一种废弃井地热资源利用系统

技术领域

本发明属于地热资源开发利用技术领域，具体涉及一种废弃井地热资源利用系统。

背景技术

目前，我国地热钻井深度多数在2000～3500m，井底温度可达50℃～100℃，每口井投资400～700万元，因水量不足或无水导致地热井报废不计其数；另外，许多油田和盐田资源枯竭，使众多油井和盐井闲置，无法发挥应有作用。目前，对于这些废弃井一般的处置方式为进行封堵，并未将其利用。随着废弃井数量的增多，如何有效利用地下的热能，避免资源浪费成为一个日益突出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废弃井地热资源利用系统，用以解决现有技术中未利用废弃井造成的投资和资源浪费的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种废弃井地热资源利用系统，包括用于在使用时下入废弃井的换热井管，换热井管包括两段，分别为塑料材质的保温段和金属材质的换热段，在使用时保温段位于换热段的上侧；还包括动力装置，用于将通过废弃井的井管与换热井管之间的间隙下入至废弃井的常温水，经过井下高温的地层热交换后，通过换热井管返回至地面。

上述技术方案的有益效果为：本发明的废弃井地热资源利用系统，包括换热井管，换热井管又包括两段，分别是保温段和换热段。利用该系统实现地热资源利用的过程为，常温水(例如地表水或者系统循环水)进入废弃井中，常温水在废弃井井管与换热井管的间隙经过与井下地层进行热交换后，使其温度升高，升温后的热水在动力装置的作用下返回地面系统中，以实现持续换热供暖；当用于温泉康养间歇利用地热资源时，可以通过动力装置进行定时抽取热水。其中，换热段选择金属材质一方面是为了实现引入至废弃井的地表水或者系统循环水的快速热交换，另一方面也是考虑到金属材质耐高温，并且质量相对较重，便于将换热井管下入废弃井；保温段选择塑料材质是为了对升温后的水进行保温，防止其又与靠近地表的温度较低的地层进行热交换又使水的温度下降。该系统通过对废弃井进行再利用，实现了地热资源的利用，同时节约了成本，对我国双碳目标实现和能源结构优化具有重要现实意义。

进一步地，塑料材质选择耐温40℃～60℃的塑料管。

上述技术方案的有益效果为：根据常温水升温后可达到的温度选择保温段，满足实际需求。

进一步地，金属材质为钢材质。

上述技术方案的有益效果为：钢材质耐高温且换热性能好。

进一步地，在井底温度超过60℃的部分所下入的换热段的长度为50～100m。

上述技术方案的有益效果为：根据地层温度梯度变化设置换热段的长度可以达到更高的利用率。

进一步地，换热井管还包括在使用时位于换热段下侧的过滤器，用于对进入换热井管的水进行过滤和增加进水通道。

上述技术方案的有益效果为：可以实现对进入换热井管的水进行杂质去除和增加进水通道。

进一步地，过滤器的本体材质为金属。

进一步地，过滤器的长度是可调节的，且用于根据换热效率和出口温度调节。

上述技术方案的有益效果为：过滤器长度根据实际情况调整，以在达到过滤效果的同时保证最佳的换热效果。

进一步地，系统还包括进水管，用于使常温水经过进水管下入至废弃井。

进一步地，保温段包括两段，分别为上保温段和下保温段，在使用时上保温段位于下保温段的上侧，上保温段的直径大于下保温段。

上述技术方案的有益效果为：根据废弃井的情况适应性设置两段直径不同的保温段。

进一步地，上保温段和下保温段均为PVC-U材质。

上述技术方案的有益效果为：PVC-U材质耐磨性较强热，能消声减震，保温性能好。

附图说明

图1是本发明的废弃井地热资源利用系统的结构图。

附图标记说明：1-进水管，2-废弃井的井管，3-上保温段，4-动力装置，5-下保温段，6-换热段，7-过滤器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

废弃井地热资源利用系统的实施例1：

本实施例的废弃井地热资源利用系统，是为了对废弃井地热资源进行利用。废弃井可以为1000m～3000m无水或水量小的地热井、具有一定深度和温度废弃油井、盐井、油气井等。

包括动力装置和用于在使用时下入废弃井的换热井管。换热井管包括两段，分别为保温段和换热段，且在使用时保温段位于换热段的上侧。动力装置用于提供动力，用于将升温后的热水抽出返出至地面系统中，可选择最为常规的水泵。

其工作过程为，地表水或者系统循环水(均为常温水)进入废弃井中，即进入到废弃井的井管与换热井管之间的间隙，常温水在废弃井井管与换热井管的间隙经过与井下地层进行热交换后，地表常温水温度升高，升温后的热水在动力装置的作用下返回地面系统中，以实现持续换热供暖；当用于温泉康养间歇利用地热水时，可以通过动力装置进行定时抽取热水。

为了实现上一过程，保温段的主要作用是对热水进行保温，防止热水又与比较靠近地表的温度相较较低的环境进行热交换而使热水温度下降，因此保温段选择塑料材料；换热段的主要作用是为了实现热交换，对下入废弃井的常温的地表水或者系统循环水进行快速升温，而且考虑到在塑料材质的保温段较轻不易沉入井下，换热段选择金属材质。这样一来实现了对废弃井的地热资源利用，不仅可以节约巨大的资金，而且对我国双碳目标实现和能源结构优化具有重要现实意义。

废弃井地热资源利用系统的实施例2：

本实施例的废弃井地热资源利用系统，如图1所示，包括进水管1、动力装置4和用于在使用时下入废弃井的换热井管。

进水管1是为了将地表水或者系统循环水(均为常温水)引入废弃井中，即废弃井的井管2与换热井管之间的间隙。

换热井管包括三段，分别为保温段、换热段6和过滤器7，又包括上保温段3和下保温段5，且在使用时从上至下(图1中的方向)分别为上保温段3、下保温段5、换热段6和过滤器7。保温段选择塑料材质，以防止保温段中的水温下降，而且，此处保温段分为上保温段3和下保温段5是因为很多废弃井的直径并不是一成不变的，大多数靠近井口的部分直径较大，远离井口的部分直径较小，因此相应设置保温段为上保温段3和下保温段5，且上保温段3的直径大于下保温段5的直径，以与实际废弃井的情况相对应。而且，塑料材质可选择耐温40℃～60℃的塑料管。换热段6的主要作用是为了实现热交换，对引入的常温水通过地层进行换热，而且考虑到塑料材质的保温段质量较轻不易沉入废弃井中，因此换热段6选择金属材质(例如为钢管)。过滤器7是为了对进入换热井管的水进行过滤，过滤器7同样可选择金属材质，例如设置为钢制过滤管。而且，过滤器7的长度是可调节的，根据换热效率和出口温度增加或减少其长度，以达到最佳的过滤和换热效果。

动力装置4用于提供动力，用于将热水抽出返出至地面系统中，可选择最常规的水泵。

该系统的工作过程为，地表水或者系统循环水(为常温水)通过进水管1进入废弃井中，常温水在废弃井井管与换热井管的间隙经过与井下地层进行热交换后，地表常温水温度升高，升温后的热水在动力装置4的作用下返回地面系统中，图1中的箭头指示了整个水的走向。

该系统的适用范围包括：井底温度范围60～100℃，下部原井管或裸孔直径≥110mm，上部原井管直径≥250mm。相应地，地表常温水在井筒内和井壁周围地层进行热交换后，下部流体温度可提升15～30℃。根据原井管规格，可选择小于1-2级PVC-U塑料井管作为输送热水管道(即保温段)。一般情况，上部泵室段PVC-U井管(即上保温段3)规格为225*10.8mm或250*11.9mm，下部PVC-U井管(即下保温段5)110*5.3mm。当井底温度超过60℃时，可在下部下入50～100m钢管(这么设置是考虑地层温度梯度变化情况来设置钢管长度)。而且，此处上保温段3和下保温段5均选择PVC-U材质，当然，作为其他实施方式，上保温段3可选择PVC材质，下保温段5选择PVC-U材质。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。