一种气驱型深井地热地埋管换热器的制作方法

1.本实用新型属于地热能开发技术领域，涉及“非取水型”地热资源开发利用的一种气驱型深井地热地埋管换热器。


背景技术：

2.中深层地热资源开发利用是目前地热资源开发利用最主要的领域，而深井换热技术是最环保的开发利用方式。目前许多城市环保政策不允许抽取地下水，这一“取热不取水”的深井换热技术也成为了地热行业发展利用的必然趋势。但是，目前最常用的深井换热器(又叫中深层地热地埋管)，换热成本高，换热效率低下，严重阻碍了这一技术大范围的推广利用。因此，研发并使用高效低成本的换热器成为这一技术突破发展的主要目标和方向。
3.国内目前换热器的研究刚刚起步，结构设置较为简单，未见有气驱热交换装置，国内外目前深井换热器均采用注水泵，水体经过在井下循环加热后返回至地面的开发利用方式。已有的深井换热器以同心管(又叫同轴套管)深井换热器最为常见常用，即在常见的井管内部加一个空心内管，内管直接深入井管的方式，将水从内、外管间的环状间隙注入井中，再由内管内部自井底抽至地面利用。内管至井底的距离目前缺少科学结论，常见内管距井底几十米，也有企业工程项目采用几百米甚至上千米，深井深度大，故内管深度也较大，耐温要求极高，使得内管必须选用造价昂贵的石油钢管，但是石油钢管导热性能较好，近地表部分导致极大的热能浪费，近井口段选取真空保温钢管，造价极其昂贵。由于深井深度较大，内管至井底使得循环水泵需要极大的泵压才能将水从外管注入循环一周后从内管取出，耗电量大；同时目前钻井技术经验，为防止沉渣影响，一般采用内管至井底几十米或更大的距离来设置，有的为节约成本设置距离井底1000米甚至更大，使得井底无内管部分水体流速较低，深部热量无法充分交换，降低换热量，导致资源浪费，钻井成本浪费。


技术实现要素：

4.针对上述背景技术的阐述，本实用新型提出一种气驱型深井地热地埋管换热器，改进了目前中深层地热地埋管换热成本高的技术问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种气驱型中深层地热地埋管换热器，包括进水外管，出水内管和注气杆，所述出水内管位于进水外管内部，所述出水内管内部设置注气杆，所述出水内管长度小于注气杆，所述注气杆底部为排气口，排气口端部直至井底附近。
7.上述技术方案中，所述进水外管选用钻井用的石油钢管，出水内管选用pe管，注水杆整体为满足工程要求的密实细管，以密实细钢管尤佳。
8.上述技术方案中，所述出水内管与注水杆的长度差为：井深深度
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排气口端部至井底距离深度-内管深度。
9.上述技术方案中，还包括热泵、空压机、水泵，出水内管通过管路顺序连接水泵、排气阀，排气阀连接热泵，热泵通过管路连接进水外管，空压机连接注气杆，考虑钻井专业沉
渣等的影响深度，设置至井底距离一般为30米—50米。
10.本实用新型加入注气装置，增大不同层位水体的扰动，利用空气对深部水的扰动，使得热传递更加快速，提高热交换率，可极大的节约成本，提高采热效率；减小内管深度，无须考虑出水内管的耐高温性，降低管材材料的需求，极大的降低成本，还可以极大的降低循环泵压的需求，降低水泵的需求规格，运行过程中节省耗电量，极大的节约初装成本。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1是本实用新型的结构示意图；
13.图2是本实用新型纵向水平示意图；
14.其中，1进水外管，2出水内管，3注气杆，31排气口，4热泵， 5空压机，6水泵，7排气阀，8用户端。
具体实施方式
15.下面将结合本实用新型专利的附图，对本实用新型专利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实用新型专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型专利保护的范围。
16.根据图1—图2所示，作为实施例所示的一种气驱型深井地热地埋管换热器，包括进水外管，出水内管和注气杆，还包括热泵、空压机、水泵，进水外管选用钻井用的石油钢管，出水内管选用隔热性能良好，防腐蚀的pe管，注水杆整体为密实细钢管。
17.出水内管位于进水外管内部，出水内管通过管路顺序连接水泵、排气阀，排气阀连接热泵，热泵通过管路连接进水外管，出水内管内部设置注气杆，空压机连接注气杆，出水内管长度小于注气杆，注气杆底部为排气口，排气口端部直至井底，考虑钻井专业沉渣等的影响深度，设置至井底距离一般为30米—50米；出水内管与注水杆的长度差为：井深深度-排气口端部至井底距离深度-内管深度，即为：井深-(30—50)米-内管深度，因为井深越大，内管与注水杆之间的长度差越大，这一类型换热器效果越好。内管深度的确定综合考虑内管最佳保温深度及pe管最大耐受温度(一般为80℃)地层深度，当最佳保温深度大于最大耐受温度时选用最大耐受温度地层深度，反之选最佳保温深度。
18.具体换热过程，钻井下进水外管并固井，下出水内管，下注水杆，注水、注气和采水，所使用的设备可以采用现有技术的换热技术和设备，如热泵、空压机、水泵，通过空压机向井内注入空气，增大不同层位水体的扰动，水泵和热泵完成换热，通过热泵将所换得的热能输送到用户端，本实用新型的技术方案，注气装置的加入，增大不同层位水体的扰动，提高热交换率，同时可以极大的节约出水内管的使用长度，降低出水内管耐温抗压需求，不考虑耐温抗压的前提下，可以选购成本较低且保温效果良好的pe内管，比起出水内管选用高规格钢管，且近井口端选用造价昂贵的保温管的现有技术中，本技术方案极大的降低成本，
同时，出水内管长度的减小可以极大的降低循环泵压的需求，降低水泵的需求规格，运行过程中节省耗电量，极大的节约初装成本。
19.以上所述，仅为本实用新型专利的具体实施方式，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型专利的保护范围之内。因此，本实用新型专利的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。


技术特征：
1.一种气驱型深井地热地埋管换热器，其特征在于：包括进水外管，出水内管和注气杆，所述出水内管位于进水外管内部，所述出水内管内部设置注气杆，所述出水内管长度小于注气杆，所述注气杆底部为排气口，排气口端部直至井底附近。2.根据权利要求1所述一种气驱型深井地热地埋管换热器，其特征在于：排气口端部至井底距离为30米—50米。3.根据权利要求1或2所述一种气驱型深井地热地埋管换热器，其特征在于：所述出水内管与注水杆的长度差为：井深深度-排气口端部至井底距离深度-内管深度。4.根据权利要求3所述一种气驱型深井地热地埋管换热器，其特征在于：所述进水外管选用钻井用的石油钢管，出水内管选用pe管，注水杆整体为密实钢管。5.根据权利要求4所述一种气驱型深井地热地埋管换热器，其特征在于：还包括热泵、空压机、水泵，出水内管通过管路顺序连接水泵、排气阀，排气阀连接热泵，热泵通过管路连接进水外管，空压机连接注气杆。

技术总结
本实用新型提供一种气驱型深井地热地埋管换热器，包括进水外管，出水内管和注气杆，出水内管位于进水外管内部，出水内管通过管路顺序连接水泵、排气阀，排气阀连接热泵，热泵通过管路连接进水外管，出水内管内部设置注气杆，空压机连接注气杆，出水内管长度小于注气杆，注气杆底部为排气口，排气口端部直至井底。本实用新型加入注气装置，增大不同层位水体的扰动，利用空气对深部水的扰动，使得热传递更加快速，提高热交换率，提高采热效率；减小出水内管长度，降低出水内管保温、耐高温需求，降低初装成本；降低循环泵压的需求，降低水泵的需求规格，运行过程中节省耗电量，节约初装成本。节约初装成本。节约初装成本。


技术研发人员：韩元红 张廷会 张育平 付德亮 张晓宏 薛宇泽 陶鹏飞
受保护的技术使用者：陕西省煤田地质集团有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/4/29