[发明专利]一种联合地热开发和利用系统及能量分配管控方法

说明书

本发明公开了一种联合地热开发和利用系统及能量分配管控方法，该系统包括热管，热管用于置于生产井内，热管外壁与生产井内壁间留有间隙，热储工质在该间隙内流动换热；在热管内设置有管内工质，热管的工质出口端和一次热利用装置的工质入口端相连接，一次热利用装置的工质出口端和热管的工质出口端相连接，以使得管内工质在热管和一次热利用装置之间循环流动；注入泵的进口端和间隙相连通，出口端和注入井相连通，以将热储工质在注入泵作用下经由注入井进入人工热储，在人工热储裂隙内渗流并获取热量并流动至生产井内，形成热储工质的循环流动。本系统通过热管来直接产生一次热利用装置所需的蒸汽，有助于一次热利用装置的长期稳定运行。

技术领域

本发明属于地热能开发及利用领域，具体涉及一种联合地热开发和利用系统及能量分配管控方法。

背景技术

干热岩地热能是贮存在深层低渗透性高温岩体中的地热能，具有储量丰富、温度高等优点。现有干热岩地热开采技术主要是采用增强型(即EGS)地热系统，其原理是首先对干热岩靶区钻井，利用水力压裂等手段将地下低渗透性目标岩体压裂成高渗透性的人工热储，通过微震监测等手段评价人工热储发育程度，再钻出一口或多口井，实现井间连通。通过水泵等设备将低温的水、二氧化碳等流体介质注入到人工热储，置换高温岩石中的热能用于地面发电的系统。自上世纪70年代美国提出增强型地热开采的概念以来，该模式至今未完全形成商业化运营，不仅受钻井及人工压裂费用较高、井间连通性难以保证、循环工质漏损等因素制约，还存在采出流体矿物析出造成生产井结垢、地上换热系统复杂、发电稳定性受采出流体流量及温度影响显著等问题。

热管利用管内工质的相变，可以将热量迅速地从高温段传输到低温段。热管具有较高的传热率、优良的等温性等特征，是目前最有效的传热设备之一。专利ZL201710343194.9及ZL201910328413.5等公开了可进行深部地热开采的超长重力热管，突破了积液、气液卷携等瓶颈，但由于管外为低导热的地下岩体，管外岩体的低导热性较大程度限制了该热管采热系统性能。

发明内容

为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本发明实施例提供一种联合地热开发和利用系统及能量分配管控方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种联合地热开发和利用系统，包括：

热管，所述热管用于置于生产井内，热管外壁与生产井内壁间留有间隙，热储工质在该间隙内流动换热；在所述热管内设置有管内工质，热管的工质出口端和一次热利用装置的工质入口端相连接，一次热利用装置的工质出口端和热管的工质出口端相连接，以使得管内工质在所述热管和一次热利用装置之间循环流动；

注入泵，所述注入泵的进口端和所述间隙相连通，出口端和注入井相连通，以将热储工质在注入泵作用下经由注入井进入人工热储，在人工热储裂隙内渗流并获取热量并流动至生产井内，形成热储工质的循环流动。

作为上述联合地热开发和利用系统的优选，在所述热管的工质出口端和一次热利用装置的工质入口端之间连接安装有蒸汽调节阀和气液分离器，在一次热利用装置的工质出口端和热管的工质入口端之间连接安装有回流调节阀。

作为上述联合地热开发和利用系统的优选，所述一次热利用装置为地面发电装置，包括汽轮机、发电机、凝汽机；所述热管作为地面发电装置的蒸发器，地面发电装置等效为热管的冷凝段，热管内的管内工质在获取热量后汽化并经蒸汽调节阀输送至气液分离器，由气液分离器分离出来的汽相流体进入汽轮机做功，带动发电机发电，做功后进入凝汽机进一步放热液化并进入工质回收储存器，液态的管内工质经回流调节阀进入热管内部，形成闭式循环。

作为上述联合地热开发和利用系统的优选，所述凝汽机还和直接供热系统相连接。

作为上述联合地热开发和利用系统的优选，所述凝汽机用于调节汽轮机背压，通过控制蒸汽压力、循环流量、工作温度及汽轮机背压控制实现发电功率调节及热储工质不同梯级利用的能量分配。