一种地热单井强化换热系统的制作方法

本发明涉及地热供暖技术，具体涉及一种地热单井强化换热系统。

背景技术：

我国北方雾霾严重，特别是冬季供暖更进一步加重了雾霾，目前对清洁能源供暖技术需求迫切。地热能作为一种清洁能源，在北方供暖中越来越被重视。但目前在地热供暖实施过程中面临着地热勘探及钻井费用高，风险大的难题，特别是在打水热型地热井时，常出现干孔无水的情况，这种情况加大了企业的投资风险，一定程度上阻碍了地热供暖的快速规模化推广。出现干孔无水的地热井，废弃了可惜，利用单井封闭循环供暖，虽能在一定程度上挽回一些损失，但该种供暖方式单井出力小。

技术实现要素：

为提高干孔无水的地热井的出力，本发明提出了一种地热单井强化换热系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种地热单井强化换热系统，包括在设置地下的致密岩石层中间的人造多孔体系、设置在地表上的取热供暖组件以及设置在地下的地下采热组件，所述地下采热组件包括贯穿设置在地下的致密岩石层与人造多孔体系的地热井以及设置在地热井中部的保温管，所述地热井采用金属井壁，所述保温管连通地热井的井口以及井底，所述金属井壁在人造多孔体系的部分设有上部筛管以及下部筛管，所述保温管的内部形成出水通道，所述保温管与金属井壁之间的环形空间形成进水通道。

进一步地，所述取热供暖组件包括热泵机组与注入泵，所述热泵机组的入口连接至出水通道的出口处，所述注入泵的出口连接至进水通道的入口处，所述热泵机组的出口与注入泵的入口相连。

进一步地，所述上部筛管的下方设有上部封隔器，所述下部筛管的上方设有下部封隔器。

进一步地，所述人造多孔体系的纵向厚度为100m-1000m，横向厚度为10m-30m。

进一步地，所述人造多孔体系采用射孔、水力压裂、爆破或者上述几种方式的组合形成，并注入支撑剂。

进一步地，所述的支撑剂为金属颗粒或陶瓷颗粒。

进一步地，所述保温管为采用ppr管制成的保温管。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明通过人造多孔体系的强化换热，可大幅度提高地热单井的输出功率，进而避免出现干孔无水而无法使用的情况，有效提高打孔的利用率，降低企业的投资风险。虽然目前人造多孔体系的费用较高，但随着技术的进步，该技术将会逐渐成熟，费用亦会渐渐下降，因此将会日渐普及，进而降低本系统的成本。

附图说明

图1为地热单井强化换热系统的结构示意图；

附图标记说明：1、热泵机组；2、注入泵；3、金属井壁；4、保温管；5、致密岩石层；6、上部筛管；7、上部封隔器；8、人造多孔体系；9、下部封隔器；10、下部筛管。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，一种地热单井强化换热系统，包括设置在地下的人造多孔体系8、设置在地表上的取热供暖组件、以及设置在地下的地下采热组件，人造多孔体系8的上方与下方均为致密岩石层5。地下采热组件包括地热井以及设置在地热井中部的保温管4，保温管4采用ppr管制成，地热井需要贯穿设置在地下的致密岩石层5与人造多孔体系8，以确保对人造多孔体系8的利用率。地热井的内壁采用金属井壁3，保温管4连通地热井的井口以及井底处，保温管4的内部形成出水通道，保温管4与金属井壁3之间的环形空间形成进水通道。进水通道、出水通道与处于地表的取热供暖组件结合形成取热循环。

金属井壁3在人造多孔体系8的部分设有上部筛管6以及下部筛管10，一般上部筛管6处于人造多孔体系8靠近地表的一端，下部筛管10处于人造多孔体系8远离地表的一端。在上部筛管6与下部筛管10之间的进水通道内设有封隔器，封隔器分为上部封隔器7与下部封隔器9，上部封隔器7处于紧贴上部筛管6的下方，下部封隔器9处于紧贴下部筛管10的上方，其作用在于阻断该部分的进水通道，避免该部分进水通道内有水流入，进而令水全部流经人造多孔体系8，以便充分利用人造多孔体系8对水进行加热。

处于地表上的取热供暖组件包括热泵机组1与注入泵2，热泵机组1的入口连接至出水通道的出口处，注入泵2的出口连接至进水通道的入口处，热泵机组1的出口与注入泵2的入口相连，以形成循环的回路，热泵机组1利用地热井的出水提升温度后供暖，然后利用注入泵2将低温水回注入地热井。

具体地，以井深3000m、地温梯度30℃/km，井径177.8mm的地热井为例。选择在深度2500m-3000m的岩石中建造人造多孔体系8。人造多孔体系8采用射孔、水力压裂、爆破或者上述几种方式的组合形成。人造多孔体系8形成后，注入支撑剂，支撑剂可以是金属颗粒，也可以是陶瓷颗粒等。人造多孔体系8的纵向厚度为100m-1000m，横向厚度为10m-30m。

热泵机组1的回水温度为8℃，8℃的地热水经注入泵2加压后，注入地热井。在地热井的进水通道，上部2500m的岩石首先加热8℃的地热水。在井深2500m附近，由于上部封隔器7的阻挡，地热水经上部筛管6流进人造多孔体系8，在人造多孔体系8内，地热水和岩石充分换热，升温后的地热水经下部筛管10进入保温管4。假设经过人造多孔体系8的加热，地热水温度升高到26℃，26℃的地热水进入保温管4底部，由于保温管4的散热，保温管4上部采出地热水温度为24℃。24℃的采出地热水进入热泵机组1，经热泵提取热量后变为8℃的低温水再注入地热井，这样能提高干孔无水的地热井的出力，通过在下部温度较高的岩石中的人造多孔体系8，强化水岩换热，提高地热单井的输出功率。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种地热单井强化换热系统，包括设置在地下的致密岩石层中间的人造多孔体系、设置在地表上的取热供暖组件以及设置在地下的地下采热组件，地下采热组件包括贯穿设置在地下的致密岩石层与人造多孔体系的地热井以及设置在地热井中部的保温管，地热井采用金属井壁，保温管的内部形成出水通道，保温管与金属井壁之间的环形空间形成进水通道，保温管连通地热井的井口以及井底，金属井壁在人造多孔体系的部分设有上部筛管以及下部筛管。本发明通过人造多孔体系的强化换热，可大幅度提高地热单井的输出功率，进而避免出现干孔无水而无法使用的情况，有效提高打孔的利用率，降低企业的投资风险。

技术研发人员：卜宪标;李华山;王令宝
受保护的技术使用者：中国科学院广州能源研究所
技术研发日：2019.04.29
技术公布日：2019.08.16