[实用新型]一种利用单井采集干热岩热能的长导程旋流换热器

说明书

本实用新型涉及干热岩热能开发技术领域，特别涉及一种可广泛用于干热岩热能开发地热系统中，结构简单、换热效率高、有效防止热量散失、可复制性强、受环境因素影响弱的采集干热岩热能的长导程旋流换热器，包括外管和内管，外管为数组井下换热螺旋槽管连接而成，内管为保温管，外管和内管同轴线安装，外管的内侧壁和内管的外侧壁之间形成环状空间，内管的下半部的管壁上设有钻孔，钻孔为倾斜向下角度的开孔，内管的底端呈不封闭状态，内管的底端与外管的底端连通。

技术领域

本实用新型涉及干热岩热能开发技术领域，特别涉及一种利用单井采集干热岩热能的长导程旋流换热器。

背景技术

地热能(Geothermal Energy)是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃～1300℃，天然温泉的温度大多在60℃以上，有的甚至高达100℃～140℃。这说明地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能。这种热量渗出地表，于是就有了地热。地热能是一种清洁能源，是可再生能源，其开发前景十分广阔。换热是指冷热两流体间所进行的热量传递，是一种属于传热过程的单元操作。地热换热过程主要通过地热换热器完成。地热井的换热过程中，热量传递存在两种不同的方向，一是当管道内水流温度低于管道外岩层温度时，热量由岩层向流体传递，这一区域主要存在于地热井的下行段下部、水平段和上行段的下部；二是当管道内水流温度高于管道外岩层温度时，热量由流体向岩层传递，这一区域主要存在于地热井的下行段上部和上行段上部。

随着环境压力对地热利用需求呈现数倍于以往的发展速度，急需新技术的发展和突破。但是由于干热岩具有渗透率低、储层位置深等特性,其开发面临着诸多科学和技术方面的挑战，虽然也随之出现了许多对干热岩利用新技术新实用新型，但是普遍存在地热热能提取并加以转换利用的效率低，建设成本高，工艺复杂不易实现，可复制推广性不强，制约了该技术的全面推广利用。螺旋槽管比普通光管换热面积大，具有使管内外流体沿管壁螺旋运动的趋势。管内凸起部分对流体的周期性扰动可减薄管内的传热边界层，加强湍流运动，强化流体传热，提高换热效率。但目前尚未有将螺旋槽管应用到干热岩热能开发技术的报道，该领域对此的探索尚不明朗。

实用新型内容

鉴于以上问题，本实用新型提供了一种可广泛用于干热岩热能开发地热系统中，结构简单、换热效率高、有效防止热量散失、可复制性强、受环境因素影响弱的长导程旋流换热器。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型中一种利用单井采集干热岩热能的长导程旋流换热器，包括外管和内管，所述外管的直径大于内管的直径，所述外管为数组井下换热螺旋槽管连接而成，螺旋槽管的设计可使循环介质在外管向下流动吸热过程中能得到充分扰动，避免在换热过程中出现“死区”，同时能增加外管的导热效果，增加换热性能，提高换热器的换热效率，增加单井的取热量。所述内管为保温管，所述保温管设于井下换热螺旋槽管的内部，所述外管和内管同轴线安装，所述外管的内侧壁和内管的外侧壁之间形成环状空间，所述外管的上端口连接循环介质注入管路，所述外管的底端呈封闭状态，所述内管的上端口连接循环介质采集管路，所述内管的下半部的管壁上设有钻孔，所述钻孔为倾斜向下角度的开孔，倾斜向下角度的开孔可提高介质过流流面积，利于介质流动，大幅提高防垢性能。所述内管的底端呈不封闭状态，所述内管的底端通过承插式连接多足基座，所述内管的底端与外管的底端连通。

进一步的，所述井下换热螺旋槽管的结构参数内径Di、螺旋槽节距P、波峰圆半径R、波谷圆半径r、角度α、螺旋升角θ、槽深h及管厚δ可经过计算加工，使井下换热螺旋槽管的水流阻力，水流换热效率及外表面传热面积为最优化，所述井下换热螺旋槽管可选用特钢管或考登管加工制作。

进一步的，数组所述井下换热螺旋槽管通过PT螺纹密封连接。

进一步的，所述保温管为轴向保温钢管或绝热管。