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专利号: 2024109596748
申请人: 河北工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种单井循环式水热型地下取热系统,其特征在于,包括:

竖向井(1);

外环管(2),沿竖向井(1)的井深方向设于竖向井(1)内,且与竖向井(1)同轴设置;外环管(2)的下端设置有至少一个的第一横管(3),第一横管(3)的一端与外环管(2)的下端连通,另一端贯穿竖向井(1)侧壁设于竖向井(1)侧向土层内,第一横管(3)的另一端用于放置于热储的第一含水层内;

内管(4),沿外环管(2)的管长方向布设,且与外环管(2)同轴设置;内管(4)的下端贯穿外环管(2)的下端,且延伸至竖向井(1)的底部,内管(4)的下端设置有至少一个的第二横管(5),第二横管(5)的一端与内管(4)连通,另一端贯穿竖向井(1)侧壁设于竖向井(1)侧向土层内,第二横管(5)的另一端用于放置在含热储水的第二含水层内;第一含水层内位于第二含水层上方,且第一含水层、第二含水层之间为弱透水层;

热泵系统(6),具有热水进口端、冷水出口端,所述热水进口端与内管(4)的上端连接,所述冷水出口端与外环管(2)的上端连接,热泵系统(6)用于与热储水进行热交换;

所述第一横管(3)有多个,多个第一横管(3)沿外环管(2)周向分布且均与外环管(2)连通;

每个所述第一横管(3)远离外环管(2)的端部为封闭状,第一横管(3)靠近端部的侧壁上开设有第一开孔,第一开孔上设置有第一过滤件(30);

所述第二横管(5)有多个,多个第二横管(5)沿内管(4)周向分布且均与外环管(2)连通;

每个所述第二横管(5)远离内管(4)的端部为封闭状,第二横管(5)靠近端部的侧壁上开设有第二开孔,第二开孔上设置有第二过滤件(50)。

2.如权利要求1所述的一种单井循环式水热型地下取热系统,其特征在于,所述第一横管(3)的长度为L1,第二横管(5)的长度为L2,L2<L1。

3.如权利要求1所述的一种单井循环式水热型地下取热系统,其特征在于,还包括伸缩装置(7),所述第一横管(3)为伸缩结构,伸缩装置(7)具有伸缩端,所述伸缩端与第一横管(3)远离外环管(2)的一端连接,伸缩装置(7)用于带动第一横管(3)进行伸缩以调节第一横管(3)的长度。

4.如权利要求3所述的一种单井循环式水热型地下取热系统,其特征在于,所述第一横管(3)包括:基础管(31),一端与外环管(2)的下端连通;

伸缩管(32),滑动套设在基础管(31)远离外环管(2)的一端;

伸缩装置(7)的伸缩端与伸缩管(32)连接,用于带动伸缩管(32)沿基础管(31)的管长方向移动。

5.如权利要求1所述的一种单井循环式水热型地下取热系统,其特征在于,所述第一横管(3)与水平方向之间的夹角为α,则0°≤α≤5°;

第二横管(5)与水平方向之间的夹角为β,则0°≤β≤5°。

6.如权利要求1所述的一种单井循环式水热型地下取热系统,其特征在于,还包括循环泵组(8),分别与外环管(2)、内管(4)连接,用于向外环管(2)提供动力以将热交换后的热储水经过外环管(2)从第一横管(3)排放至第一含水层,循环泵组(8)还用于向内管(4)提供动力以将第二含水层内的热储水由第二横管(5)经过内管(4)提升至热泵系统(6)中。

7.如权利要求6所述的一种单井循环式水热型地下取热系统,其特征在于,所述循环泵组包括:潜水泵(81),其数目与第二横管(5)数目对应,且一一对应设置在第二横管(5)靠近内管(4)的一侧内,潜水泵(81)用于将第二含水层内热储水抽至第二横管(5)内;

提升泵(82),进水口与内管(4)连通,出水口与热泵系统(6)连通,用于将热储水提升至地面;

循环泵(83),进水口与热泵系统(6)连通,出水口与外环管(2)连通,用于将换热后的热储水排放至外环管(2)内。

8.一种单井循环式水热型地下取热方法,其特征在于,利用权利要求书1‑7任一所述地下取热系统进行取热,包括以下步骤:确定地热井钻井位置,钻井,下入竖直套管并进行固定;采用井下转向器在第一横管深度位置所在地层进行侧钻开窗,完成二开钻井作业,下入横向套管;采用井下转向器在第二横管深度位置所在地层进行侧钻开窗,完成二开钻井作业,下入横向套管;

依次下入第二横管(5)、第一横管(3)、内管(4)、外环管(2),并进行保温材料的铺设;对第二横管(5)与内管(4)之间、第一横管(3)与外环管(2)之间依次进行坐封;

将热泵系统(6)与外环管(2)、内管(4)进行连接,完成地面系统的连接固定:运行:热水通过第二横管(5)、内管(4)由第二含水层进入热泵系统(6),热泵系统(6)用于与温度较高热储水进行热交换后供给需侧,并将热交换后温度较低的热储水通过外环管(2)、第一横管(3)注入第一含水层,再经过弱透水层渗透至第二含水层,期间与地层完成充分换热以增加自身温度,补充第二含水层被抽走的水量,维持其温度场、压力场;

重复运行步骤,实现持续取热。