封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，包含設(shè)置在地面下600m-1000m區(qū)域的熱能采集裝置，獲取地下深層高品質(zhì)地?zé)釤嵩吹臒崮埽槐嘏c傳送通道連接熱能采集裝置的兩端，與熱能采集裝置一起形成可供導(dǎo)熱介質(zhì)流通的封閉式循環(huán)熱能傳送通道；設(shè)置在管井井口位置處，并套設(shè)在保溫與傳送通道外部的井口固井裝置固定井壁，避免井壁坍塌；熱能采集裝置通過連接保溫與傳送通道的散熱裝置向外部提供持續(xù)的熱能。本發(fā)明克服了常規(guī)淺層地能熱提取系統(tǒng)的不足，通過現(xiàn)代鉆井技術(shù)，利用地下深處高達(dá)50℃及以上的高品位熱頁巖等富熱層作為熱源，提供高效的熱能，并且可持續(xù)工作，不間斷提供熱能。
【專利說明】封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]地?zé)崮苁呛芎玫沫h(huán)保能源，現(xiàn)有的地?zé)崮艿牟杉崛∠到y(tǒng)往往利用淺層地?zé)崮?小于500m)，通過一級或多級的熱交換，逐漸將低品位的熱能(10°C左右)轉(zhuǎn)為稍高品位的熱能，轉(zhuǎn)換的效率較低，根源在于淺層地能熱的熱源本身的品位不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，克服了常規(guī)淺層地能熱提取系統(tǒng)的不足，通過現(xiàn)代鉆井技術(shù)，利用地下深處高達(dá)50°C及以上的高品位熱頁巖等富熱層作為熱源，提供高效的熱能，并且可持續(xù)工作，不間斷提供熱能。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其設(shè)置在管井內(nèi)，該封閉式深井地?zé)崮苊准到y(tǒng)包含:
熱能采集裝置，其設(shè)置在地面下600m-1000m的區(qū)域，獲取地下深層高品質(zhì)地?zé)釤嵩吹臒崮埽?br> 保溫與傳送通道，其連接熱能采集裝置的兩端，與熱能采集裝置一起形成可供導(dǎo)熱介質(zhì)流通的封閉式循環(huán)熱能傳送通道；
井口固井裝置，其設(shè)置在管井井口位置處，并套設(shè)在保溫與傳送通道外部，固定井壁，避免井壁對塌；
散熱裝置，其連接保溫與傳送通道，向外部提供持續(xù)的熱能。
[0005]所述的保溫與傳送通道包含:
入口換熱泵，其設(shè)置在管井井口 ；
入口保溫套管，其一端連接入口換熱泵，另一端連接熱能采集裝置；
出口保溫套管，其一端連接熱能采集裝置；
出口換熱泵，其連接出口保溫套管；
地面輸送管道，其連接入口換熱泵和出口換熱泵，該地面輸送管道設(shè)置在地面上。
[0006]所述的保溫與傳送通道還包含:電磁閥，其設(shè)置在地面輸送管道上。
[0007]所述的入口保溫套管、出口保溫套管和地面輸送管道外層都具有保溫材料和絕熱涂層。
[0008]所述的熱能采集裝置包含:
集熱導(dǎo)熱套管，其直接接觸高品質(zhì)的地?zé)釤嵩?，將熱能傳?dǎo)給導(dǎo)熱介質(zhì)；
套管懸掛器，其連接集熱導(dǎo)熱套管的兩端；
快速連接與釋放接頭，其用于連接套管懸掛器和入口保溫套管，還用于連接相鄰的兩個集熱導(dǎo)熱套管；
轉(zhuǎn)換接頭，其用于連接套管懸掛器和出口保溫套管。
[0009]所述的快速連接與釋放接頭的數(shù)量最少為一個。
[0010]所述的熱能采集裝置中包含的集熱導(dǎo)熱套管、快速連接與釋放接頭、套管懸掛器和轉(zhuǎn)換接頭都采用金屬材料，具有良好的導(dǎo)熱性能。
[0011]所述的井口固井裝置分別套設(shè)在入口保溫套管和出口保溫套管的外部，該井口固井裝置包含連接設(shè)置的表層套管和技術(shù)套管。
[0012]所述的散熱裝置包含:
能量輸出盤管，其連接地面輸送管道；
散熱組件，其與能量輸出管盤耦合；
散熱換熱盤管，其與散熱組件耦合，該散熱換熱盤管連接供熱管路；
所述的散熱組件包含:
蒸發(fā)器，其與能量輸出管盤耦合；
冷凝器，其連接蒸發(fā)器；
壓縮機，其一端連接蒸發(fā)器，另一端連接冷凝器；
膨脹閥，其一端連接蒸發(fā)器，另一端連接冷凝器。
[0013]所述的散熱裝置還包含連接散熱換熱盤管的能量輸出泵。
[0014]本發(fā)明可利用地下深處的高品位熱源，不間斷提供高效的熱能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)中的散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0017]以下根據(jù)圖1和圖2具體說明本發(fā)明的較佳實施例。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供一種封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其設(shè)置在管井內(nèi)，該封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)包含:
熱能采集裝置3，其設(shè)置在地面下600m-1000m的區(qū)域；
保溫與傳送通道2，其連接熱能采集裝置3的兩端，與熱能采集裝置3 —起形成可供導(dǎo)熱介質(zhì)流通的封閉式循環(huán)熱能傳送通道；
井口固井裝置1，其設(shè)置在管井井口位置處，并套設(shè)在保溫與傳送通道2外部；
散熱裝置4，其連接保溫與傳送通道2。
[0019]所述的保溫與傳送通道2包含:
入口換熱泵7，其設(shè)置在管井井口，用于將換熱后的涼水注入井下；
入口保溫套管8，其一端連接入口換熱泵7，另一端連接熱能采集裝置3 ；
出口保溫套管13，其一端連接熱能采集裝置3 ；
出口換熱泵22，其連接出口保溫套管13，用于將吸熱后的熱水從井下抽出；
地面輸送管道21，其連接入口換熱泵7和出口換熱泵22，該地面輸送管道21設(shè)置在地面上；
電磁閥20，其設(shè)置在地面輸送管道21上，用于控制整個系統(tǒng)的開關(guān)。
[0020]所述的入口保溫套管8、出口保溫套管13和地面輸送管道21外層都具有保溫材料和絕熱涂層，作為換熱介質(zhì)的流通通道，減少循環(huán)流通導(dǎo)熱介質(zhì)熱量的散失；所述的保溫材料包含超細(xì)玻璃棉、高硅氧棉等；所述的絕熱涂層包含酚醛泡沫、聚氨酯薄膜、聚酰亞胺薄膜涂層、納米空心陶瓷微珠和無機聚合物涂料等。
[0021]所述的熱能采集裝置3包含:
集熱導(dǎo)熱套管12，其直接接觸高品質(zhì)的地?zé)釤嵩矗瑢崮軅鲗?dǎo)給導(dǎo)熱介質(zhì)；
套管懸掛器10，其連接集熱導(dǎo)熱套管12的兩端；
快速連接與釋放接頭9，其用于連接套管懸掛器10和入口保溫套管8，還用于連接相鄰的兩個集熱導(dǎo)熱套管12 ;所述的快速連接與釋放接頭9的數(shù)量最少為一個，便于維護與功能擴展；
轉(zhuǎn)換接頭23，其用于連接套管懸掛器10和出口保溫套管13 ；
通過快速連接與釋放接頭9，連接入(出)口保溫套管8 (13)與集熱導(dǎo)熱套管12，由于入(出)口保溫套管8 (13)和集熱導(dǎo)熱套管12的大小規(guī)格往往不一樣，故需要采用套管懸掛器10將入(出)口保溫套管8 (13)和集熱導(dǎo)熱套管12連接起來，同時，當(dāng)熱能采集裝置3處于傾斜狀態(tài)時，套管懸掛器10可以支撐集熱導(dǎo)熱套管12 ；
轉(zhuǎn)換接頭23可以用快速連接與釋放接頭9代替，快速連接與釋放接頭9比轉(zhuǎn)換接頭23多一項快速連接和卸開的功能；本實施例中，采用轉(zhuǎn)換接頭23連接套管懸掛器10和出口保溫套管13已足夠，不需要快速連接和卸開功能。
[0022]所述的熱能采集裝置3中包含的器件都具有良好的導(dǎo)熱性能，特別是集熱導(dǎo)熱套管12，熱能采集裝置3中包含的器件采用金屬材料，一般為不銹鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，通過集熱導(dǎo)熱套管12與熱頁巖等富熱巖層的直接接觸，將熱能傳導(dǎo)到流經(jīng)集熱導(dǎo)熱套管12的流通導(dǎo)熱介質(zhì)，所以該集熱導(dǎo)熱套管12是整個系統(tǒng)的熱能來源；快速連接與釋放接頭9用于提供入口保溫套管8與集熱導(dǎo)熱套管12以及兩條集熱導(dǎo)熱套管12之間的快速連接與釋放，以便于熱能采集裝置3中部件損壞時的維修與更換，快速連接與釋放接頭9是通過在套管柱上施加不同的扭矩和拉(壓)力來實現(xiàn)入口保溫套管8與集熱導(dǎo)熱套管12以及兩條集熱導(dǎo)熱套管12之間的快速連接與釋放的，這種工具在油田上比較常用；轉(zhuǎn)換接頭23用于連接套管懸掛器10和出口保溫套管13，因為套管懸掛器10和出口保溫套管13有不同的直徑和螺紋。
[0023]所述的井口固井裝置I分別套設(shè)在入口保溫套管8和出口保溫套管13的外部，該井口固井裝置I包含連接設(shè)置的表層套管5和技術(shù)套管6，其作用是固定井壁，避免井壁坍塌。
[0024]如圖2所示，所述的散熱裝置4包含:
能量輸出盤管18，其連接地面輸送管道21 ；
散熱組件，其與能量輸出管盤18耦合；
散熱換熱盤管14，其與散熱組件耦合，該散熱換熱盤管14連接供熱管路；
所述的散熱組件包含:
蒸發(fā)器17，其與能量輸出管盤18耦合；
冷凝器15，其連接蒸發(fā)器17;
壓縮機16，其一端連接蒸發(fā)器17，另一端連接冷凝器15 ；
膨脹閥19，其一端連接蒸發(fā)器17，另一端連接冷凝器15 ； 所述的能量輸出盤管18與蒸發(fā)器17耦合，低溫的冷凝介質(zhì)通過蒸發(fā)器17，與能量輸出盤管18中的導(dǎo)熱介質(zhì)進行熱交換吸熱，冷凝器15和散熱換熱盤管14耦合，冷凝器15通過把氣體或蒸氣轉(zhuǎn)變成液體，從而將管子中的熱量以很快的方式，傳到管子附近的散熱換熱盤管14，達(dá)到傳熱的效果，膨脹閥19主要用于控制制冷劑的流量，為制冷劑的蒸發(fā)制造條件，保證壓縮機16正常工作和散熱效果。
[0025]所述的散熱裝置4還包含連接散熱換熱盤管14的能量輸出泵24，用于控制熱能輸出。
[0026]整個封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)在入口換熱泵7和出口換熱泵22作用下，通過電磁閥20控制開始在保溫與傳送通道2與熱能采集裝置3 —起形成的封閉式循環(huán)熱能傳送通道內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)熱介質(zhì)在經(jīng)過熱能采集裝置3內(nèi)的集熱導(dǎo)熱套管12時，來自高熱傳導(dǎo)率的集熱導(dǎo)熱套管12外部的熱頁巖等富熱巖層的能量通過熱傳導(dǎo)傳遞給導(dǎo)熱介質(zhì)，導(dǎo)熱介質(zhì)在保溫傳送通道2內(nèi)循環(huán)，熱能經(jīng)散熱裝置4為外部提供持續(xù)熱能。
[0027]整個管井通過鉆機定向鉆井而成，通過鉆頭和鉆柱鉆整個井管通道，交換介質(zhì)在整個采集井內(nèi)封閉運行。
[0028]本發(fā)明可利用地下深處的高品位熱源，不間斷提供高效的熱能，能應(yīng)用于寒冷地區(qū)冬季的取暖。
[0029]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其設(shè)置在管井內(nèi)，其特征在于，該封閉式深井地?zé)崮苊准到y(tǒng)包含: 熱能采集裝置(3)，其設(shè)置在地面下600m-1000m的區(qū)域，獲取地下深層高品質(zhì)地?zé)釤嵩吹臒崮埽? 保溫與傳送通道(2)，其連接熱能采集裝置(3)的兩端，與熱能采集裝置(3) —起形成可供導(dǎo)熱介質(zhì)流通的封閉式循環(huán)熱能傳送通道； 井口固井裝置(I )，其設(shè)置在管井井口位置處，并套設(shè)在保溫與傳送通道(2)外部，固定井壁，避免井壁對塌； 散熱裝置(4)，其連接保溫與傳送通道(2)，向外部提供持續(xù)的熱能。
2.如權(quán)利要求1所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的保溫與傳送通道(2)包含: 入口換熱泵(7)，其設(shè)置在管井井口 ； 入口保溫套管(8 )，其一端連接入口換熱泵(7 )，另一端連接熱能采集裝置(3 ); 出口保溫套管(13)，其一端連接熱能采集裝置(3)； 出口換熱泵(22)，其連接出口保溫套管(13)； 地面輸送管道(21)，其連接入口換熱泵(7 )和出口換熱泵(22 )，該地面輸送管道(21)設(shè)置在地面上。
3.如權(quán)利要求2所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的保溫與傳送通道(2 )還包含:電磁閥(20 )，其設(shè)置在地面輸送管道(21)上。
4.如權(quán)利要求2或3所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的入口保溫套管(8 )、出口保溫套管(13)和地面輸送管道(21)外層都具有保溫材料和絕熱涂層。
5.如權(quán)利要求2或3所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的熱能采集裝置(3)包含: 集熱導(dǎo)熱套管(12)，其直接接觸高品質(zhì)的地?zé)釤嵩?，將熱能傳?dǎo)給導(dǎo)熱介質(zhì)； 套管懸掛器(10)，其連接集熱導(dǎo)熱套管(12)的兩端； 快速連接與釋放接頭(9)，其用于連接套管懸掛器(10)和入口保溫套管(8)，還用于連接相鄰的兩個集熱導(dǎo)熱套管(12)； 轉(zhuǎn)換接頭(23)，其用于連接套管懸掛器(10)和出口保溫套管(13)。
6.如權(quán)利要求5所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的快速連接與釋放接頭(9)的數(shù)量最少為一個。
7.如權(quán)利要求5所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的熱能采集裝置(3)中包含的集熱導(dǎo)熱套管(12)、快速連接與釋放接頭(9)、套管懸掛器(10)和轉(zhuǎn)換接頭(23)都采用金屬材料，具有良好的導(dǎo)熱性能。
8.如權(quán)利要求5所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的井口固井裝置(I)分別套設(shè)在入口保溫套管(8)和出口保溫套管(13)的外部，該井口固井裝置(I)包含連接設(shè)置的表層套管(5)和技術(shù)套管(6)。
9.如權(quán)利要求8所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的散熱裝置(4)包含: 能量輸出盤管(18)，其連接地面輸送管道(21)； 散熱組件，其與能量輸出管盤(18)耦合； 散熱換熱盤管(14)，其與散熱組件耦合，該散熱換熱盤管(14)連接供熱管路； 所述的散熱組件包含: 蒸發(fā)器(17)，其與能量輸出管盤(18)耦合； 冷凝器(15)，其連接蒸發(fā)器(17)； 壓縮機(16)，其一端連接蒸發(fā)器(17)，另一端連接冷凝器(15); 膨脹閥(19)，其一端連接蒸發(fā)器(17)，另一端連接冷凝器(15)。
10.如權(quán)利要求9所述的封閉式深井地?zé)崮懿杉到y(tǒng)，其特征在于，所述的散熱裝置(4)還包含連接散熱換熱盤管(14)的能量輸出泵(24)。
【文檔編號】F24J3/08GK104154668SQ201410429831
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】李廣峰, 李運明, 劉紅斌 申請人:上海天合石油工程股份有限公司