岩溶热储u型换热器高效取热系统
技术领域
1.本发明涉及地热开发利用技术领域，具体涉及一种利用u型换热器提取岩溶热储的热能进行供暖或者发电的系统。
背景技术：2.我国华北地区，特备是雄安新区，地热资源储量丰富，岩溶型地热开采规模大。在地热的开发利用过程中，主要面临四个问题，一是地热水开采需要缴纳水资源税，增加了运营成本，降低了企业的生产积极性；二是地热水，特别是温度高于100℃的地热水，结垢比较严重，防垢除垢加重了企业的运行成本；三是一些地区的地压较高，回灌困难且能耗大；四是地热开采与地面沉降有关系，掣肘了更大规模的地热开采。目前的单井封闭开采方式，取热不取水，市场也叫做“无干扰地岩热”，可以解决上述四个问题，但也面临最大的卡脖子问题，就是单井换热量小，投资回收期长。
技术实现要素：3.为解决岩溶型地热开采过程中面临的回灌难，水资源税高，防垢成本大，造成地面沉降等问题，本发明提出了一种岩溶热储u型换热器高效取热系统。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
5.一种岩溶热储u型换热器高效取热系统，包括注入井、水平井、采出井、换热器、采暖循环泵和用暖终端；
6.注入井、水平井和采出井依次相连构成u型换热器，注入井和采出井的上部位于致密岩石中，注入井和采出井的下部以及水平井位于岩溶热储层中，采出井出口经换热器一次侧后接入注入井，采暖循环泵、换热器二次侧和用暖终端依次相连构成用暖回路。
7.作为本发明的一种改进，所述u型换热器根据沿程摩擦阻力的大小以及需求选用水、碳氢化合物或者co2作为循环取热工质，以使循环取热工质靠密度差自动运行，无需工质循环泵，从而提高取热效率。
8.作为本发明的一种改进，所述u型换热器采用一条注入井配置一条采出井的一注一采形式，注入井与采出井之间的水平井为两条或多条，且上下间隔布置。采用多水平井，增加换热量的同时，减小注采井数量及投资。
9.作为本发明的一种改进，所述u型换热器采用一条注入井配置两条或者多条采出井的一注多采形式，注入井与各采出井之间的水平井为两条或多条，且上下间隔布置。可进一步提高换热量，降低投资。
10.作为本发明的一种改进，所述水平井的布置方向与热储层中含水层的水流方向垂直，通过含水层水平向流动以及竖直向的自然对流强化换热，大幅提高u型热管的取热量。
11.作为本发明的一种改进，所述注入井和采出井在岩溶热储层的井段、以及水平井均不固井，直接让地热水和井管接触，形成自然对流，提高u型热管的取热量。
12.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
13.(1)取热系统全封闭循环，取热不取水，能大幅提高封闭井的取热量并降低投资费用。
14.(2)可根据沿程摩擦阻力的大小以及需求选用水、碳氢化合物或者co2作为循环取热工质，以取热系统不用泵能自动循环为目的，没有泵耗，可大幅提高系统取热效率。
15.(3)可以用于供暖，也可以用于发电，特备是用碳氢化合物作为循环取热工质，采出井出口的工质为气态，直接接上发电用的膨胀机和冷凝器即可以发电。
附图说明
16.图1是实施例1的岩溶热储u型换热器高效取热系统的原理图。
17.图2是实施例2的岩溶热储u型换热器高效取热系统的原理图。
18.附图标记说明：1-致密岩石；2-水平井；3-岩溶热储层；4-采出井；5-采出管；6-采暖供水管；7-换热器；8-采暖循环泵；9-采暖回水管；10-建筑；11-注入井；12-注入管；13-采出管；14-采出井。
具体实施方式
19.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。
20.实施例1
21.如图1所示，一种岩溶热储u型换热器高效取热系统，主要包括致密岩石1、水平井2、岩溶热储层3、采出井4、采出管5、采暖供水管6、换热器7、采暖循环泵8、采暖回水管9、建筑10、注入井11和注入管12。
22.其中，注入井11和采出井4竖直间隔布置，水平井2为两条或多条，上下间隔连接在注入井11和采出井4之间，构成一注一采的单u型多水平井换热器，注入井9和采出井4的上部位于致密岩石1中，下部以及水平井2置于岩溶热储层3中。采出管5一端连接采出井4，另一端连接换热器7一次侧入口，注入管12一端连接注入井11，另一端连接换热器7一次侧出口。
23.采暖供水管6、换热器7二次侧、采暖循环泵8、采暖回水管9和建筑10构成地面采暖系统，采用水作为载热介质。采暖循环泵8一端连接采暖回水管9，另一端连接换热器7二次侧入口，采暖供水管6一端连接换热器7二次侧出口，另一端连接建筑10。
24.单u型多水平井换热器可以采用水、碳氢化合物或者co2作为循环取热工质，具体采用哪种循环取热工质，主要取决于井深和井直径造成的沿程摩擦阻力，以系统不用泵能自动循环为目的。如果摩擦阻力小，可以采用水的自然对流进行循环取热。如果摩擦阻力大，采用co2作为循环取热工质，因为co2在注入和采出井的密度差大，驱动力更大，且co2的黏度小。
25.优选的，注入井11在致密岩石1的井段采用高导热水泥固井，采出井4在致密岩石1的井段采用保温水泥固井，注入井11和采出井4在岩溶热储层3的井段、以及水平井2均不固井，直接让地热水和井管接触，通过热储层含水层水平向流动以及竖直向的自然对流强化换热，可大幅提高u型热管的取热量。
26.下面以井深3500m，水平井长度1000米，地温梯度40℃，致密岩石厚度2800m，从
2800-3600m均为岩溶热储层，采暖供水45℃，回水30℃为例阐述其具体实施过程：
27.水平井2布置六条，从深度3000m到3500m，每隔100m布置一条水平井。以水作为取热循环工质。供暖回水30℃，取5℃温差，则注入管12内水的温度为35℃。为防止浅部岩土的散热，注入井11在500m深度以上采用保温水泥固井，从500m一直到2800m的井段，采用高导热水泥固井。35℃的地热水沿着注入井11进入井底，岩土的热量通过导热进入注入井管加热注入水。水到达岩溶热储层3的水平井2内后，继续从水体和岩石中吸热，升温后的水从采出井4流出，采出水温度为55℃。为防止采出井4向岩土的散热，采出井4在1000m以上的井段采用保温水泥固井，1000m-2800m的井段采用高导热水泥固井。岩溶热储层3内的井段不固井。采出水经过换热器7后，温度从55℃降低到35℃，将采暖循环水从30℃加热到45℃。采暖循环水在建筑10内释放热量用于供暖，温度从45℃降低到30℃，通过采暖循环泵8进行循环利用。
28.实施例2
29.本实施例与实施例1的不同之处在于采用双u型多水平井换热器，如图2所示，采出井14、注入井11和采出井4依次竖直间隔布置，采出井14与注入井11之间、注入井11与采出井4之间均上下间隔连接两条水平井2，构成一注二采的双u型多水平井换热器。容易理解的是，采出井、注入井、水平井的数量可以根据实际状况灵活确定。
30.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。