单井循环高效换热系统的制作方法

本实用新型涉及一种地热换热系统，尤其涉及一种单井循环高效换热系统。

背景技术：

地热水是宝贵的液态矿产资源，长期以来只抽水不回灌式的开发，出现了热储层水位下降、地热井水量不足、资源浪费以及对环境的污染等问题。针对这些问题，业内提出了单井取热不取水的开发思路。在这种开采思路下，需要管内有足够的空间，能够安装相应设备，或者采用闭式系统。既有的开式地热井在改造时抽水泵在井下抽取地热水，占用井下空间较大，存在管内空间不足的问题。现有的开式地热井单井换热技术由于井下换热结构设计缺陷，存在回灌后供热能力减小的问题。上述问题存在使地热能开发利用的推广应用受到影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种回灌后供热能力不会显著减小的单井循环高效换热系统。

本实用新型的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本实用新型的实践而习得。

根据本实用新型的一个方面，一种单井循环高效换热系统，包括地热井，其特征在于，还包括保温管、空压机、汽水分离器、水处理设备、热泵及回水管；所述地热井的热储段装有穿过隔水层的滤水管，所述滤水管的管壁可供水通过；在热储段中部的滤水管的管内和管外装有封隔器；所述保温管由所述地热井顶部伸入所述地热井内，且穿过所述封隔器，该保温管的顶部封闭；所述空压机的出风管由所述保温管的顶部伸入至所述保温管内，且所述出风管的下端口位于自然水位之下，该空压机工作时，出风管内的压缩空气进入所述保温管并与保温管内的水形成气水混合物，该气水混合物在保温管内上升并进入所述汽水分离器；所述汽水分离器中分离的水能够经水处理设备净化后送入热泵进行热交换再由所述回水管流回所述地热井内，所述汽水分离器中分离的空气从空压机的出风管进入保温管进行循环；所述地热井内位于所述封隔器上方的水能够从滤水管进入热储层，绕流隔水层后再进入封隔器下方的保温管内形成循环。

根据本实用新型的一实施方式，所述保温管的外壁设有扰流装置。

由上述技术方案可知，本实用新型的优点和积极效果在于：

本实用新型单井循环高效换热系统，空压机作为抽水设备，向保温管内通入压缩空气，在保温管内形成的气水混合物逐渐上升到地表。该空压机设置于地表之上，不需要插入至地热井内，故可以提高地热井中的空间利用率。在气水混合物中分离的高温气体可以再次从回水管输送至地热井中重复利用，减少了气体中的热能浪费。地热水经过水处理设备处理再从热泵换热后，可以从回水管流回地热井内自然水位以下，在地热井中与岩土层换热后从封隔器上部透过滤水管进入热储层，提高了换热效率，通过设置扰流装置可以进一步使回灌的低温地热水变为紊流来提高换热效率。低温地热水充分换热后再进入封隔器下部井段的保温管内，可以时低温地热水具有较长的流动路径，与岩土层更加充分换热。因此，本实用新型的单井循环高效换热系统换热效率高，在回灌后供热能力不会显著减小。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本实用新型一实施方式的单井循环高效换热系统的示意图。

图中：1、地热井；2、隔热器；3、保温管；4、扰流装置；5、出风管；6、回水管；7、滤水管；8、自然水位。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

如图1所示，本实用新型实施方式公开了一种单井循环高效换热系统，包括地热井1、还包括保温管3、空压机、汽水分离器、水处理设备、热泵及回水管6。

地热井1位于热储层的部分为热储段，其热储段装有穿过隔水层的滤水管7，该滤水管7的管壁上开设有孔，可供水通过。在热储段中部的滤水管7的管内和管外装有封隔器2；保温管3由地热井1顶部伸入地热井1内，且穿过封隔器2，该保温管2的顶部封闭。空压机的出风管5由保温管3的顶部伸入至保温管3内，且出风管5的下端口位于自然水位8之下(满足沉没比要求)，该空压机工作时，出风管5内的压缩空气进入保温管3并与保温管3内的水形成气水混合物，该气水混合物能够在保温管3内上升并进入汽水分离器；汽水分离器中分离的水能够经水处理设备净化后送入热泵进行热交换再由回水管6流回地热井1内，汽水分离器中分离的空气从空压机的出风管5进入保温管3进行循环；地热井1内位于封隔器2上方的水能够从滤水管7进入热储层，这些水在绕流隔水层后再进入封隔器2下方的保温管3内形成循环。

在保温管3的外壁还可进一步设有扰流装置。该扰流装置可为凸块、凸环等结构。

在本实施方式的单井循环高效换热系统在使用时，空压机作为抽水设备，向保温管3内通入压缩空气，在保温管3内形成的气水混合物逐渐上升到地表。该空压机设置于地表之上，不需要插入至地热井1内，故可以提高地热井1中的空间利用率。在气水混合物中分离的高温气体可以再次从回水管6输送至地热井1中重复利用，减少了气体中的热能浪费。地热水经过水处理设备处理再从热泵换热后，可以从回水管6流回地热井1内自然水位以下，在地热井1中与岩土层换热后从封隔器2上部透过滤水管7进入热储层，提高了换热效率，通过设置扰流装置可以进一步使回灌的低温地热水变为紊流来提高换热效率。低温地热水充分换热后再进入封隔器2下部井段的保温管内，可以时低温地热水具有较长的流动路径，与岩土层更加充分换热。因此，本实用新型的单井循环高效换热系统换热效率高，在回灌后供热能力不会显著减小。

技术特征：

1.一种单井循环高效换热系统，包括地热井，其特征在于，还包括保温管、空压机、汽水分离器、水处理设备、热泵及回水管；所述地热井的热储段装有穿过隔水层的滤水管，所述滤水管的管壁可供水通过；在热储段中部的滤水管的管内和管外装有封隔器；所述保温管由所述地热井顶部伸入所述地热井内，且穿过所述封隔器，该保温管的顶部封闭；所述空压机的出风管由所述保温管的顶部伸入至所述保温管内，且所述出风管的下端口位于自然水位之下，该空压机工作时，出风管内的压缩空气进入所述保温管并与保温管内的水形成气水混合物，该气水混合物在保温管内上升并进入所述汽水分离器；所述汽水分离器中分离的水能够经水处理设备净化后送入热泵进行热交换再由所述回水管流回所述地热井内，所述汽水分离器中分离的空气从空压机的出风管进入保温管进行循环；所述地热井内位于所述封隔器上方的水能够从滤水管进入热储层，绕流隔水层后再进入封隔器下方的保温管内形成循环。

2.根据权利要求1所述的单井循环高效换热系统，其特征在于，所述保温管的外壁设有扰流装置。

技术总结
本实用新型提出一种单井循环高效换热系统，包括地热井、保温管、空压机、汽水分离器、水处理设备、热泵及回水管；地热井内装有滤水管，在滤水管的管内和管外装有封隔器；保温管由地热井顶部伸入地热井内，且穿过封隔器，该保温管的顶部封闭；该空压机工作时，出风管内的压缩空气进入保温管并与保温管内的水形成气水混合物，该气水混合物在保温管内上升并进入汽水分离器；汽水分离器中分离的水送入热泵进行热交换再流回地热井内，空气从空压机的出风管进入保温管进行循环；地热井内位于封隔器上方的水能够从滤水管进入热储层，绕流隔水层后再进入封隔器下方的保温管内形成循环。本单井循环高效换热系统换热效率高，在回灌后供热能力不会显著减小。

技术研发人员：张聚斌;邢晓森;李予红
受保护的技术使用者：河北省地矿局国土资源勘查中心
技术研发日：2019.12.31
技术公布日：2020.08.04