本发明属于地热井应用技术领域，更具体地说，是涉及一种单井开采封闭式回灌系统。
背景技术：
能源危机和环境污染已成为当今威胁人类生存的重要因素，如何解决这一问题，是人类共同的研究课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的以水为交换介质的地下水开发利用技术、地热井技术在工厂、学校、医院等已获得广泛利用，而采用地热井多为双井或多井抽灌，即一个井抽水，另一个或多个井回灌，这种技术不但钻井数量多，而且容易改变地下水的分布，长期运行会使抽水井附近的地下水位降低，出现地表沉降等问题，进而危机周边建筑物的基础。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种单井开采封闭式回灌系统，以解决现有技术中存在的地热井用双井抽灌、影响地下水分布、成本高、钻井工期长的技术问题，具有提高打井速度、不影响地下水分布、单井同层抽灌、降低成本的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种单井开采封闭式回灌系统，包括开挖在地表以下的地热井筒及安装在所述地热井筒中的用于固定所述地热井筒的若干段套管，所述地热井筒内设有用于同层回灌的钻杆，所述钻杆分为第一钻杆和与所述第一钻杆连接的第二钻杆，所述地热井筒从地表由上至下依次分为三层，分别为回灌层、隔水层和开采层；
所述回灌层包括设置在所述地热井筒上部的用于回灌的回灌层套管，所述回灌层套管分为回灌层套管的上段和回灌层套管的下段，在所述回灌层套管下段上均匀设有若干个用于回灌水通过的回灌孔；
所述隔水层包括与所述回灌层套管底部相互套接的隔水层套管、固定于所述隔水层套管内壁上的卡凸、固定于所述第二钻杆底部的用于隔断地热水的隔水器、及设置在所述卡凸与所述隔水器之间的若干个密封圈，所述隔水层用于将所述地热井筒底部的地热水与回灌水隔离开；
所述开采层包括与所述隔水层套管底部相互套接的开采层套管、所述开采层套管上均匀设有若干个用于抽取地热水的抽水孔，所述开采层用于抽水泵抽取所述地热井筒中的水。
进一步地，所述第二钻杆穿过所述回灌层，且底部外侧与所述隔水层的所述卡凸连接，回灌水从所述回灌层套管与所述第一钻杆之间的空隙进入至所述回灌层中，所述地热水从所述第二钻杆的底部被抽取至地表上，所述隔水层设置在所述第二钻杆外壁与所述隔水层套管内壁之间，用于阻挡从所述地热井筒中抽出的地热水。
进一步地，所述第一钻杆与所述第二钻杆之间设有用于抽取地热水的抽水泵房。
进一步地，所述第一钻杆的直径为89mm，所述第二钻杆的直径为127mm。
进一步地，所述回灌层套管的上段直径为339.7mm，下段直径为177.8mm；所述隔水层套管和所述开采层套管的直径均为177.8mm。
进一步地，所述回灌层的下段、所述隔水层和所述开采层均布置在地表以下的馆陶地层中，所述馆陶地层的水源温度为50-55℃。
进一步地，所述回灌孔的一侧连通所述回灌层套管与所述第二钻杆之间的空隙，另一侧延伸至所述回灌层的周围地层中。
进一步地，所述抽水孔的一侧连通所述开采层套管内部，另一侧延伸至所述开采层的周围地层中。
进一步地，所述密封圈为o型密封圈，固定在所述隔水器与所述卡凸之间。
进一步地，所述地热井筒的深度为1230-1240m，所述隔水层位于所述地热井筒中的深度为1100-1200m。
本发明提供的单井开采封闭式回灌系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的单井开采封闭式回灌系统，采用单井开采地热水，地热水和回灌水在地热井筒的同一地层内进行，利用隔水层将地热水和回灌水分开，隔水层的下部用于抽水，上部用于回灌，采用单井开采即可满足地热能开采要求，无需再打回灌井，解决了地热井双井抽灌、钻井数量多、影响地下水分布，出现地表沉降的技术问题，具有提高打井速度、不影响地下水分布、单井同层抽灌、降低成本的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的单井开采封闭式回灌系统的剖面图。
其中，图中各附图标记：1-地表；2-套管；21-回灌层套管；211-回灌孔；22-隔水层套管；23-开采层套管；231-抽水孔；3-回灌层；4-隔水层；41-隔水器；42-卡凸；43-密封圈；5-开采层；6-钻杆；61-第一钻杆；62-第二钻杆；7-地表；8-馆陶地层；9-泵房。
其中图中向上箭头表示地热水的流动方向，图中向下箭头表示回灌水的流动方向。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，现对本发明提供的单井开采封闭式回灌系统进行说明。所述单井开采封闭式回灌系统，包括开挖在地表7以下的地热井筒1及安装在所述地热井筒1中的用于固定所述地热井筒1的若干段套管2，所述地热井筒1内设有用于同层回灌的钻杆6，所述钻杆6分为第一钻杆61和与所述第一钻杆61连接的第二钻杆62，所述地热井筒1从地表7由上至下依次分为三层，分别为回灌层3、隔水层4和开采层5；
所述回灌层3包括设置在所述地热井筒1上部的用于回灌的回灌层套管21，所述回灌层套管21分为回灌层套管21的上段和回灌层套管21的下段，在所述回灌层套管21下段上均匀设有若干个用于回灌水通过的回灌孔211；
所述隔水层4包括与所述回灌层套管21底部相互套接的隔水层套管22、固定于所述隔水层套管22内壁上的卡凸42、固定于所述第二钻杆62底部的用于隔断地热水的隔水器41、及设置在所述卡凸42与所述隔水器41之间的若干个密封圈43，所述隔水层4用于将所述地热井筒1底部的地热水与回灌水隔离开；
所述开采层5包括与所述隔水层套管22底部相互套接的开采层套管23、所述开采层套管23上均匀设有若干个用于抽取地热水的抽水孔231，所述开采层5用于抽水泵抽取所述地热井筒1中的水。
本发明提供的单井开采封闭式回灌系统，与现有技术相比，采用单井开采地热水，地热水和回灌水在地热井筒1的同一地层内进行，利用隔水层4将地热水和回灌水分开，隔水层4的下部用于抽水，上部用于回灌，采用单井开采即可满足地热能开采要求，无需再打回灌井，解决了地热井双井抽灌、钻井数量多、影响地下水分布，出现地表沉降的技术问题，具有提高打井速度、不影响地下水分布、单井同层抽灌、降低成本的技术效果。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的单井开采封闭式回灌系统的一种具体实施方式，所述第二钻杆62穿过所述回灌层3，且底部外侧与所述隔水层4的所述卡凸42连接，回灌水从所述回灌层套管21与所述第一钻杆61之间的空隙进入至所述回灌层3中，所述地热水从所述第二钻杆62的底部被抽取至地表7上，所述隔水层4设置在所述第二钻杆62外壁与所述隔水层套管22内壁之间，用于阻挡从所述地热井筒1中抽出的地热水。
当地热井井筒1打孔完毕后，需要在地热井筒1内安装套管2，再安装第二钻杆62和第一钻杆61，然后再安装用于抽取地热井筒1内的地热水的抽水泵房9，套管2依次穿过回灌层3、隔水层4和开采层5，套管2的下部延伸至地表7以下的馆陶地层8中，套管2将从馆陶地层8中抽取地热水源。隔水层4将地热井筒1内的地热水和回灌水分离开，实现在馆陶地层8中同时进行抽水和回灌，无需再打回灌井，降低了建井成本。
所述隔水层4中的隔水器41为环形结构，固定在所述隔水层套管22的外壁上，能将回灌层3中的回灌水和开采层5中的地热水源隔离开，避免相互影响使用效果，在同一地热井筒1中实现了同层回灌的目的，且抽出的地热水质量符合要求。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的单井开采封闭式回灌系统的一种具体实施方式，所述第一钻杆61与所述第二钻杆62之间设有用于抽取地热水的抽水泵房9。泵房9设置在第二钻杆62的上端，用于存放抽水泵，利于管理。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的单井开采封闭式回灌系统的一种具体实施方式，所述第一钻杆61的直径为89mm，所述第二钻杆62的直径为127mm。所述回灌层套管21的上段直径为339.7mm，下段直径为177.8mm；所述隔水层套管22和所述开采层套管23的直径均为177.8mm。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的单井开采封闭式回灌系统的一种具体实施方式，所述回灌层3的下段、所述隔水层4和所述开采层5均布置在地表7以下的馆陶地层8中，所述馆陶地层8的水源温度为50-55℃。馆陶地层8中的水源温度高、能量大，水矿物质化学类型未cl-na型，矿化度一般为2g/l，适合大规模工业的供热应用，可以利用工业热泵技术充分提高系统负载能力和热利用率。地热井筒1延伸至馆陶地层8中，馆陶地层8水温高，热值高，是地热井单井开采地热水源的优选地层。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的单井开采封闭式回灌系统的一种具体实施方式，所述回灌孔211的一侧连通所述回灌层套管21与所述第二钻杆62之间的空隙，另一侧延伸至所述回灌层3的周围地层中。所述抽水孔231的一侧连通所述开采层套管23内部，另一侧延伸至所述开采层5的周围地层中。利用回灌孔211就可以实现回灌水向馆陶地层8中的流动，将使用过的回灌水充分回灌，不浪费水资源的利用，相比于双井抽灌，无需再打回灌井，回灌效果好。抽水孔231通向馆陶地层8中，用于抽取馆陶地层8中的地热水。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的单井开采封闭式回灌系统的一种具体实施方式，所述密封圈43为o型密封圈，固定在所述隔水器41与所述卡凸42之间。所述密封圈43的安装个数为三个，起到三道密封的作用。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的单井开采封闭式回灌系统的一种具体实施方式，所述地热井筒1的深度为1230-1240m，所述隔水层4位于所述地热井筒1中的深度为1100-1200m。
综上，通过采用单井开采封闭式回灌系统，利用单井即可实现地热水的同层抽水和回灌，利用隔水层将抽水和回灌分开，无需再打回灌井，开采层用于抽取地热井筒中的地热水，回灌层用于将使用过后的地热水进行回灌，相比于双井抽灌，优点是降低了成本，不影响地下水分布，且抽出的水质量符合要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。