一种利用废弃油井结合热泵开采地热的采暖系统的制作方法

技术领域：

本发明属于采暖设备技术领域，具体涉及一种利用废弃油井结合热泵开采地热的采暖系统。

背景技术：
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随着石油需求量及开采量的增加，众多油田的油井出油量逐年下降直至枯竭，每年报废的油井数量逐年增加。在2018年大庆油田调查资料中，关停探井达到2486口，其中地层温度在90℃以上的共366口，有些甚至达130℃，具有一定开发利用价值。随着节能减排已经成为社会共识，地热能作为新的洁净能源具有能源蕴藏丰富、稳定的特点，因此对地热资源的合理开发利用受到人们的青睐。基于节能减排、清洁能源利用的大背景，相较于封井耗费大量人力、物力、财力并且最终闲置无用，是否能够有一种系统将闲置的废弃油井与地热资源结合，把废弃油井改造成地热井，使废弃油井能够重新发挥作用，成为本发明的一个出发点。如果能够对废弃油井进行改造利用，为废弃油井附近城市的各类建筑进行供暖，取代现有高污染、高排放的传统供暖系统，将具有巨大的经济效益、社会效益、环境效益。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种利用废弃油井结合热泵开采地热的采暖系统，用以解决上述问题。针对上述大量废弃的油井不能科学合理再利用的问题，研究设计该采暖系统，利用改造的废弃油井提供地下热能为周边居民区或厂区采暖服务，减轻环境污染，降低不可再生能源消耗的目的，系统通过强化换热，具有优异的取热效果。

本发明采用的技术方案为：一种利用废弃油井结合热泵开采地热的采暖系统，所述系统包括地上供暖系统和地下取热系统；所述地上供暖系统设置在地表上，地上供暖系统包括热泵机组、水泵、进水管和出水管；所述地下取热系统贯穿地下的岩石层与含水层，地下取热系统包括换热管、保温管和超导微阵列热管，换热管为废弃油井管，保温管嵌套在换热管内，保温管内部形成出水通道，保温管与换热管间的环形空间通过螺旋形流道形成进水通道，出水通道和进水通道在底部连通，所述超导微阵列热管置于油井底部，分为吸热段与放热段，吸热段嵌入岩石层内，直接提取地热，通过热管作用，热量传递到放热段，流体通过螺旋形流道到达油井底部，和超导微阵列热管的放热段充分接触，拓展了取热范围，提高了取热效率；所述换热管在含水层处内设置有传热通道，传热通道为孔隙裂缝，该孔隙裂缝内填入高导热系数混凝土；传热通道是在含水层岩石中通过压裂技术、射孔、试水形成不规则的孔隙裂缝并在孔隙中填入高导热系数混凝土；所述热泵机组的出口连接出水管至进水通道的入口处，水泵的进口连接进水管至出水通道的出口处，水泵的出口与热泵机组的入口相连，以形成循环路线；热泵机组通过把低温流体注入到进水通道加热，然后由水泵抽出高温水进行供暖，再将使用后的流体通过热泵机组的出口注入到地下取热系统中再次加热，以此形成一个循环执行的取热过程。

进一步地，所述螺旋形流道的螺旋方向为顺时针45°，螺旋形流道的设置对进水水流进行分隔分流，延长了流体的流程并且加强了流体内部扰动，使得流体换热更强烈，促进地热开采。

进一步地，所述超导微阵列热管的热管内部工质为甲醇，热管长度为10米，其中吸热段的长度为6米，其嵌入油井底部岩石层内，放热段的长度为4米，其与流体充分接触，拓展了取热范围，提高了取热效率。

进一步地，所述换热管在含水层处的传热通道为在含水层岩石中通过压裂技术、射孔、试水形成不规则的孔隙裂缝。

进一步地，所述高导热系数混凝土是利用废弃铜矿渣、玄武岩、蓝晶石粉和石墨粉混合制备的，在孔隙裂缝中填入高导热系数混凝土，进一步提高传热通道的传热性能。

进一步地，所述换热管为废弃油井管井壁，保温管为采用ppr管制成的保温隔热管。

进一步地，所述地上供暖系统设置在地面，水泵设置在热泵机组进水管处，水泵、进水管及热泵机组依次连接。

进一步地，所述螺旋形流道的设置对进水水流分隔分流并延长了流体的流程同时加强了流体内部扰动，使得换热更强烈，促进采暖系统的换热。

本发明的有益效果：提供了一种利用废弃油井结合热泵开采地热的采暖系统，用以解决上述问题。针对上述大量废弃的油井不能科学合理再利用的问题，研究设计该采暖系统，利用改造的废弃油井提供地下热能为周边居民区或厂区采暖服务，减轻环境污染，降低不可再生能源消耗的目的，系统通过强化换热，具有优异的取热效果。

附图说明：

图1是实施例一的结构示意图。

具体实施方式：

实施例一

参照图1，一种利用废弃油井结合热泵开采地热的采暖系统，包括设置在地表上的地上供暖系统1和设置在地下的地下取热系统2；以及设置在地下的螺旋形流道13、传热通道17、超导微阵列热管11；所述地上供暖系统1设置在地表上，包含热泵机组3、水泵4、进水管5、出水管6；所述地下取热系统2贯穿地下的岩石层7与含水层8，包含换热管9、保温管10、超导微阵列热管11。所述换热管9为废弃油井管，保温管10嵌套在换热管9内；所述保温管10内部形成出水通道12，保温管10与换热管9之间的环形空间由螺旋形流道13形成进水通道14，出水通道12和进水通道14在底部连通，进水通道14、出水通道12和设置在地表上的地上供暖系统1结合组成取热循环。热泵机组3的出口连接出水管6至进水通道的入口处，水泵4的进口连接进水管5至出水通道的出口处，水泵4的出口与热泵机组3的入口相连，以形成循环路线。热泵机组3通过把低温流体注入到进水通道加热，然后由水泵4抽出高温水进行供暖，再将使用后的流体通过热泵机组3的出口注入到地下取热系统中再次加热，以此形成一个循环执行的取热过程。传热通道17为在换热管两侧含水层处通过压裂技术在含水层岩石中射孔、试水形成的不规则孔隙裂缝。在孔隙中填入高导热系数混凝土18进一步强化了传热通道传热性能。所述超导微阵列热管11置于油井底部，分为吸热段15与放热段16，吸热段15嵌入岩石层内，直接提取地热。通过热管作用，热量传递到放热段16，流体通过螺旋形流道13到达油井底部，和超导微阵列热管的放热段16充分接触，拓展了取热范围，提高了取热效率。

热泵机组的出口连接出水管至进水通道的入口处将低温流体注入由螺旋形流道形成的进水通道，低温流体在螺旋形流道中分流向下流动的过程中，流体和换热管的金属壁面接触，吸取了由金属壁面的换热管周围的岩石层、含水层及填充有高导热系数混凝土的传热通道传递给换热管的热量，流体升温。经过岩石层、含水层段的加热后，流体最终到达油井底部汇集，和超导微阵列热管的放热段充分接触，吸取插入油井底部岩石层的超导微阵列热管吸热段传导给放热段的热量，流体进一步被加热升温，使流体能够吸收更多的热量，提高了地下取热系统的取热效率。高温流体从出水通道的出口处通过水泵出口进入热泵机组的入口处，进行供暖使用。通过地面上设置的供暖系统不间断的提取走地下取热系统传递的热量，这个换热过程就可以循环执行。整个系统良好地解决了油井废弃问题，变废为宝，高效利用地热资源进行供暖。系统通过设置螺旋型流道、超导微阵列热管、采用压裂技术并回填高导热系数混凝土等手段提高地下取热效率，为连续高效采暖提供有力保障。本系统将废弃油井改造为地热井，解决废弃油井闲置问题，拥有良好的社会经济效益。

上述虽然对本发明的具体实施例作出详细说明，但本发明并不限于上述实施例。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围之内。