一种地源热井及维保方法与流程

本发明涉及地热能利用，尤其涉及一种地源热井及维保方法。

背景技术：

1、地源热井是一种利用地热资源进行供暖、制冷和提供热水的技术。它利用地下较为稳定的温度作为热源或冷源，通过地热泵系统实现建筑物的供暖、制冷和热水供应。随着相关技术的发展，地热能的应用领域也更加广泛，例如地热发电、工业干燥和水产养殖当中。

2、目前地源热井主要分为开式系统和闭式系统两种，像部分项目中，土地资源有限，因此多数会采用垂直闭式系统，这种系统具有占地面积小的优点，适用于土地资源面积小的区域。

3、现有申请公布号为cn117870180a的发明专利申请，公开了一种中高温地热井同井开式灌采系统及方法，包括地热井体、压水管和抽采管，压水管的上端与水源连接，在压水管上安装有高压水泵，压水管的下端伸入到地热井体的某一深度，抽采管的下端伸入到地热井体的上部，在抽采管的下端安装有抽水泵；

4、此方案中，是将水源压入地热井中，与地热水混合后再进行利用，但由于地热水通常含有若干矿物质及杂质，这导致抽出的水应用范围受限，且无法得到很高的水温。

5、另有授权公告号为cn220135759u的实用新型专利，公开了一种地热资源取热井结构。包括固井套管和取热管，取热管与所述固井套管之间形成环形通道；换热介质沿固井套管的入口流入环形通道内，且与地热井四周的岩层进行换热；

6、此方案与上述方案相同，都是形成了返回式地热能利用结构，但返回式地热能利用结构，普遍存在着热损耗问题，即随着返回水越靠近地面，水温便会降得越低，这造成了大量的热量损耗。

7、现有授权公告号为cn207279994u的实用新型专利，公开了一种地热井内换热器，其提出了针对返回式地热井换热结构的保温方案，即在固井水泥中添加保温添加剂。但此种保温方式施工成本较高，其次不够稳定，这主要是由于地域环境的冻融循环、化学腐蚀等因素，会影响保温添加剂的性能，进而会影响到固井结构的稳定性；

8、同时，像玻化微珠和漂珠等轻质材料，在与水泥混合过程中易出现分层、混合不均匀等问题，造成工艺控制难度大、施工困难的问题。因此亟需对现有地热井保温结构做出改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种结构简单、施工方便，且不易受外界因素影响的地源热井及维保方法，以解决现有地热井保温措施施工难度大、成本高及不够稳定的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一方面，本发明提供了一种地源热井，包括固定套管，固定套管插接在井内，用于加固井壁；

4、还包括外管和内管，外管包括相连接的上段和下段，内管包括相连接的连接段和工作段，其中，

5、上段设置在固定套管内；

6、下段延伸至固定套管外，且下段远离上段的一端密封；

7、连接段设置在上段内，且连接段延伸至井外，上段与连接段之间形成空腔；

8、工作段设置在下段内，且工作段与下段之间具有密封腔室，密封腔室填充有换热介质；

9、连接段和工作段均开设有介质供入流道和介质回流流道，以形成返回式换热结构。

10、在以上技术方案的基础上，优选的，工作段包括多个介质管道和连接壁，其中，

11、多个介质管道呈环形阵列设置，且介质管道与介质管道之间设置有连接壁；

12、以介质管道的截面为基准设定四个象限点，连接壁的侧边连接于介质管道的象限点位置；或，

13、同一介质管道两侧的两个连接壁不对应象限点位置，两个连接壁的一侧，具有介质管道的三个象限点，另一侧具有介质管道的一个象限点；

14、介质管道的内腔为介质供入流道；介质管道与连接壁围合成的中间通道为介质回流流道。

15、在以上技术方案的基础上，优选的，连接段包括多根单管，介质管道以中间通道各与一个单管相连接贯通；

16、与中间通道相连接的单管的内腔，为介质回流流道。

17、在以上技术方案的基础上，优选的，介质管道呈环形阵列设置有六根，中间通道的流通截面积，与六根介质管道的内腔流通截面积相同；或，

18、中间通道的流通截面积，与五根介质管道的内腔流通截面积相同，六根介质管道中，其中一根介质管道安装有温度传感器，并用于注入清理药剂。

19、在以上技术方案的基础上，优选的，还包括清理组件，清理组件包括滑筒和清理机构，其中，

20、滑筒滑动设置在外管的外壁上，清理机构设置在滑筒上；

21、工作段工作时，滑筒和清理机构位于上段的外侧；

22、工作段停止工作时，滑筒和清理机构位于下段的外侧，以对下段的外壁进行清理。

23、在以上技术方案的基础上，优选的，清理组件还包括气囊和流体管路，其中，

24、气囊在滑筒的两端各设置有一个，用于使滑筒与外管之间密封形成清理腔；

25、气囊的一侧设置有贯穿滑筒的充气管路；

26、清理机构为超声换能器；

27、流体管路的一端与滑筒相连接贯通，另一端延伸至井外。

28、在以上技术方案的基础上，优选的，滑筒设置有两个端板，其中，

29、端板在滑筒的两端各设置有一个，且端板与外管滑动配合；

30、气囊呈环形状结构，气囊的一端抵持滑筒和其中一个端板，气囊的另一端抵持外管，且气囊的截面呈弧形状结构。

31、在以上技术方案的基础上，优选的，清理组件还包括壁管和环管，滑筒设置有一个隔板，其中，

32、壁管贴合滑筒的内壁设置，壁管的两端各靠近一个气囊，且壁管的顶端为封闭结构；

33、流体管路靠近壁管的顶端，并与壁管的内腔相连接贯通；

34、环管与壁管的低端相连接贯通，环管与滑筒固定连接并环绕外管，且环管开设有喷孔；

35、隔板位于环管与底侧的气囊之间，且底侧的气囊抵持隔板；

36、流体管路、壁管和环管用于液体的供给和排出，以及气体的供给。

37、在以上技术方案的基础上，优选的，还包括流通阀，空腔内填充有清洗药剂；

38、流通阀设置在空腔内，且流通阀与清理腔相连接贯通；

39、流体管路的另一端与空腔相连接贯通；

40、工作段工作时，滑筒和清理机构位于上段外侧；

41、工作段停止工作时，滑筒和清理机构的局部位于下段外侧，局部位于上段外侧，以通过流通阀与空腔相贯通。

42、一方面，本发明提供了一种上述的地源热井的维保方法，包括以下步骤：

43、s1、在其中一个介质管道中，沿轴向阵列设置若干温度传感器，以检测介质管道不同位置的温度；

44、s2、在检测温度异常时，介质管道不能满足换热要求，此时进行维保；

45、s3、以滑筒带动清理机构滑动，使滑筒和清理机构对应外管的下段；

46、s4、通过清理机构对下段的外壁进行清理，以去除沉积物；

47、s5、清理完毕后，以滑筒带动清理机构滑动，使滑筒和清理机构对应外管的上段；

48、s6、以设置有温度传感器的介质管道供入清理药剂，然后进行水循环，以清理工作介质流道；

49、s7、地源热井重新投入运行。

50、本发明的地源热井及维保方法相对于现有技术具有以下有益效果：

51、(1)通过在外管的内部设置有内管，如此在进行换热时，外管的下段和内管的工作段执行换热工作，在水流经连接段进行回流时，由于连接段位于外管的上段内，因此连接段与上段之间形成了空腔，如此可通过空腔实现保温隔热工作，同时上段与固定套管之间的间隙也可进一步实现保温，以减少热量的流失；且上段的顶部可进行密封，或向空腔内填充保温介质，以进一步的降低热量损耗，如此简化了保温结构，降低了施工难度，同时还不会受到冻融循环及化学腐蚀等因素的影响；

52、(2)工作段与下段之间是通过换热介质进行热交换，如此可避免工作段直接接触地热水，以防止工作段出现腐蚀问题，从而适用于为高标准要求的工作介质进行加热，避免管路破损出现地下水渗入影响工作介质的问题出现；

53、(3)工作段是由多根介质管道和连接壁构成，且介质管道两侧的连接壁，对应介质管道截面的象限点位置，或相对的两个连接壁，一侧有三个介质管道截面的象限点，另一侧则有一个介质管道截面的象限点，这使得介质管道具有更多的面积去接触换热介质，如此可提高热交换效率；同时，此种情况下，可适当增加外管的下段直径，以提高整体换热效率；

54、(4)介质管道设置有多根，在一些实施例中设置有六根，为保证最大换热效率，介质管道与连接壁围合成的中间通道流通截面积，与六根介质管道的内腔流通截面积相同，如此可保证介质的供入和供出效率最大化；在一些场景中，中间通道流通截面积，配置为与五根介质管道的内腔流通截面积相同，如此可空出一根介质管道用于安装温度传感器，以用于温度检测，从而判断本地源热井换热是否稳定，进而方便检修；且空出的介质管道用于注入清理药剂，以对本地源热井的介质流道进行清理；

55、(5)通过在外管上设置有可滑动的清理组件，如此其可实现对下段的定期清理，以避免地热水中矿物结晶影响到换热效率，且可避免干涉到本地源热井的正常换热工作的进行；

56、(6)通过设置流通阀，如此在清理组件进行清理时，可直接经空腔注入清洗药剂，并经流通阀流至清理组件所形成的清理腔内，提高了清洗化学药剂注入的便利性，且可经流体管路配合壁管将清洗后的化学药剂回输至空腔内，并在外界由泵机抽出药剂，如此无需在井内布设大扬程泵机，降低了对井内的空间占用。