【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地热能开发及应用，涉及地热井系统，具体涉及一种大直径阶梯型中深层地热井系统及其使用方法。
技术介绍
1、地热能作为一种新型能源，具有资源潜力大、无环境污染、不受气候影响、可就地持续利用等优势，是重要的可再生能源之一。随着技术进步及对取热能力要求的进一步提高，目前在使用中深层同轴套管取热技术时，主要存在以下问题：由于地热井井深度增加，已经超过3000m甚至接近4000m，地层温度越来越高，已经超过100℃甚至接近150℃，常规的pe管、pe-rt管、pph管等非金属管已不能满足要求；常规中深层换热型地热井的前期钻井施工费用高，后期使用供能单一，在冬季时，可以利用高品位的地热能进行高效供暖，但在夏季时，由于井下地埋管换热器设计为单一循环通路，不能单独利用浅部温度较低的地层来散热制冷，造成整个地热系统资源不能合理有效尽最大程度利用而大大浪费，同时也造成中深层地热井夏季闲置，利用率很低，投资回收期大幅延长，经济效益欠佳。为此，研发人员致力于开发设计能够将浅部地热资源用于制冷的中深层换热井，但目前设计的装置主要存在以下缺陷：取散热管路内传热介质的流向切换采用活动部件且部署在井下一定深度，导致一旦地热井的活动部件出现故障，无法进行检修，最后导致地热井无法使用；传热介质在取散热管路内流动可能发生中断或热短路，会导致整口地热井制冷能力大幅降低；在制冷工况时，传热介质在地下管路内流动时需要通过导热率仅约0.6w/m·k的水向地层间接散热，而不是直接与导热率通常在1.0～4.0w/m·k之间的地层进行接触散热，造成散热效率低、制冷量小
2、综上所述，亟需研发一种适用于以换热方式在同一地热井中同时开采浅层和中深层地热能的系统，以提高换热效率，扩大应用范围，提高经济效益。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种大直径阶梯型中深层地热井系统及其使用方法，以解决现有技术中阶梯型中深层地热井的供能方式单一且换热效率不高的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
3、一种大直径阶梯型中深层地热井系统，包括位于地下热储层内的中深层地热井，所述中深层地热井内设置有冷热双制供能装置，所中深层地热井内壁上敷设有导热固井材料层，所述中深层换热井包括由上至下同轴连通设置的浅部井段和深部井段，所述浅部井段与深部井段的连接处形成台阶；
4、所述冷热双制供能装置包括同轴连通设置的上部中心管和下部中心管，所述上部中心管外由内向外顺次套设中间管和上部外管，所述下部中心管外套设有下部外管，所述中间管的顶端封闭连接于所述上部中心管外壁，所述上部外管的顶端封闭连接于所述中间管外壁，所述下部中心管的底端开放且悬空；
5、所述上部中心管与中间管之间形成第一环空，所述中间管与上部外管之间形成第二环空，所述下部中心管与下部外管之间形成第三环空；
6、所述下部中心管外套设有中部连接单元，所述中部连接单元包括由下至上连接设置的下部外管悬挂器和中间管底座，所述中间管的底端与中间管底座相连，所述下部外管的顶端与所述下部外管悬挂器相连；
7、所述中间管底座上开设有若干连通第一环空和第二环空的第一过流孔、若干连通第一环空和第三环空的第二过流孔，以及若干连通第一环空与第三环空的第三过流孔；
8、所述上部中心管的上端设置有传热介质出口，所述中间管的上端设置有与所述第一环空连接的第一传热介质进出口，所述上部外管的上端设置有与所述第二环空连接的第二传热介质进出口；
9、所述传热介质出口上连接有第一水平管，所述第一水平管上设置有第一阀门；
10、所述第一传热介质进出口上连接有第二水平管，所述第二水平管上设置有第二阀门；
11、所述第二传热介质进出口上连接有第三水平管，所述第三水平管上设置有第三阀门。
12、本专利技术还具有以下技术特征：
13、具体的，所述下部外管悬挂器下方还设置有上部外管底座，所述上部外管底座设置在所述台阶上，且上部外管底座顶端与上部外管底端相连。
14、更进一步的，所述上部中心管、下部中心管和中间管均为保温管。
15、更进一步的，所述下部外管的上端通过下部外管接箍与所述下部外管悬挂器相连。
16、更进一步的，所述中间管底座包括一体化连接设置的连接段和固定段，所述连接段内壁上设置有用于对中间管进行限位的限位台阶，所述第一过流孔沿周向设置在限位台阶下方的连接段上；所述固定段中间开设有安装孔，所述安装孔内设置有补心，所述补心内穿设所述的下部中心管，所述第二过流孔沿周向布设在安装孔的外围。
17、更进一步的，所述上部中心管和下部中心管均包括多个能够同轴连通设置的中心管单元，相邻中心管单元通过中心管接箍连接。
18、更进一步的，所述高导热固井材料为油井水泥添加高导热的石墨烯或铜、铝等金属粉制成。
19、更进一步的，所述上部外管底座顶部设置有第一锥面，所述下部外管悬挂器下部设置有能够与所述第一锥面相配合的第一贴合面；所述下部外管悬挂器上部设置有第二锥面，所述中间管底座的底部设置有能够与所述第二锥面相配合的第二贴合面。
20、本专利技术还保护一种大直径阶梯型中深层地热井系统的使用方法，所述方法通过上述的大直径阶梯型中深层地热井系统实现；
21、取冷工况下，关闭第一阀门，开启第二阀门和第三阀门，传热介质从第二水平管入口注入，流经第一环空，再经由第一过流孔构成的第一通道、由第二过流孔与第三过流孔构成的第二通道同时流入第二环空，从底部进入下部中心管，经上部中心管，最后经过第三阀门从第三水平管流出；
22、取热高温工况下，关闭第三阀门，开启第一阀门和第二阀门，传热介质从第二水平管入口注入，流经第一环空、第二过流孔，进入第三环空，再流经下部中心管和上部中心管，最后经第一水平管流出；
23、取热低温工况下，关闭第二阀门，开启第一阀门和第三阀门，传热介质从第三水平管入口注入，流经第二环空、第一过流孔、第二过流孔进入第三环空，或者直接经第三过流孔进入第三环空，再流经下部中心管和上部中心管，最后经第一水平管流出。
24、作为优选，取热高温工况下，传热介质温度高于浅部井段底部外地层的温度；取热低温工况下，传热介质温度低于浅部井段底部外地层的温度。
25、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
26、(1)本专利技术系统通过位于地下热储层内的中深层地热井的井身结构、井内传热介质流动管路结构设计和流向切换结构设计，以及井内三层管材结构设计，能够在同一地热井内实现冷热双制，满足制冷工况大流量和供暖工况提取高品位热能的两方面要求，占地面积小，综合能效高，适用范围广，性价比高，推广价值大。
27、(2)本专利技术系统在地热井内没有在出现故障时需要更换的活动部件，确保了传热介质流向切换简单可靠，冷热管路切换能够长期有效。
28、(3)本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大直径阶梯型中深层地热井系统，包括位于地下热储层内的中深层地热井(15)，其特征在于，所述中深层地热井(15)内设置有冷热双制供能装置，所中深层地热井(15)内壁上敷设有导热固井材料层(16)，所述中深层换热井(15)包括由上至下同轴连通设置的浅部井段(151)和深部井段(152)，所述浅部井段(151)与深部井段(152)的连接处形成台阶；
2.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述下部外管悬挂器(6)下方还设置有上部外管底座(11)，所述上部外管底座(11)设置在所述台阶上，且上部外管底座(11)顶端与上部外管(4)底端相连。
3.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述上部中心管(1)、下部中心管(2)和中间管(3)均为保温管。
4.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述下部外管(5)的上端通过下部外管接箍(12)与所述下部外管悬挂器(6)相连。
5.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述中间管底座(7)包括一体化连接
6.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述上部中心管(1)和下部中心管(2)均包括多个能够同轴连通设置的中心管单元，相邻中心管单元通过中心管接箍(14)连接。
7.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述高导热固井材料为油井水泥添加高导热的石墨烯或铜、铝等金属粉制成。
8.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述上部外管底座(11)顶部设置有第一锥面，所述下部外管悬挂器(6)下部设置有能够与所述第一锥面相配合的第一贴合面；所述下部外管悬挂器(6)上部设置有第二锥面，所述中间管底座(7)的底部设置有能够与所述第二锥面相配合的第二贴合面。
9.一种大直径阶梯型中深层地热井系统的使用方法，其特征在于，所述方法通过如权利要求1至权利要求8其中任意一项权利要求所述的大直径阶梯型中深层地热井系统实现；
10.如权利要求9所述的大直径阶梯型中深层地热井系统的使用方法，其特征在于，取热高温工况下，传热介质温度高于浅部井段底部外地层的温度；取热低温工况下，传热介质温度低于浅部井段底部外地层的温度。
...【技术特征摘要】
1.一种大直径阶梯型中深层地热井系统，包括位于地下热储层内的中深层地热井(15)，其特征在于，所述中深层地热井(15)内设置有冷热双制供能装置，所中深层地热井(15)内壁上敷设有导热固井材料层(16)，所述中深层换热井(15)包括由上至下同轴连通设置的浅部井段(151)和深部井段(152)，所述浅部井段(151)与深部井段(152)的连接处形成台阶；
2.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述下部外管悬挂器(6)下方还设置有上部外管底座(11)，所述上部外管底座(11)设置在所述台阶上，且上部外管底座(11)顶端与上部外管(4)底端相连。
3.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述上部中心管(1)、下部中心管(2)和中间管(3)均为保温管。
4.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述下部外管(5)的上端通过下部外管接箍(12)与所述下部外管悬挂器(6)相连。
5.如权利要求1所述的大直径阶梯型中深层地热井系统，其特征在于，所述中间管底座(7)包括一体化连接设置的连接段(74)和固定段(75)，所述连接段(74)内壁上设置有用于对中间管(3)进行限位的限位台阶(741)，所述第一过流孔(71)沿周向设置在限位台阶(741)下方的连接段(74)上；所述固定段(75)...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡振阳，王磊，赵永哲，栗子剑，周乐，党东生，杜丁山，
申请(专利权)人：西安煤科地热能开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。