一種提取利用地熱能的裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術涉及一種提取利用地熱能的裝置及方法。本發(fā)明專利技術提取利用地熱能的裝置包括井筒、外管和換熱裝置；井筒的頂端和底端均開口并且井筒的底部深入地熱源層，井筒內及套管內裝有第一液體介質；外管的頂部封閉，底部開口；外管下端從井筒頂端插入到井筒內，外管與井筒通過固井水泥環(huán)固定；所述外管的上部為散熱段，外管的中部為保溫段，外管的下部為吸熱段，吸熱段位于地熱源層內，保溫段位于地熱源層上方至散熱段下方，與外管的換熱段的對應位置的外側設有換熱裝置，換熱裝置內裝有第二液體介質。本發(fā)明專利技術所述提取利用地熱能的裝置及方法，可以用于干熱巖地區(qū)或者地溫梯度較高的地區(qū)，實現(xiàn)地熱能的大面積開發(fā)，具有效率高、結構簡單、成本低等優(yōu)點。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及新能源開發(fā)利用領域，尤其涉及。
技術介紹
目前，全世界都在尋找綠色能源。太陽能、風能已經(jīng)較為普及，地熱能也引起了人們的廣泛關注。地熱資源主要分為水熱型和干熱巖型，其中，干熱巖及高地溫梯度地層地熱資源，在地球上的蘊藏量非常豐富。然而，地熱技術的發(fā)展卻不盡人意。因為干熱巖一般為致密性巖層，不具有滲透率、沒有孔隙、儲層位置深等特性，目前的技術多為人為壓裂，制造巖層裂縫，采取注水產(chǎn)出的方法，提取地層熱量。該方法通常需要多口井配合使用，例如，在注入井高壓注入溫度較低的水，使水沿著巖石的裂縫流動；同時在另一位置鉆多個井用于回收高溫水、汽等。成本很高耗費較多、對地表影響較大，并且存在著利用效率低、設備復雜等問題，具體表現(xiàn)在:地層熱提取效率一般在1-5%左右，地下?lián)Q熱損失率高(大約在7%_12%之間)。因此，急需一種效率高、結構簡單、成本低的地熱能提取技術。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下:鑒于現(xiàn)有技術所存在的問題，本專利技術提供，可以用于干熱巖地層或者地溫梯度較高的地層，實現(xiàn)地熱能的大面積開發(fā)，具有效率高、結構簡單、成本低等優(yōu)點。—種提取利用地熱能的裝置，包括:井筒、外管和換熱裝置;井筒的頂端和底端均開口，并且井筒的底部深入地熱源層，所述井筒內以及外管內裝有第一液體介質；外管的頂部封閉，底部開口；所述外管的下端從井筒的頂端插入到井筒內，所述外管通過固井水泥環(huán)與井筒固定；所述外管的下部為吸熱段，所述外管的中部為保溫段，所述外管的上部為散熱段，吸熱段位于地熱源層內；與外管的換熱段的對應位置的外側設有設有換熱裝置，所述換熱裝置內裝有第二液體介質。本專利技術的有益效果是:在井筒內設置外管，外管放置的深度，可以根據(jù)井壁周圍部分巖石的特性設置。井筒內的第一液體介質，經(jīng)地熱源層高溫加熱沸騰后，部分發(fā)生相變，成為蒸汽分子，產(chǎn)生高溫蒸汽氣流，向井筒的頂部快速上升。由于蒸汽分子處于紊亂的熱運動的狀態(tài)，和外管的管壁以及第一液體介質的液面發(fā)生碰撞，部分蒸汽分子重新返回至第一液體介質中，隨著蒸發(fā)的持續(xù)進行，套管內的蒸汽分子密度不斷增大，最后達到飽和狀態(tài)。套管的頂部封閉，使套管內的壓力增大，溫度上升，最后達到飽和蒸汽狀態(tài)。而由于保溫段的設置，使得蒸汽分子在傳遞過程中的熱損失幾乎為零。飽和蒸汽達到穩(wěn)定狀態(tài)后，井筒內的第一液體介質的頂部和底部的溫度基本接近。當熱量傳遞至散熱段時，進一步對換熱裝置中的第二液體介質進行加熱，第二液體介質達到沸點之后用于發(fā)電、供熱等一切用于需要熱源的場合。本專利技術只需要一個井筒就可以完成上述過程，占地面積小;采用裸眼井段或外管直接使第一液體接受地熱，，第一液體介質受熱表面積大不需要其他導熱物質傳遞熱能。利用本專利技術所述的提取利用地熱能的裝置進行提取地熱能，地層熱提取效率可以達到百分之九十以上。因此，本專利技術所述的提取利用地熱能的裝置具有結構簡單、成本低、產(chǎn)熱高等優(yōu)點。無論是發(fā)電或供熱都無需地下水的產(chǎn)出和注入，真正實現(xiàn)了無污染和零排放。在上述技術方案的基礎上，本專利技術還可以做如下改進。進一步，所述保溫段位于地熱源層的上方至散熱段下方的部分。優(yōu)選地，所述保溫段的底部位于地熱源層內，所述保溫段的頂部位于換熱裝置的下方。采用上述進一步方案的有益效果是:保溫段的底部位于地熱源層的頂部的下方，避免熱量損失;所述保溫段的頂部位于換熱裝置的下方，有利于加強換熱。進一步，所述吸熱段還包括高致密熱源層對應的井筒。如果所述吸熱段的地層為高致密地層，可以保留裸眼井段，直接作為第一液體介質的容積空間，以井筒作為吸熱段，井筒內的第一液體介質，受熱表面積增加，吸熱率增高，吸熱效果好。如果所述吸熱段的地層為非高致密地層，在外管的底部設有的吸熱段，用于吸收地熱源層的熱量。進一步，所述換熱裝置中的第二液體介質被加熱沸騰后供發(fā)電設備和/或供熱裝置使用。采用上述進一步方案的有益效果是:可以滿足發(fā)電、供熱等需求。進一步，所述外管的頂部設有減壓閥、壓力表和溫度表。采用上述進一步方案的有益效果是:便于隨時觀測管內的壓力、溫度等情況，如果壓力過高采用減壓閥進行減壓，保證安全，避免發(fā)生事故。進一步，所述第一液體介質的沸點高于第二液體介質的沸點。采用上述進一步方案的有益效果是:有利于快速將第二液體介質加熱至一定溫度，甚至將第二液體介質加熱成蒸汽。易于發(fā)電設備/或供熱裝置使用。進一步，所述地熱源層為干熱巖層或是高地溫梯度地層。采用上述進一步方案的有益效果是:干熱巖或高地溫梯度地層的溫度較高，一般溫度大于150攝氏度至500攝氏度，并且在地球上的蘊藏量非常豐富。進一步，所述外管的保溫段還包括包裹在外管外部的保溫層。對于保溫層的材質，可以優(yōu)先選擇導熱系數(shù)較低的保溫材料，例如:聚氨酯等發(fā)泡材料等等。采用上述進一步方案的有益效果是:通過保溫層的設置可以減少熱量的損失，提高地熱的提取效率。進一步，所述外管的保溫段還包括內管，內管設于外管內部，內管的頂部和底部分別通過密封環(huán)與外管密封，所述內管和外管之間形成密閉的真空腔。采用上述進一步方案的有益效果是:在井筒內設置外管和內管，形成雙層真空套管，套管放置的深度可以根據(jù)井壁周圍部分巖石的特性設置。井筒內的第一液體介質經(jīng)地熱源層的高溫加熱沸騰后，部分發(fā)生相變，成為蒸汽分子，產(chǎn)生高溫蒸汽氣流，向井筒的頂部快速上升，由于蒸汽分子處于紊亂的熱運動的狀態(tài)，和套管的管壁以及第一液體介質的液面發(fā)生碰撞，部分蒸汽分子，重新返回至第一液體介質中，隨著蒸發(fā)的持續(xù)進行，套管內的蒸汽分子密度不斷增大，最后達到飽和狀態(tài)。套管內的壓力增大，溫度上升。而由于雙層管真空腔或套管外保溫的設置，使得保溫效果很好，熱損失幾乎為零。飽和蒸汽達到穩(wěn)定狀態(tài)后，井筒內的第一液體介質的頂部和底部的溫度基本接近，進一步對換熱裝置中的第二液體介質進行加熱，第二液體介質沸騰之后用于發(fā)電、供熱等一切用于需要熱源的場合。進一步，所述密封環(huán)的材質為記憶合金。采用上述進一步方案的有益效果是:使用時，只需要將密封環(huán)分別置于內管的頂部和底部，記憶合金受熱后產(chǎn)生膨脹，形成密封，具有使用簡單、密封效果好等優(yōu)點。本專利技術提供一種提取利用地熱能的方法，包括以下步驟:I)由地面向地熱源層鉆井，形成井筒，井筒的底部深入地熱源層；2)將外管置于井筒內，根據(jù)地熱源層的巖層性質確定外管的在井筒中的深度，如果地熱源層是高致密巖層，井筒非常規(guī)則，外管的底部可以放置在地熱源層的頂部下方。所述外管的上部為換熱段，外管的中部為保溫段，外管的下部為吸熱段，吸熱段位于地熱源層內；將外管的頂部封閉，外管的底部位于地熱源層;外管和井筒之間利用固井水泥環(huán)固定；3)向井筒內及外管內加入第一液體介質，第一液體介質的用量根據(jù)吸熱段的地層厚度及溫度確定；4)在外管的換熱段處安裝換熱裝置，換熱裝置內裝有第二液體介質；5)將換熱裝置的出口與發(fā)電設備/或供熱靶向的換熱裝置的入口連接。采用上述方案的有益效果是:本專利技術所述的提取利用地熱能的方法操作簡單，只需要一個井筒就可以完成上述過程，占地面積小;采用高致密巖層裸眼井段或外管直接使第一液體介質接受地熱，不需要其他導熱物質傳遞熱能，第一液體介質受熱表面積大。因此，本專利技術所述的提取利用地熱能的裝置具有結構簡單、成本低、產(chǎn)熱高等優(yōu)點。無論是發(fā)電或供熱都無需地下水的產(chǎn)出和注入，真本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種提取利用地熱能的裝置，其特征在于，包括：井筒(7)、外管(14)和換熱裝置(3)；井筒(7)的頂端和底端均開口，并且井筒(7)的底部深入地熱源層(13)，所述井筒(7)內及外管(14)內裝有第一液體介質；外管(14)的頂部封閉，底部開口；所述外管(14)下端從所述井筒(7)頂端插入所述井筒(7)內，所述外管(14)通過固井水泥環(huán)(4)與井筒(7)固定，所述外管(14)的上部為散熱段，所述外管(14)的中部為保溫段，所述外管(14)的下部為吸熱段，所述吸熱段位于地熱源層(13)內；與外管(14)的換熱段的對應位置的外側設有換熱裝置(3)，所述換熱裝置(3)內裝有第二液體介質。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：姚國敏，
申請(專利權)人：姚國敏，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11