[发明专利]岩溶热储U型换热器高效取热系统

说明书

本发明公开了一种岩溶热储U型换热器高效取热系统，包括注入井、水平井、采出井、换热器、采暖循环泵和用暖终端；注入井、水平井和采出井依次相连构成U型换热器，注入井和采出井的上部位于致密岩石中，注入井和采出井的下部以及水平井位于岩溶热储层中，采出井出口经换热器一次侧后接入注入井，采暖循环泵、换热器二次侧和用暖终端依次相连构成用暖回路。本发明采用全封闭循环，取热不取水，可解决岩溶型地热开采过程中面临的回灌难，水资源税高，防垢成本大，造成地面沉降等问题。

技术领域

本发明涉及地热开发利用技术领域，具体涉及一种利用U型换热器提取岩溶热储的热能进行供暖或者发电的系统。

背景技术

我国华北地区，特备是雄安新区，地热资源储量丰富，岩溶型地热开采规模大。在地热的开发利用过程中，主要面临四个问题，一是地热水开采需要缴纳水资源税，增加了运营成本，降低了企业的生产积极性；二是地热水，特别是温度高于100℃的地热水，结垢比较严重，防垢除垢加重了企业的运行成本；三是一些地区的地压较高，回灌困难且能耗大；四是地热开采与地面沉降有关系，掣肘了更大规模的地热开采。目前的单井封闭开采方式，取热不取水，市场也叫做“无干扰地岩热”，可以解决上述四个问题，但也面临最大的卡脖子问题，就是单井换热量小，投资回收期长。

发明内容

为解决岩溶型地热开采过程中面临的回灌难，水资源税高，防垢成本大，造成地面沉降等问题，本发明提出了一种岩溶热储U型换热器高效取热系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种岩溶热储U型换热器高效取热系统，包括注入井、水平井、采出井、换热器、采暖循环泵和用暖终端；

注入井、水平井和采出井依次相连构成U型换热器，注入井和采出井的上部位于致密岩石中，注入井和采出井的下部以及水平井位于岩溶热储层中，采出井出口经换热器一次侧后接入注入井，采暖循环泵、换热器二次侧和用暖终端依次相连构成用暖回路。

作为本发明的一种改进，所述U型换热器根据沿程摩擦阻力的大小以及需求选用水、碳氢化合物或者CO2作为循环取热工质，以使循环取热工质靠密度差自动运行，无需工质循环泵，从而提高取热效率。

作为本发明的一种改进，所述U型换热器采用一条注入井配置一条采出井的一注一采形式，注入井与采出井之间的水平井为两条或多条，且上下间隔布置。采用多水平井，增加换热量的同时，减小注采井数量及投资。

作为本发明的一种改进，所述U型换热器采用一条注入井配置两条或者多条采出井的一注多采形式，注入井与各采出井之间的水平井为两条或多条，且上下间隔布置。可进一步提高换热量，降低投资。

作为本发明的一种改进，所述水平井的布置方向与热储层中含水层的水流方向垂直，通过含水层水平向流动以及竖直向的自然对流强化换热，大幅提高U型热管的取热量。

作为本发明的一种改进，所述注入井和采出井在岩溶热储层的井段、以及水平井均不固井，直接让地热水和井管接触，形成自然对流，提高U型热管的取热量。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)取热系统全封闭循环，取热不取水，能大幅提高封闭井的取热量并降低投资费用。

(2)可根据沿程摩擦阻力的大小以及需求选用水、碳氢化合物或者CO2作为循环取热工质，以取热系统不用泵能自动循环为目的，没有泵耗，可大幅提高系统取热效率。

(3)可以用于供暖，也可以用于发电，特备是用碳氢化合物作为循环取热工质，采出井出口的工质为气态，直接接上发电用的膨胀机和冷凝器即可以发电。

附图说明

图1是实施例1的岩溶热储U型换热器高效取热系统的原理图。

图2是实施例2的岩溶热储U型换热器高效取热系统的原理图。