一定量的低沸点介质 或水，这样就构成了低成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置。放热器3插入热能 蓄能罐5中，液体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由于是真空环境，可实现高速 传递，将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器3，潜热蒸汽通过放热器3器壁将热 能传递给储热蓄能罐5中的自然低温液体，使潜热蒸汽放热遇冷后又变为液体，液体在重 力的作用下沿着套管壁又流回吸热蒸发区段吸热蒸发，进行下一次的超高速再循环。热能 蓄能罐5也是带真空保温层的，其设有高温液体外输管12、低温液体返回管13、外输蒸汽管 15，低温液体返回管13处设置单向阀8和循环泵20，另外，本实施例中储热蓄能罐5中还 有一热交换器19，热交换器19也设有高温液体外输管12、低温液体返回管13，热交换器19 位于放热器3的上方，这样可以更好地提高放热器3的散热效率，热交换器19中的液体或 气体可以用于为用户供暖或洗浴等。图12与图11提供的装置不同之处在于，井身没有射孔孔隙24，故不需封堵，另外， 放热器3为环形的。图13是地热井直接推动式结构图，该装置用于将地热蒸汽发电，预选一口报废、 闲置或在用的井，井的深度不限，利用一组井下分隔器10将井底部封住，将地热井井口与 管线用法兰连接，再通过管线上阀组口 27将其内部抽成真空，上述管线连接汽轮机16，汽 轮机16连接发电机31，汽轮机16通过排气管连接冷却塔18，冷却塔18通过回液管连接吸 热蒸发器1，用从地下传导上来的蒸汽推动汽轮机16发电，蒸汽做功后进入冷却塔18，冷却 后的液体经回液管17又可以回到吸热蒸发器1，如此往复循环，利用本发明提供的方法发 H1^ ο图14是带隔温段的地热井传热结构图，利用现有或报废的油田中的油井，水井、 探井和地热井的原套管传导地热能，先预选一 口报废、闲置或再用的井，井的深度不限，向 油层套管4内预下一根小于原井口径的管子作为传热管2，传热管2的底端通过连接一组分隔器10，将油层套管4与传热管2之间的环形空间封闭，分隔器10可随意固定你所需要的取热长度处，这样传热管2与原油层套管4之间就形成了一个环形空间，传热管2上部井口 处也采取分隔器10或用法兰组件11联接或封堵的方法焊接好后，环形空间内抽成真空，或 放入保温隔温材料，形成远距离的隔温保温层段，环形空间下方的油层套管为吸热蒸发器 1，井口的上部传热管2联接放热器3，放热器3为环形，这样构成一组可以应用的重力真空 热管；油层套管部分构成的吸热蒸发器1为取热段；吸热蒸发器1的上面为长距离隔温保 温层段；井口上部为放热段，此处构成放热环境，然后将放热器3、传热管2、吸热蒸发器1依 次联通构成的密封空间内抽成真空后在压入一定量的可蒸发的介质或水。图15是带隔温段卧式型储热蓄能罐的结构图，利用现有或报废的油田中的油井， 水井、探井和地热井的原油层套管传导地下热能再利用的方法，先预选一 口报废、闲置或再 用的井，井的深度不限，向油层套管4内预下一根小于原井口径的管子作为传热管2，传热 管2的底端通过连接一组分隔器10，将油层套管4与传热管2之间的环形空间封闭，分隔器 10可随意固定你所需要的取热长度处，这样传热管2与油层套管4之间就形成了一个环形 空间，传热管2上部井口处也采取分隔器10的方法焊接好后，环形空间内抽成真空，或放入 保温隔温材料，形成远距离的隔温保温层段，环形空间下方的油层套管为吸热蒸发器1，井 口的上部传热管2联接放热器3，放热器3横卧在储热蓄能罐5中，放热器3 —端通过管线 与油层套管4连接，另一端通过冷凝回流管7再连接至井底的吸热蒸发器1，冷凝回流管7 插入井身部分由真空保温层6保温。油层套管4部分构成的吸热蒸发器1，底处为取热段； 吸热蒸发器1的上面为长距离隔温保温层段；井口上部为放热段，此处构成放热环境，然后 将放热器3、传热管2、吸热蒸发器1依次联通构成的密封空间内抽成真空后在压入一定量 的可蒸发的介质或水；介质和水通过分隔器10下部的吸热蒸发器1壁使地热流传导给此处 液体中，液体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由于是真空环境，可实现高速传递， 通过隔热段将汽化潜热源源不断传递给放热器3，潜热蒸汽通过放热器3器壁将热能传递 给储热蓄能罐5中的低温液体中，使潜热蒸汽遇冷后又变为液体，液体在重力的作用下沿 着冷凝回流管又流回吸热蒸发段的吸热蒸发器1中，进行下一次的再循环，储热蓄能罐5中 的液体或气体可以根据需要使用。吸热蒸发器1吸收地热后，低温介质蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向放热器 3，并在放热器3放出热量凝结成为液体，冷凝液在自身重力作用下沿冷凝回流管向下返回 至吸热蒸发器1，如此循环不已，热量就由地下被传送到地面上，大量热量可以通过很小的 横截面积实现远距离输送而无需外加动力，又由于绝热段有真空保温层6的保温，地下热 能传递至地上时热量损失很小，能充分地利用地热能，将储热蓄能罐5中的低温液体汽化 或加温并加以利用，从而非常方便地将地热能传导至地面上，根据需要使用。图16是带真空保温层立式型储热蓄能罐的结构图，先预选一 口报废、闲置或再用 的井，井的深度不限，向油层套管4内预下一根小于原井口径的管子作为传热管2，传热管2 的底端通过连接一组分隔器10，将油层套管4与传热管2之间的环形空间封闭，分隔器10 可随意固定你所需要的取热长度处，这样传热管2与油层套管4之间就形成了一个环形空 间，传热管2上部井口处也采取分隔器10的方法焊接好后，环形空间内抽成真空，或放入保 温隔温材料，形成远距离的隔温保温层段，环形空间下方的油层套管为吸热蒸发器1，井口 的上部传热管2联接放热器3，放热器插入热能蓄能罐，热能蓄能罐也是带真空保温层的，其设有高温液体外输管12、低温液体返回管13、外输蒸汽管15，低温液体返回管13处设置 单向阀8和循环泵20，另外，本实施例中储热蓄能罐5中还有一热交换器19，热交换器19 也设有高温液体外输管12、低温液体返回管13，热交换器19位于放热器3的上方，这样可 以更好地提高放热器3的散热效率。图17是带真空保温层立式型储热蓄能罐的结构图，该装置与图16所示的装置区 别是放热器3为环形的，其它结构相同。图18是带真空保温层地下立式储热蓄能罐的结构图，该装置与图16所示的装置 区别是放热器3为柱形的，其外没有翅片，热交换器19缠绕在放热器3外，其它结构相同。图19是地热能热管取热并联井装置，如图所示，这种地热能热管取热并联井装置 传导的蒸汽用于推动汽轮机发电，为了提高蒸汽发生量，采用了多套利用现有或报废的油 田中的油井，水井、探井和地热井的油层套管提取地热能，将各套装置并联使用，如其中一 套装置的储热蓄能罐5安装在地面上，该储热蓄能罐5通过带有真空保温层的管线连接至 储能蒸汽包14，与该储热蓄能罐5其相邻的二套装置的储热蓄能罐5安装在地面下，二者的 蒸汽都汇入储能蒸汽包14中，第四套装置取消了放热器3和储热蓄能罐5，它们由吸热蒸 发器1、传热管2、储能蒸汽包14、冷凝回流管7构成，传热管2直接连接到储能蒸汽包14， 与另外冷源连接的冷凝回液管7连接至吸热蒸发器1，吸热蒸发器1吸收地球深部的 高温 岩石浆体中巨大热能后，将吸热蒸发器1中的液体工质汽化，并产生压力蒸汽，再通过绝热 区段真空保温层6中的传热管2使潜热蒸汽源源不断传递给储能蒸汽包14 ；由于储能蒸汽 包14中汇集了大量的蒸汽，为了利用蒸汽，将储能蒸汽包14通过外输蒸汽管15与汽轮机 16连接起来，用这些蒸汽推动汽轮机16发电，蒸汽做功后进入冷却塔18，冷却后的液体经 回液管17又可以进入储热蓄能罐5或吸热蒸发器1，如此往复循环，利用本发明提供的方法 发电。另外，冷却塔18中的冷却器还可埋入地下或放入江河湖海中散热，这样最大限度地 利用了自然界自然存在的热能和冷能，使装置结构简单，避免了因换热提供的繁杂的结构， 同时还可以保护环境，实现低碳经济目标。图20是热交换器安装在柱形放热器内部的结构示意图，该装置利用油层套管传 导地下热能再利用的方法，预选一口报废、闲置或在用的井，井的深度不限，先利用一组井 下分隔器10将井底部封住，将放热器3与井口通过管箍连接，放热器外带有真空保温层6， 通过放热器上阀组口 27将其内部抽成真空后，再压入一定量的低沸点介质或水，这样就构 成了低成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置。放热器3是柱形的，放热器3内安 装有热交换器32，井底部吸热蒸发器1内液体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由 于是真空环境，可实现高速传递，将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器3，潜热 蒸汽通过放热器3传递给热交换器32中的自然低温液体，使潜热蒸汽放热遇冷后又变为液 体，液体在重力的作用下沿着套管壁又流回吸热蒸发区段吸热蒸发，进行下一次的超高速 再循环。图21是环形热交换器安装在柱形放热器内部的结构示意图，它利用现有或报废 的油田中的油井，水井、探井和地热井的原油层套管传导地下热能再利用的方法，先预选一 口报废、闲置或再用的井，井的深度不限，向油层套管4内预下一根小于原井口径的管子作 为传热管2，传热管2的底端通过连接一组分隔器10，将油层套管4与传热管2之间的环形 空间封闭，分隔器10可随意固定你所需要的取热长度处，这样传热管2与油层套管4之间就形成了一个环形空间，传热管2上部井口处也采取分隔器10的方法焊接好后，环形空间内抽成真空，或放入保温隔温材料，形成远距离的隔温保温层段，环形空间下方的油层套管 为吸热蒸发器1，井口的上部传热管2联接放热器3，放热器3外带有真空保温层6，放热器 3内安装环形热交换器32。油层套管4部分构成的吸热蒸发器1，底处为取热段；吸热蒸发 器1的上面为长距离隔温保温层段；井口上部为放热段，此处构成放热环境，然后将放热器 3、传热管2、吸热蒸发器1依次联通构成的密封空间内抽成真空后在压入一定量的可蒸发 的介质或水；介质和水通过分隔器10下部的吸热蒸发器1壁使地热流传导给此处液体中， 液体介质或水预热高于沸点后，开始大量蒸发，由于是真空环境，可实现高速传递，通过隔 热段将汽化潜热源源不断传递给放热器3，潜热蒸汽通过放热器3传递给热交换器32中的 低温液体中，使潜热蒸汽遇冷后又变为液体，液体在重力的作用下沿着冷凝回流管7又流 回吸热蒸发段的吸热蒸发器1中，进行下一次的再循环。热交换器32中的气体或液体可以 根据需要使用。 图22是环形热交换器安装在环形放热器内部的结构示意图，该装置与图21提供 的装置不同之处在于，放热器3为环形的，热交换器32也为环形的，放热器3与井口通过联 接法兰连接。其它结构相同。
权利要求
一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，其特征在于这种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，预选一口报废或闲置或在用的井，利用分隔器将井底部及油水层段射孔孔隙(24)分别封住，再将放热器(3)与井口密闭连接，并将其内部抽成真空后，再压入一定量的低沸点介质或水，构成低成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置；所述的传热装置中的低沸点介质或水吸收地热能汽化，将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器(3)，潜热蒸汽通过放热器(3)将热能传递给储热蓄能罐(5)中的自然低温液体或温差发电模块或热交换器中的自然低温液体，用于再利用，而放热器中的冷却液体则返回油层套管底部的吸热蒸发器，往复超高速循环。
2.一种利用油层套管传导地下热能再利用的装置，其特征在于它是报废或闲置或在 用的井底部及油水层段射孔孔隙(24)用分隔器分别封住，放热器(3)与井口密闭连接，将 其内部抽成真空，再压入一定量的低沸点介质或水；放热器(3)置入储热蓄能罐(5)中或与 温差发电半导体机连接。
3.根据权利要求2所述的利用油层套管传导地下热能再利用的装置，其特征在于所 述的储热蓄能罐(5)中还有一热交换器(19)，热交换器(19)位于放热器(3)的上方。
4.根据权利要求2所述的利用油层套管传导地下热能再利用的装置，其特征在于所 述的放热器(3)横卧在储热蓄能罐(5)中，放热器(3) —端通过管线与井口密闭连接，另一 端通过冷凝回流管(7)连接至井底的吸热蒸发器(1)，冷凝回流管(7)插入井身部分由真空 保温层(6)保温。
5.一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，其特征在于这种利用油层套管传 导地下热能再利用的方法，利用现有或报废的油田中的油井或水井或探井或地热井的原套 管提取地热能，预选一口报废、闲置或再用的井，向油层套管(4)内预下传热管(2)，传热管 (2)的底端通过连接一组分隔器(10)，将油层套管(4)与传热管(2)之间的环形空间封闭， 传热管上部井口处密闭后，将环形空间内抽成真空，或放入保温隔温材料，形成远距离的隔 温保温层段，环形空间下方的油层套管为吸热蒸发器(1)，传热管(2)联接放热器(3)，放热 器(3)插入储热蓄能罐(5)中或与温差发电半导体机连接；将放热器(3)、传热管(2)、吸热 蒸发器(1)依次联通构成的密封空间内抽成真空，再压入一定量的可蒸发的介质或水；介 质或水吸收井底地热流后，蒸发，通过隔热段将汽化潜热源源不断传递给放热器(3)，潜热 蒸汽通过放热器(3)器壁将热能传递给储热蓄能罐(5)中的低温液体或温差发电模块，用 于再利用，而潜热蒸汽遇冷后又变为液体，流回吸热蒸发器(1)中，往复进行超高速循环。
6.一种利用油层套管传导地下热能再利用的装置，其特征在于它是将现有或报废的 油田中的油井或水井或探井或地热井的油层套管(4)利用分隔器(10)将底部封住，油层套 管(4)内安装传热管(2)，传热管(2)与上部井口处密闭连接，传热管(2)的底端与油层套 管(4)之间的环形空间密闭连接，封闭的环形空间内抽成真空，或放入保温隔温材料，形成 远距离的隔温保温层段；环形空间下方的油层套管为吸热蒸发器(1)，井口的上部传热管 (2)联接放热器(3)，放热器(3)置入储热蓄能罐(5)中或与温差发电半导体机连接；油层 套管部分构成的吸热蒸发器(1)，底处为取热段；吸热蒸发器(1)的上面为长距离隔温保温 层段；井口上部为放热段，放热器(3)、传热管(2)、吸热蒸发器(1)依次联通构成的密封空 间内压入一定量的可蒸发的介质或水，并抽成真空。
7.根据权利要求6所述的利用油层套管传导地下热能再利用的装置，其特征在于所述的储热蓄能罐(5)中还有一热交换器(19)，热交换器(19)也设有高温液体外输管(12)、 低温液体返回管(13)，热交换器(19)位于放热器(3)的上方。
8.根据权利要求6所述的利用油层套管传导地下热能再利用的装置，其特征在于所 述的储热蓄能罐(5)通过带有真空保温层的管线连接至储能蒸汽包(14)，储能蒸汽包(14) 通过外输蒸汽管(15)与汽轮机(16)连接；汽轮机(16)通过排气管连接冷却塔(18)，冷却 塔(18)通过回液管(17)连接吸热蒸发器(1)。
9.一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，其特征在于这种利用油层套管传 导地下热能再利用的方法，预选一 口报废或闲置或在用的井，利用分隔器将井底部及油水 层段射孔孔隙(24)分别封住，再将放热器(3)与井口密闭连接，并将其内部抽成真空后，再 压入一定量的低沸点介质或水，构成低成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置；所 述的传热装置中的低沸点介质或水吸收地热能汽化，将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给地 面上的汽轮机(16)发电，而发电后的冷却液体则返回油层套管底部的吸热蒸发器(1)，往 复超高速循环。
10.一种利用油层套管传导地下热能再利用的方法，其特征在于这种利用油层套管 传导地下热能再利用的方法，利用现有或报废的油田中的油井或水井或探井或地热井的原 套管提取地热能，预选一口报废、闲置或再用的井，向油层套管(4)内预下传热管(2)，传热 管(2)的底端通过连接一组分隔器(10)，将油层套管(4)与传热管(2)之间的环形空间封 闭，传热管上部井口处密闭后，将环形空间内抽成真空，或放入保温隔温材料，形成远距离 的隔温保温层段，环形空间下方的油层套管为吸热蒸发器(1)，传热管(2)联接放热器(3)， 放热器(3)外带有真空保温层(6)，放热器(3)内安装热交换器(32)；将放热器(3)、传热 管(2)、吸热蒸发器(1)依次联通构成的密封空间内抽成真空，再压入一定量的可蒸发的介 质或水；介质或水吸收井底地热流后，蒸发，通过隔热段将汽化潜热源源不断传递给放热器 (3)，放热器(3)再将潜热蒸汽传递给热交换器(32)中的自然低温液体，用于再利用，而潜 热蒸汽遇冷后又变为液体，流回吸热蒸发器(1)中，往复进行超高速循环。
全文摘要
本发明涉及的是利用油层套管传导地下热能再利用的方法及装置，其中的方法是，预选一口报废或闲置或在用的井，利用分隔器将井底部及油水层段射孔孔隙分别封住，再将放热器与井口密闭连接，并将其内部抽成真空后，再压入一定量的低沸点介质或水，构成低成本远距离重力热管再利用地热能的传热装置；所述的传热装置中的低沸点介质或水吸收地热能汽化，将汽化潜热蒸汽源源不断的传递给上部的放热器，潜热蒸汽通过放热器器壁将热能传递给储热蓄能罐中的自然低温液体或温差发电模块，用于再利用。本发明用于解决应用地热能存在投资大、难以规模化应用的问题，大大降低了地热能利用成本。
文档编号H02N11/00GK101832673SQ20101010131
公开日2010年9月15日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者龚智勇 申请人:龚智勇