一种封闭式井换热装置及地热井的制作方法

本实用新型涉及地热开发技术领域，具体涉及一种封闭式井换热装置及地热井。

背景技术：

我国是一个地热资源相当丰富的国家，地热资源总量约占全球的7.9％，随着低碳经济时代的来临，可再生能源在人类经济发展中的地位日益重要。2017年1月，国家发改委、能源局、国土部发布了“地热能开发利用‘十三五’规划”，提出在‘十三五’时期，新增地热能供暖(制冷)面积11亿平方米。尤其是近年来，大气污染加剧，雾霾治理问题迫在眉睫，而太阳能、风能和浅层地温能的各自局限性，中深层地热能的开发受到了社会的青睐，各种技术逐渐发展，有望成为最具可持续发展的绿色能源。

中深层地热井的开发利用分为直接利用型和间接利用型两种，目前中深层地热的换热井施工成本较大，造成其绝对的换热量相对其施工成本来说不经济，尚无成功的工程案例。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种封闭式井换热装置及地热井。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种封闭式井换热装置，设置在地热井中，包括导热套管和隔热取水管，所述导热套管设置在地热井中以将其内的水与所述地热井周边的地热能进行换热，所述隔热取水管套设在所述导热套管内并通过端部取水口将所述导热套管内经过换热的水取出。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的换热装置，利用导热套管和隔热取水管的相互套设的结构，减少了井内热水在上升过程中的热量损失，增加了封闭式取热系统的水量，从而提高了封闭式“U型”井换热装置的单位时间内换热效率。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述导热套管为金属管。

采用上述进一步方案的有益效果是：导热套管采用导热材料制成，使地热能快速的与导热套管内的水进行换热。

进一步，所述隔热取水管采用石棉管。

采用上述进一步方案的有益效果是：隔热取水管采用隔热材料制成，防止取水过程中热量散失。

进一步，所述隔热取水管侧壁与所述导热套管侧壁之间封闭隔离设置，所述导热套管侧壁与所述地热井内侧壁之间封闭隔离设置。

采用上述进一步方案的有益效果是：将隔热取水管侧壁、导热套管侧壁与地热井内侧壁隔离设置，可以导热套管内的水不容易散失。

进一步，所述导热套管呈U型结构，其两端分别从地热井向上延伸，所述隔热取水管从所述导热套管的任意一端伸入所述导热套管内。

采用上述进一步方案的有益效果是：导热套管采用U型结构，与地热井结构相适配。

进一步，所述导热套管包括依次连接形成所述U型结构的第一竖管段、造斜管段、水平管段和第二竖管段，所述造斜管段、水平管段以及所述第二竖管段的下半部分位于所述地热井的储热层中，所述隔热取水管从第一竖管段或第二竖管段的上端伸出。

采用上述进一步方案的有益效果是：对导热套管结构进行限定，可与地热井结构进行适配。

进一步，所述隔热取水管的导热系数小于0.02W/(m℃)。

采用上述进一步方案的有益效果是：对隔热取水管导热系数限定，防止取水过程中热量散失。

一种地热井，包括所述的换热装置和井本体，所述导热套管固定在所述井本体内。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的地热井，结构简单，换热效率高。

进一步，所述导热套管外侧壁与所述井本体内侧壁之间设有一层导热层。

采用上述进一步方案的有益效果是：导热层的设置，可有效提高换热效率。

进一步，所述导热套管靠近所述井本体井口的位置与所述井本体内侧壁之间设有一层水泥层。

采用上述进一步方案的有益效果是：水泥层的设置，使导热套管端部固定更加牢固。

附图说明

图1为本实用新型地热井的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、导热套管；11、第一竖管段；12、造斜管段；13、水平管段；14、第二竖管段；2、隔热取水管；21、取水口；3、井本体；31、第一对接井；31、第二对接井；33、造斜段；34、水平段；35、第一台阶；36、第二台阶；37、第三台阶；4、导热层；5、水泥层；6、地面；7、储热层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种封闭式井换热装置，设置在地热井中，包括导热套管1和隔热取水管2，所述导热套管1设置在地热井中以将其内的水与所述地热井周边的地热能进行换热，所述隔热取水管2套设在所述导热套管1内并通过端部取水口21将所述导热套管1内经过换热的水取出。

其中，导热套管可选的材料为铁、铜、不锈钢、铝等金属材料，隔热取水管可选的材料为石棉、玻璃纤维等隔热侧聊。

本实施例的换热装置，利用导热套管和隔热取水管的相互套设的结构，减少了井内热水在上升过程中的热量损失，增加了封闭式取热系统的水量，从而提高了封闭式“U型”井换热装置的单位时间内换热效率。

本实施例的一个优选方案为，所述导热套管1为金属管。导热套管采用导热材料制成，使地热能快速的与导热套管内的水进行换热。

本实施例的一个具体方案为，所述隔热取水管2采用石棉管。隔热取水管采用隔热材料制成，防止取水过程中热量散失。

其中，本实施例的所述隔热取水管2侧壁与所述导热套管1侧壁之间封闭隔离设置，所述导热套管1侧壁与所述地热井内侧壁之间封闭隔离设置。将隔热取水管侧壁、导热套管侧壁与地热井内侧壁隔离设置，可以导热套管内的水不容易散失。也就是说，隔热取水管除了两端的抽水口和取水口，其他部位都是封闭结构，不会漏水。同样的，导热套管除了靠近地热井的两端为开口结构，其他部位都是封闭结构，不会漏水。

如图1所示，本实施例的所述导热套管1呈U型结构，其两端分别从地热井向上延伸，所述隔热取水管2从所述导热套管1的任意一端伸入所述导热套管1内。导热套管采用U型结构，与地热井结构相适配。

如图1所示，本实施例的所述导热套管1包括依次连接形成所述U型结构的第一竖管段11、造斜管段12、水平管段13和第二竖管段14，所述造斜管段12、水平管段13以及所述第二竖管段14的下半部分位于所述地热井的储热层中，所述隔热取水管2从第一竖管段11或第二竖管段14的上端伸出。对导热套管结构进行限定，可与地热井结构进行适配。

本实施例的一个优选方案为，所述隔热取水管2的导热系数小于0.02W/(m℃)。对隔热取水管导热系数限定，防止取水过程中热量散失。

本实施例的换热装置通过封闭式“U型”井的取热换热装置，可以提高井口出水温度，提高换热效率5％以上。

实施例2

如图1所示，本实施例的一种地热井，包括所述的换热装置和井本体3，所述导热套管1固定在所述井本体3内。本实施例的地热井，结构简单，换热效率高。本实施例的导热套管1与井本体3的内部结构相适配，即本实施例的地热井为U型结构，导热套管1也是与井本体3适配的U型结构。

具体如图1所示，在地面6以下钻井，直至钻到储热层7中。

本实施例中，可以直接将导热套管通过水泥或其他粘结材料固定在井本体的内侧壁上，也可以在所述导热套管1外侧壁与所述井本体3内侧壁之间设有一层导热层4。导热层的设置，可有效提高换热效率。

如图1所示，所述导热套管1靠近所述井本体3井口的位置与所述井本体3内侧壁之间设有一层水泥层5。水泥层的设置，使导热套管端部固定更加牢固。

如图1所示，本实施例的地热井包括第一对接井31和第二对接井32，所述第一对接井31和第二对接井32底部连通。第一对接井底部设有造斜段33，导热套管1的造斜管段12安装在所述造斜段33内，造斜段33连接有水平段34，水平管道13安装在水平段34内。

如图1所示，本实施例的第一对接井31的内侧壁上设有第一台阶35，所述第一台阶35上方的井内径大于第一台阶35下方的井内径。第二对接井14的内侧壁上设有第二台阶36和第三台阶37，第二台阶36上方的井内径大于第二台阶36下方的井内径，第三台阶37上方的井内径大于第三台阶37下方的井内径。而且第一台阶35上方的导热套管1与所述井本体3内壁之间设有水泥层5，第一台阶35下方的导热套管1与井本体3井内壁之间设有导热层4；第二台阶36上方的导热套管1与井内壁之间设有水泥层5，第二台阶36下方的导热套管1与内内壁之间设有导热层4。造斜段33和水平段34与井本体3的内侧壁之间也设有导热层4。第一台阶的设置，是在钻机施工过程中，与钻机结构相适配，提高钻井效率。

其中，本实施例的一个具体实施方式如下所示：

某工程地热井深2500m；储热层深度2100m，厚度400m；第一对接井(0m～400m，第一台阶上方)的直径为444.5mm,(400m～2100m，第一台阶下方)的直径为311.1mm，造斜管段(2100m～2500m)的直径为215.9mm，水平管段的直径215.9mm；第二对接井(0m～400m，第二台阶上方)的直径为444.5mm,(400m～2500m，第二台阶与第一台阶之间)的直径为215.9mm。

第一对接井：+1.5m～420m下入导热套管1的第一竖管段11(白管),直径339.7mm，并止水。

400m～2130m下入导热套管1的第一竖管段12(白管)，直径244.5mm，并止水。

2100m～2500m(含水平管段)下入导热套管1的水平管段13(白管)，直径168.3mm。

第二对接井：+1.5m～420m下入导热套管1的第一竖管段11(白管),直径339.7mm，并止水。

400m～2500m下入导热套管1的第二竖管段14(白管)，直径168.3mm。

在第一对接井：+1.5m～2100m中下入隔热取水管2，要求其导热系数＜0.02W/(m℃)。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。