[发明专利]一种中深地层封闭循环热交换系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及热交换系统领域，特别是涉及一种利用中深地层封闭循环热交换系统。

 

背景技术

现有技术中，利用地暖供暖技术主要包括：

1、采用温泉水作为供暖热源。但是，地面温泉资源分布是自然的、有限度的。

2、钻井开发中深层地下水。尽管配有回灌井，但回灌水量不充分是不可避免的，构成地面沉降风险。

3、裸眼井换热，是半封闭循环，循环水与地下水相互交融、渗透，地下水源被人为污染。井壁长期被水浸泡，发生脱落、垮塌。

上述几种现有技术都存在污染、高能耗、不可再生等各种的问题。

 

发明内容

本发明的目的，是提供一种利用中深地层封闭循环热交换系统。

本发明技术方案如下：

一种中深地层封闭循环热交换系统，包括热能使用端、换热器及循环泵，其特征在于：

还包括井眼、井口装置、固井套管及悬挂套管，所述井眼深度为1000-3500m，固井套管安装在井眼中，固井套管为金属材料，井壁与固定套管之间填充油井水泥；所述悬挂套管放入固井套管中，并通过井口装置悬挂、固定；

所述循环泵将水从环形空间注入井中，自上而下，与周围固井套管热交换，接近井底后，再从悬挂套管内返回地面，再通过换热器将热交换给热能使用端。

进一步的，所述井眼井底的温度为60-90 oC。

 

本发明中深地层封闭循环热交换系统，与中深地层内表面金属套管换热，通过闭路水循环系统将地层的热量携带到地面。不与地层和地下水直接接触，具有如下有益效果：

1. 提供可再生的、稳定的、极低运行成本的热源。

2. 不破坏、不污染未扰动的地下水。

3. 运行中实现废水、废气的零排放。

4. 适合城市中使用。

5. 使用寿命长。

 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。图中，热能使用端1、换热器2及循环泵3、井眼4、井口装置5、固井套管6、悬挂套管7、井底8、油井水泥9。图中箭头为本系统中的循环水流动方向。

 

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的阐述。

本发明一种中深地层封闭循环热交换系统，包括热能使用端1、换热器2及循环泵3， 还包括井眼4、井口装置5、固井套管6及悬挂套管7。本系统利用增温层，即中深地层(深度2000 m左右)的60~90 oC 温度作为可再生的、清洁热源，因此，井眼4深度为1000-3500m。固井套管6安装在井眼4中，固井套管6为金属材料，井壁与固定套管5之间填充油井水泥9；悬挂套管7放入固井套管6中，并通过井口装置5悬挂、固定。

本发明的运行如下：循环泵将水从环形空间注入井中，自上而下，与周围固井套管热交换，接近井底8后，再从悬挂套管内返回地面，再通过换热器将热交换给热能使用端。

本发明的安装过程如下：

1、选择热能使用区域安装合适的石油钻井设备。

2、钻井到达所需地层温度的裸眼井深(如, 2000m )。

3、将固井套管下入井中。

4、用油井水泥填充和加固井壁与套管之间的间隙。

5、再将悬挂套管放入井中，并悬挂、固定在井口。

6、安装井口装置、换热器、循环泵等。

当设计井口出水温度=60 oC，进水温度=40oC，温差 Δ t =20 oC, 流量=50 ton/ h,  换热井生产出约1200 kW 热能。 

生产热能过程中，仅消耗很少量的电能供循环泵使用，零排放。

如果换热井用于城市小区集中供暖，在建筑节能达标情况下，一口井可提供大约 2万平方米供暖面积的热能。