一种井下强化换热装置及方法与流程

本发明涉及地热井换热，具体是一种井下强化换热装置及方法。

背景技术：

1、井下换热器是实现“取热不取水”的关键装置，现有的地热井下换热器多为同轴套管式结构，即在内管外部套设一外管，外管内通入低温换热介质，低温换热介质吸收井下的热量后变为中高温换热介质。

2、换热介质在流动的过程中，内管管壁两侧具有较大的温度差，会发生热交换，外侧环形管中的低温介质温度会升高，而降低内管中的热水水温，造成热损失大，导致换热效率低；系统换热以热传导为主，井内流体通过井壁与地层换热，换热面积小，取热效率低，单井换热量无法满足规模化建筑的供热需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种井下强化换热装置及方法，以解决现有的井下换热装置换热效率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种井下强化换热装置，包括强化套管，还包括：

4、注水管，所述强化套管顶部设置有连接管，所述连接管安装在地热井的井口位置，所述连接管顶部设置有顶盖板，所述顶盖板上设置有注水管和出水管，所述强化套管内部设置有上集液腔和下集液腔，所述上集液腔与下集液腔之间设置有蜂窝式螺旋管组，所述上集液腔包括上盖、上集液腔壳体和上集液腔下盖，所述下集液腔包括下集液腔上盖、下集液腔壳体和下集液腔下盖，所述注水管依次穿过上集液腔和下集液腔上盖；

5、强化发生器，所述强化套管与蜂窝式螺旋管组之间设置有强化发生器，所述强化发生器的内外侧均设置有多个突触胶套，所述突触胶套为球体，所述突触胶套内部包覆有空心铁球，所述强化发生器用于产生交变磁场，所述空心铁球在交变磁场的作用下驱动突触胶套运动，所述强化发生器上部设置有接线盒，所述接线盒用于控制强化发生器的开关及信号传输，所述上集液腔上盖外侧设置有多个连接杆，所述连接杆顶部与接线盒底部相连接，所述强化发生器的内侧与连接杆相连接。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

7、在一种可选方案中：所述下集液腔下盖的中心位置设置有连通管，所述连通管底端设置有锥型控制器，所述锥型控制器底部设置有封隔器，所述锥型控制器用于控制换热介质经连通管进入封隔器，所述封隔器用于将套管的上下空间隔开并防止突触胶套乱窜。

8、在一种可选方案中：所述强化套管包括套管上盖、套管内壁、套管内组件、套管外壁、套管外组件和套管下盖，所述强化套管的上下两侧分别设置有套管上盖和套管下盖，所述强化套管的中心位置设置有套管内组件。

9、在一种可选方案中：所述套管内壁与套管外壁之间的空腔充填有套管充填液，所述套管充填液为液氨，能够强化地层中的热量向套管内部的液体传递，所述套管外壁的外侧套设有套管外组件。

10、在一种可选方案中：所述套管内组件与套管外组件均为螺距5mm的翅片，所述套管内组件用于强化套管内侧热量的传递，所述套管外组件用于强化套管外侧热量的传递。

11、在一种可选方案中：所述蜂窝式螺旋管组由多个蜂窝式螺旋管组成，所述上集液腔下盖与蜂窝式螺旋管组的上部直管段相连接，所述蜂窝式螺旋管组的下部直管段与下集液腔上盖相连接。

12、在一种可选方案中：所述注水管依次穿过上集液腔上盖、上集液腔下盖和下集液腔上盖，用于注入换热介质，所述出水管设置在上集液腔上盖上，用于流通被加热后的换热介质。

13、一种井下强化换热装置的使用方法，包括如下步骤：

14、1)将井下强化换热装置沿着井口下降到地层中，保证强化套管的上下两端分别超过强化发生器上下部各三米；

15、2)将突触胶套从井口装置放入强化套管内部，使突触胶套悬浮于强化发生器上部五米的位置；

16、3)通过注水管注入换热介质，换热介质分别流经下集液腔、蜂窝式螺旋管组并到达上集液腔，最后通过出水管将热量携带至地面；

17、4)需要强化地层的热量传递时，打开锥型控制器，增加换热介质的压力，实现封隔器做封后，关闭锥型控制器；

18、5)将换热介质的压力恢复正常，再打开强化发生器，驱动突出胶套运动，进而驱动液体运动，实现强化地层中的热量传递。

19、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

20、本发明提出的井下强化换热装置将进水管和出水管分置，降低换热介质在输运过程中的热损失，采用强化套管增强地层向套管内部流体的热量传递，同时采用高比表面积的蜂窝式螺旋管组和强化发生器增强换热介质从套管内流体吸收热量的能力，解决了传统井下换热装置取热效率低的问题，安装与使用简单方便，提升了换热装置的换热效率。

技术特征：

1.一种井下强化换热装置，包括强化套管，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的井下强化换热装置，其特征在于，所述下集液腔下盖的中心位置设置有连通管，所述连通管底端设置有锥型控制器，所述锥型控制器底部设置有封隔器，所述锥型控制器用于控制换热介质经连通管进入封隔器，所述封隔器用于将套管的上下空间隔开并防止突触胶套乱窜。

3.根据权利要求1所述的井下强化换热装置，其特征在于，所述强化套管包括套管上盖、套管内壁、套管内组件、套管外壁、套管外组件和套管下盖，所述强化套管的上下两侧分别设置有套管上盖和套管下盖，所述强化套管的中心位置设置有套管内组件。

4.根据权利要求3所述的井下强化换热装置，其特征在于，所述套管内壁与套管外壁之间的空腔充填有套管充填液，所述套管充填液为液氨，能够强化地层中的热量向套管内部的液体传递，所述套管外壁的外侧套设有套管外组件。

5.根据权利要求3所述的井下强化换热装置，其特征在于，所述套管内组件与套管外组件均为螺距5mm的翅片，所述套管内组件用于强化套管内侧热量的传递，所述套管外组件用于强化套管外侧热量的传递。

6.根据权利要求1所述的井下强化换热装置，其特征在于，所述蜂窝式螺旋管组由多个蜂窝式螺旋管组成，所述上集液腔下盖与蜂窝式螺旋管组的上部直管段相连接，所述蜂窝式螺旋管组的下部直管段与下集液腔上盖相连接。

7.根据权利要求1所述的井下强化换热装置，其特征在于，所述注水管依次穿过上集液腔上盖、上集液腔下盖和下集液腔上盖，用于注入换热介质，所述出水管设置在上集液腔上盖上，用于流通被加热后的换热介质。

8.一种使用权利要求1-7任一所述的井下强化换热装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种井下强化换热装置及方法，涉及地热井换热技术领域，包括强化套管，还包括：注水管，所述强化套管顶部设置有连接管，所述连接管安装在地热井的井口位置，所述连接管顶部设置有顶盖板，所述顶盖板上设置有注水管和出水管，所述强化套管内部设置有上集液腔和下集液腔，所述上集液腔包括上盖、上集液腔壳体和上集液腔下盖，所述下集液腔包括下集液腔上盖、下集液腔壳体和下集液腔下盖；采用强化套管增强地层向套管内部流体的热量传递，同时采用高比表面积的蜂窝式螺旋管组和强化发生器增强换热介质从套管内流体吸收热量的能力，解决了传统井下换热装置取热效率低的问题，安装与使用简单方便，提升了换热装置的换热效率。技术研发人员：张育平,王振东,刘俊,周聪,杨甫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：技术公布日：2024/7/9