[发明专利]一种提取利用地热能的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源利用领域，尤其涉及一种提取利用地热能的装置及方 法。

背景技术

目前，全世界都在寻找绿色能源。太阳能、风能已经较为普及，地热能 也引起了人们的广泛关注。地热资源主要分为水热型和干热岩型，其中，中 高温干热岩地层或高梯度地温地层，在地球上的蕴藏量非常丰富。然而，地 热技术的开发却不尽人意。

因为干热岩不具有渗透性及没有孔隙，储层位置深等特性，目前的技术 多为人为压裂制造地层裂缝，利用注水产出的方法。通常需要多口井配合使 用，例如，在注入井高压注入温度较低的水，使水沿着岩石的人为裂缝流动； 同时在另一位置钻一个或多个井用于回收高温水、汽等。耗费较多、并且存 在着利用效率低、设备复杂、成本高等问题，具体表现在：地热提取效率一 般在1-5％左右，地下换热损失流体率高(大约在7％-12％之间)。因此，急需 一种效率高、结构简单、成本低的地热能提取技术。

发明内容

鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供一种提取利用地热能的装置及 方法，可以用于地下干热岩地区或者地温梯度较高的地区实现地热能的大面 积开发，具有效率高、结构简单、成本低等优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种提取利用地热能的装置，包括：井筒、外管、进液管、出液管和换 热装置；井筒的顶端和底端均开口，并且井筒的底部深入地热源岩层，所述 井筒以及外管内装有第一液体介质；

外管的顶部封闭，底部开口；所述外管套设于井筒内，所述外管通过固 井水泥环与井筒固定，所述外管的上部为换热段，所述外管的中部为保温段， 所述外管的下部为吸热段，所述吸热段位于地热源岩层内；与外管换热段对 应的位置的外侧设有换热装置，所述换热装置内装有第二液体介质；

所述出液管的一端与外管的内部连通，所述出液管的另一端与外部的供 热系统的进液口连接；

所述进液管的下端从外管的顶部伸入至外管底端或底端以下并和第一 液体介质相连通，所述进液管的上端与外部的供热系统的出液口连接。

本发明的有益效果是：在井筒内设置外管，外管中部为保温段，外管的 上部为散热段，外管的下部为吸热段，外管的放置深度，可以根据地热源段 地层井壁岩石的特性决定，如果地热源岩层是高密度致密岩层，井筒非常规 则，外管的底部可以放置在地热源岩层的顶部下方。此种设计可以节约外管 的用量，同时扩大了吸热段的井筒直径，吸热效率可以明显提高。井筒以及 外管内的第一液体介质经地热源岩层高温加热后，部分液体发生相变，成为 蒸汽分子，产生高温蒸汽气流，向井筒的顶部快速上升，由于蒸汽分子处于 紊乱的热运动的状态，和外管的管壁以及第一液体介质的液面发生碰撞，部 分蒸汽分子重新返回至第一液体介质中，随着蒸发的持续进行，外管内的蒸 汽分子密度不断增大，最后达到饱和状态。外管的顶部封闭，使外管内的压 力增大，温度上升。而由于保温段的设置，使得在蒸汽分子传递过程中热损 失几乎为零。饱和蒸汽达到稳定状态后，井筒内第一液体介质的顶部和底部 的温度基本接近。一部分饱和蒸汽的热量传递至散热段时，对换热装置中的 第二液体介质进行加热，第二液体介质加热沸腾之后可用于发电、供热等一 切用于需要热源的场合。还有一部分的饱和蒸汽通过出液管，输送至外部的 供热系统中用于供热。同时，进液管一端与外部的供热系统连接，进液管的 另一端与外管的内部连接，通过进液管的设置使供热系统产生的相对温度较 低的介质(例如水)，再进入至外管内，通过高压泵进行循环利用。

上述过程中，如果加热时间较短，或者地热源岩层的温度不是特别高时， 外管内部经加热后的第一液体介质，可以以液体的形式直接经出液管进入到 供热系统中。

本发明只需要一个井筒、一个进液管、一个出液管、一个外管就可以实 现上述过程，占地面积小；采用外管或裸眼井筒直接使第一液体介质吸收地 热，不需要其他导热物质传递热能，第一液体介质受热表面积大，吸热率明 显增加。

本发明提取地热能的技术，提取地热能在百分之九十以上，热损失在百 分之十以下。

因此，本发明所述的提取利用地热能的装置，具有结构简单、成本低、 产热高等优点。无论是发电或供热，都无需地下水的产出和注入，真正实现 了无污染和零排放。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。