一种电驱动井下强制换热闭式循环系统及其换热方法与流程

本发明属于换热，更具体地，涉及一种电驱动井下强制换热闭式循环系统及其换热方法。

背景技术：

1、近年来，随着能源与环境问题的日益突出，地热资源因其清洁、环保、安全、可再生、分布广的特点，逐渐得到了广泛的开发利用。当前地热资源的开发利用主要采用对井注采、地面换热工艺，即在目标区域同时建设采水井与回灌井，由采水井中抽取地层热水，经地面换热装置提取热量后，将冷水输送至回灌井注入地层，该工艺单井开采资源范围大、换热效率高。

2、但是其仅适用于目的层位富水、物性条件优越的区域，且地热井建设费用高昂，同时由于地层热水被大量抽取经地面换热降温后回灌，难免会对目的层及地下水造成一定影响，并在生产过程中出现出砂、结垢，影响系统正常运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有的技术不足提供一种电驱动井下强制换热闭式循环系统及其换热方法，解决地热井建设费用高昂，同时由于地层热水被大量抽取经地面换热降温后回灌，难免会对目的层及地下水造成一定影响，并在生产过程中出现出砂、结垢，影响系统正常运行的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，该闭式循环系统包括：

3、地热井筒；

4、套管，所述套管设置于所述地热井筒内；

5、换热管，所述换热管设置于所述套管内，所述换热管的顶端开放底端设有封堵部，所述换热管的顶端固接于所述套管的内侧壁，所述换热管的外侧壁与所述套管的内侧壁之间形成有换热腔，所述换热管浸入于所述地层热水内；

6、保温管，所述保温管设置于所述套管和换热管内，所述保温管的底端与所述封堵部之间设置有间隙，所述保温管与所述套管和所述换热管之间形成有注入腔，所述注入腔通过所述间隙与所述保温管内部连通；

7、电驱动扰流件，所述电驱动扰流件的扰流部设置在地层热水内。

8、可选地，所述地热井筒为竖直井筒。

9、可选地，所述地热井筒包括由上至下依次设置的竖直部和倾斜部，所述倾斜部与所述竖直部的轴线形成夹角，一部分所述套管处于所述竖直部内，另一部分所述套管处于所述倾斜部内，一部分所述换热管处于所述竖直部内，另一部分所述换热管处于所述倾斜部内，一部分所述保温管处于所述竖直部内，另一部分所述保温管处于所述倾斜部内。

10、可选地，所述套管包括第一套管和第二套管，所述第一套管的直径大于所述第二套管，所述第一套管的底端固接在所述第一套管的顶端，所述换热管的顶端固接于所述第一套管的内侧壁。

11、可选地，所述电驱动扰流件包括电动旋转轮和扰流泵，所述电动旋转轮设置于所述间隙位置，所述扰流泵设置于所述地层热水内，所述电动旋转轮的转动端穿过所述封堵部与所述扰流泵的转动端连接，所述电动旋转轮的转动端能够带动所述扰流泵的转动端转动。

12、可选地，所述第二套管的侧壁且靠近换热腔的位置分布有多个射孔。

13、可选地，所述第二套管的侧壁且靠近换热腔的部分为筛管。

14、可选地，当地热井筒为竖直井筒时，第一套管的直径为20-30寸，第二套管的直径为13.2-20寸，换热管的直径为9.5-13.2寸，保温管的直径为7-9.5寸。

15、可选地，地热井筒包括由上至下依次设置的竖直部和倾斜部，第一套管的直径为20-30寸，第二套管的直径为13.2寸，换热管的直径为9.5寸，保温管的直径为7寸。

16、一种电驱动井下强制换热方法，该方法包括：

17、将地面凉水送入注入腔内；

18、通过换热管完成换热腔内的地层热水与注入腔内的地面凉水换热；

19、电动旋转轮带动扰流部扰动地层热水；

20、换热后的地面凉水将由保温管返回至地面利用；

21、在地面完成利用的地面凉水再送入注入腔内以形成换热循环。

22、有益效果在于：该闭式循环系统在实际换热过程中，换热管完全浸泡在换热腔内的地层热水中，地面凉水由注入腔环空注入，经过换热管与地层热水换热后通过保温管返回地面，在地面完成利用后再通过闭式循环系统进行换热，在换热过程中，地层热水位于换热腔内完成换热后温度降低，在重力作用下向下流动，而没有换热的地层热水由于密度低向上移动，与换热后的地层热水形成微循环，由于温度变化也将带动周围地层的地层热水发生移动，进而实现在不开采地层热水的前提下高效换热，因此换热效率高于直接与地层接触的换热器，解决了现有的开采方式仅适用于目的层位富水、物性条件优越的区域，且地热井建设费用高昂，同时由于地层热水被大量抽取经地面换热降温后回灌，难免会对目的层及地下水造成一定影响，并在生产过程中出现出砂、结垢，影响系统正常运行的问题；

23、该闭式循环系统的电驱动扰流件的扰流部设置在地层热水内，当电驱动扰流件工作时，电驱动扰流件的扰流部将扰动地层热水循环，地层热水在循环过程中，能够将周围带有热量的地层热水及时补偿过来，实现温度场稳定，进一步提高换热效率。

24、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，该闭式循环系统包括：

2.根据权利要求1所述的一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，所述地热井筒为竖直井筒。

3.根据权利要求1所述的一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，所述地热井筒包括由上至下依次设置的竖直部和倾斜部，所述倾斜部与所述竖直部的轴线形成夹角，一部分所述套管处于所述竖直部内，另一部分所述套管处于所述倾斜部内，一部分所述换热管处于所述竖直部内，另一部分所述换热管处于所述倾斜部内，一部分所述保温管处于所述竖直部内，另一部分所述保温管处于所述倾斜部内。

4.根据权利要求2或3所述的一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，所述套管包括第一套管和第二套管，所述第一套管的直径大于所述第二套管，所述第一套管的底端固接在所述第二套管的顶端，所述换热管的顶端固接于所述第一套管的内侧壁。

5.根据权利要求1所述的一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，所述电驱动扰流件包括电动旋转轮和扰流泵，所述电动旋转轮设置于所述间隙位置，所述扰流泵设置于所述地层热水内，所述电动旋转轮的转动端穿过所述封堵部与所述扰流泵的转动端连接，所述电动旋转轮的转动端能够带动所述扰流泵的转动端转动。

6.根据权利要求4所述的一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，所述第二套管的侧壁且靠近换热腔的位置分布有多个射孔。

7.根据权利要求4所述的一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，所述第二套管的侧壁且靠近换热腔的部分为筛管。

8.根据权利要求4所述的一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，当所述地热井筒为竖直井筒时，第一套管的直径为20-30寸，第二套管的直径为13.2-20寸，换热管的直径为9.5-13.2寸，保温管的直径为7-9.5寸。

9.根据权利要求4所述的一种电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，当所述地热井筒包括由上至下依次设置的竖直部和倾斜部时，第一套管的直径为20-30寸，第二套管的直径为13.2寸，换热管的直径为9.5寸，保温管的直径为7寸。

10.一种电驱动井下强制换热方法，利用根据权利要求1-9任一项所述的电驱动井下强制换热闭式循环系统，其特征在于，该方法包括：

技术总结
本发明提供一种电驱动井下强制换热闭式循环系统及其换热方法，涉及换热技术领域，该闭式循环系统包括：地热井筒；套管，套管设置于地热井筒内；换热管，换热管设置于套管内，换热管的顶端开放底端设有封堵部，换热管的顶端固接于套管的内侧壁，换热管的外侧壁与套管的内侧壁之间形成有换热腔，换热管浸入于地层热水内；保温管，保温管设置于套管和换热管内，保温管的底端与封堵部之间设置有间隙，保温管与套管和换热管之间形成有注入腔，注入腔通过间隙与保温管内部连通，本发明在不开采地层热水的前提下高效换热，在生产过程中不会出现出砂、结垢，使系统可以长时间的保持正常运行，并且在扰流泵的作用下，进一步提高换热效率。

技术研发人员：赵素丽,王延欣,房子琪,孙鹏,李骥飞,王天任,黄旭,赵鹏飞
受保护的技术使用者：中国石油化工集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17