松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统、方法

摘要

本发明公开了一种基于松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统，包括回水管和进水管，回水管的右侧连通有第二高区回水管，第二高区回水管的右侧连通有第一高区回水管。本发明通过设置回水管、差压溢流管、量表、进水管、差压控制器、高区回水管、第一回水管、回水管、旁通管、高区供水管、高区回水管、地热井回水管、地热井供水管、热泵机组、第二回水管、供水管、地热井供水管、地热井回水管、地热井回水管、地热井供水管、地热井井口装置和地热井的配合使用，解决了现有松散泥砂岩地质条件下的无干扰地热井成井工艺容易造成浅层地下水串层以及浅层地下水污染，危及饮用水安全的问题。

说明书

技术领域

本发明属于地热供热技术领域，具体涉及一种基于松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统及方法。

背景技术

地热供热系统是指利用地热能为主要热源的供热系统，地热能为地球本身蕴藏的能量，属于可再生能源，地热供热系统按照地热流体进入供热系统的方式可分为直接供热和间接供热，直接供热即把地热流体直接引入供热系统，间接供热即地热流体通过换热器将热能传递给供热系统的循环水，地热流体不直接进入供热系统。

现有的热泵设计是根据热负荷及温差先选则压缩机再设计换热器，再用换热器参数代入压缩机校核，从而确定热泵各设备尺寸型号，这样设计得出的热泵机组不能匹配中深层无干扰地热热源温度，从而使得热泵机组效率低甚至无法启动。

在现有松散泥砂岩地质条件下中深层无干扰地热井施工过程中，其结构松散含水性高，钻井施工中容易发生地热井垮塌，且容易造成浅层地下水串层以及浅层地下水污染，危及饮用水安全，在一定程度上限制了地热资源的开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统及方法，具备环保的优点，解决了现有松散泥砂岩地质条件下的无干扰地热井成井工艺下地热井易坍塌，易造成浅层地下水串层以及浅层地下水污染，危及饮用水安全的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种基于松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统，包括回水管和进水管，所述回水管的右侧连通有第二高区回水管，所述第二高区回水管的右侧连通有第一高区回水管，所述进水管的左侧连通有量表，所述进水管的右侧连通有高区供水管，所述回水管和进水管之间连通有差压溢流管，所述第一高区回水管的右侧分别连通有第一回水管和回水管，所述回水管远离第一高区回水管的一侧连通有热泵机组，所述第一回水管远离第一高区回水管的一侧连通有旁通管，所述热泵机组的底部分别连通有供水管和第二回水管，所述供水管远离热泵机组的一侧连通有第一地热井供水管，所述第二回水管远离热泵机组的一侧连通有第一地热井回水管，所述第一地热井回水管远离第二回水管的一侧连通有第二地热井回水管，所述第一地热井供水管远离供水管的一侧连通有第二地热井供水管，所述第二地热井回水管和地井供水管远离第一地热井回水管和第一地热井供水管的一侧设置有地热井井口装置，所述地热井井口装置靠近第二地热井回水管和第二地热井供水管的一侧与第二地热井回水管和第二地热井供水管连通，所述地热井井口装置的底部连通设置在地热井内的套管换热器。

上述方案中，所述旁通管远离第一回水管的一侧连通有地热井供水管，所述热泵机组远离回水管的一侧连通有地热井回水管。

上述方案中，所述第二回水管的外侧设置有地热井水泵，所述地热井水泵靠近第二回水管的一侧与第二回水管连通。

上述方案中，所述差压溢流管的左侧设置有差压控制器，所述差压控制器靠近差压溢流管的一侧与差压溢流管连通，所述高区供水管靠近热泵机组的一侧与热泵机组连通。

上述方案中，所述套管换热器包括内管和外管，所述外管套设在内管的外部，所述内管由若干节PE管依次连接组成，第一节PE管为筛管，并且第一节PE管的底部设置配重管。

上述方案中，所述地热井包括内井壁管和外井壁管，所述内井壁管与外井壁管连接，所述内井壁管和外井壁管之间设置聚氨酯保温层。

上述方案中，所述内井壁管的外表面设置太阳能吸热涂层，所述外井壁管的内表面和内井壁管的内表面均设置有防腐涂层。

本发明实施例还提供一种基于松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统的施工方法，该方法为：

步骤1：施工二开结构的地热井，地表往下，一开结构即浅层500m以内为固井段，采用347钻头下钻，下入φ273表层套管，水泥浆固井；二开结构0-2500m采用241钻头下钻，下入177套管至2500m；

步骤2：套管换热器下井，在二开结构的地热井钻孔完毕后，立即下入套管换热器的外管，在套管换热器的内管中，第一节PE管底部加入实心钢管作为配重进行沉井。

上述方案中，所述步骤1中，在一开地层的钻孔时，同步注入比重≥1.08，漏斗粘度≥35s，漏失量≤15ml/30min的钻井液；在负压地层钻井时，进入易塌层前10米之前，将比重1.04-1.06、漏斗粘度30-35s、失水量6-10ml/min、滤液粘度29-31s、矿化度1-2％的的钻井液注入。

与现有技术相比，本发明通过设置回水管、差压溢流管、量表、进水管、差压控制器、高区回水管、第一回水管、回水管、旁通管、高区供水管、高区回水管、地热井回水管、地热井供水管、热泵机组、第二回水管、供水管、地热井水、地热井供水管、地热井回水管、地热井回水管、地热井供水管、地热井井口装置和地热井的配合使用，解决了现有松散泥砂岩地质条件下的无干扰地热井成井工艺，容易造成浅层地下水串层以及浅层地下水污染，危及饮用水安全的问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明局部结构的图1中A的放大图；

图3为本发明局部结构的图1中B的放大图；

图4为本发明局部结构的图1中C的放大图；

图5为本发明局部结构的图1中D的放大图；

图6为本发明局部结构的图1中E的放大图；

图7为本发明局部结构的图1中F的放大图。

图中：1回水管、2差压溢流管、3量表、4进水管、5差压控制器、6高区回水管、7第一回水管、8回水管、9旁通管、10高区供水管、11高区回水管、12地热井回水管、13地热井供水管、14热泵机组、15第二回水管、16供水管、17地热井水泵、18地热井供水管、19地热井回水管、20地热井回水管、21地热井供水管、22地热井井口装置、23地热井、24套管换热器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明中的回水管1、差压溢流管2、量表3、进水管4、差压控制器5、高区回水管6、第一回水管7、回水管8、旁通管9、高区供水管10、高区回水管11、地热井回水管12、地热井供水管13、热泵机组14、第二回水管15、供水管16、地热井水泵17、第一地热井供水管18、第一地热井回水管19、第二地热井回水管20、第二地热井供水管21、地热井井口装置22和地热井23等部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本领域技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

请参阅图1-7，一种基于松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统，包括回水管1和进水管4，回水管1的右侧连通有第二高区回水管11，第二高区回水管11的右侧连通有第一高区回水管6，进水管4的左侧连通有量表3，进水管4的右侧连通有高区供水管10，回水管1和进水管4之间连通有差压溢流管2，第一高区回水管6的右侧分别连通有第一回水管7和回水管8，回水管8远离第一高区回水管6的一侧连通有热泵机组14，第一回水管7远离第一高区回水管6的一侧连通有旁通管9，热泵机组14的底部分别连通有供水管16和第二回水管15，供水管16远离热泵机组14的一侧连通有第一地热井供水管18，第二回水管15远离热泵机组14的一侧连通有第一地热井回水管19，第一地热井回水管19远离第二回水管15的一侧连通有第二地热井回水管20，第一地热井供水管18远离供水管16的一侧连通有第二地热井供水管21，第二地热井回水管20和第二地热井供水管21远离地井回水管19和第一地热井供水管18的一侧设置有地热井井口装置22，地热井井口装置22靠近第二地热井回水管20和第二地热井供水管21的一侧与第二地热井回水管20和第二地热井供水管21连通，地热井井口装置22的底部连通设置在地热井23内的套管换热器24。

所述回水管1、进水管4、第一高区回水管6、旁通管9、高区供水管10、第二高区回水管11、地热井回水管12、地热井供水管13的通径为DN300。

所述差压溢流管2、第一回水管7的通径为DN200。

所述回水管8、第二回水管15、供水管16、第一地热井供水管18、第一地热井回水管19、第二地热井回水管20、第二地热井供水管21的通径为DN150.

旁通管9远离第一回水管7的一侧连通有地热井供水管13，热泵机组14远离回水管8的一侧连通有地热井回水管12。

第二回水管15的外侧设置有地热井水泵17，地热井水泵17靠近第二回水管15的一侧与第二回水管15连通。

差压溢流管2的左侧设置有差压控制器5，差压控制器5靠近差压溢流管2的一侧与差压溢流管2连通，高区供水管10靠近热泵机组14的一侧与热泵机组14连通。

通过设置专用材料和结构的套管换热器，可优化提升井下水动力工况，提升换热孔的取热量；

通过设置热泵机组14，能够匹配中深层地热的换热特性大大提高了机组的能效。

使用时，热泵机组14以地热井23循环水为热源，将地下热能导出供给用户输配系统45℃热水，二次侧输配系统按照45/35℃设计，热源侧和热泵机组14根据公司多年运行经验高效匹配，该系统具备旁路系统，在供热初期地热井温度较高时，由地热井23直供用户，不启动热泵机组14，充分利用地热能供热，在地热井23温度下降到热泵机组14高效运行区间时，启动热泵机组14供热，达到能量梯级利用的效果。

综上所述：该基于松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统，通过设置回水管1、差压溢流管2、量表3、进水管4、差压控制器5、高区回水管6、第一回水管7、回水管8、旁通管9、高区供水管10、高区回水管11、地热井回水管12、地热井供水管13、热泵机组14、第二回水管15、供水管16、地热井水泵17、第一地热井供水管18、第一地热井回水管19、第二地热井回水管20、第二地热井供水管21、地热井井口装置22和地热井23的配合使用，解决了现有松散泥砂岩地质条件下的无干扰地热井成井工艺，容易造成浅层地下水串层以及浅层地下水污染，危及饮用水安全的问题。

所述套管换热器包括内管和外管，所述外管套设在内管的外部，所述内管由若干节PE管依次连接组成，第一节PE管为筛管，并且第一节PE管的底部设置配重管。

所述地热井23包括内井壁管和外井壁管，所述内井壁管与外井壁管连接，所述内井壁管和外井壁管之间设置聚氨酯保温层，能够满足长时间的保温需求，而且聚氨酯材料具有良好的耐磨性、耐老化性和粘合性，可以适用于地热井的使用环境。

所述内井壁管的外表面设置太阳能吸热涂层，由于内井壁管直接接触地热井中的水源，导致其外表面有较高的温度，而太阳能吸热涂层能够较好吸收红外线，从而在内井壁管的外表面形成一个聚热层，降低内井壁管的热量溢出，进一步提高了保温效果。

所述外井壁管的内表面和内井壁管的内表面均设置有防腐涂层。

所述内井壁管、外井壁管均为石油套管材质。采用石油套管材质可以提高井身结构的强度，防止井身坍塌，而且具有较好的耐腐蚀性，可以适用于地热井中复杂的水源环境，延长地热井的使用寿命。

本发明实施例提供一种基于松散泥砂岩地质的中深层无干扰地热供热系统的施工方法，该方法为：

步骤1：施工二开结构的地热井23，地表往下，一开结构即浅层500m以内为固井段，采用347钻头下钻，下入φ273表层套管，水泥浆固井；二开结构0-2500m采用241钻头下钻，下入177套管至2500m；

具体地，所述步骤1中，在一开地层的钻孔时，同步注入比重≥1.08，漏斗粘度≥35s，漏失量≤15ml/30min的钻井液；在负压地层钻井时，进入易塌层前10米之前，将比重1.04-1.06、漏斗粘度30-35s、失水量6-10ml/min、滤液粘度29-31s、矿化度1-2％的的钻井液注入。

采用两开井深结构可有效分隔、封堵浅层地下水层，防止地下水串层污染。

步骤2：套管换热器下井，在二开结构的地热井23钻孔完毕后，立即下入套管换热器的外管，在套管换热器的内管中，第一节PE管底部加入实心钢管作为配重进行沉井。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。