一种利用旧井开发地热能的方法与流程

本发明属于地热能开发技术领域，具体的说是一种利用旧井开发地热能的方法。

背景技术：

地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达摄氏7000度，而在80至100公里的深度处，温度会降至摄氏650度至1200度。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。

使用后的地热尾水通常温度已经很低，若直接导入回灌井，特别是在寒冷的冬天，低温尾水很容易引起抽水井的热储降低，从而造成热能的浪费，且回灌过多，容易使地热系统失衡，使得抽水井不能再抽出热水，据此，本发明提出了一种利用旧井开发地热能的方法。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种利用旧井开发地热能的方法，本发明中使用了水力发电机构和加热管，在地热水中的热量被利用后，利用出水管的两端高度差，通过水力发电机构使得地热尾水的势能变成电能，利用电能对加热电阻进行加热，当地热尾水经过加热电阻时被加热，从而使得地热尾水最终携带大量热能回灌到地表水层中，增加了抽水井的热储，延长了抽水井的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种利用旧井开发地热能的方法，包括以下步骤：

s1：选定旧的油井位置，利用射孔法对旧井进行改造，使得改造后的油井分别用来抽取地热水和回灌地热尾水；

s2：从s1中改造后的油井中抽取地热水，利用热交换器和地热水进行热交换，使得地热水的热量被利用；

s3：让s2中使用过的地热尾水流经加热管，利用加热管对地热尾水进行加热，使得地热尾水的温度提高，提高地热储热；

其中，本发明中s2使用的油井包括抽水井和回灌井，所述抽水井内设有抽水泵，所述抽水井的出口处设有热交换器，所述抽水泵与热交换器连接，所述热交换器的底端固定有出水管，所述出水管的另一端通向回灌井，所述出水管远离热交换器的另一端连接有水力发电机构，所述回灌井内固定有集水槽，所述集水槽底端固定有加热管，所述加热管内壁固定有加热电阻，所述加热管与水力发电机构连接，所述回灌井内设有控制器，控制器用于控制水力发电机构工作，工作时，随着地热开发利用的不断发展，抽水井的数量和抽水量都逐年增加，有的地方已达到甚至超过资源评价所限定的抽水量极限，大量抽水而不回灌，势必造成水位持续下降，井的使用寿命将减少，不利于地热的持续发展，为解决这一问题，通常需要单独设置回灌井，而建造与维护回灌井的成本较高，且使用后的地热尾水通常温度已经很低，若直接导入回灌井，特别是在寒冷的冬天，低温尾水很容易引起地热的热储降低，从而造成热能的浪费，若回灌过多，容易使地热系统失衡，使得抽水井无法抽得热水，所以，通过对旧井进行改造，使得旧井能废物利用，减少了回灌井的建造成本，使用时，利用射孔技术将旧的油井打穿，使得油井进入到地下恒温含水层，接着利用抽水泵从地下恒温含水层中抽出地热水，将抽出来的地热水与热交换器之间进行热量交换，从而利用地热水中的热量，使用过后的地热尾水从出水管中流向回灌井，在地热尾水移动的过程中势必会经过水力发电机构，水力发电机构包括水轮机和发电机等结构，当地热尾水由抽水井处流至回灌井处时，地热尾水将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能，水力发电机构产生的电能储存在蓄电池中，接着蓄电池利用电能对加热电阻进行加热，当地热尾水从出水管中流入加热管中后，加热电阻可以对地热尾水进行加热，使得地热尾水的温度提高，增加了地热尾水中的热能，经加热的地热尾水经回灌井进入到地下恒温含水层上方的地表水体中，实现地热尾水的回灌，本发明通过抽水井和回灌井的设置，能对废弃油井进行利用，节约了成本，同时，利用地热尾水发电，并用发出的电力发热并反作用于地热尾水，使得地热尾水的温度提高，增加了地热尾水的热能，回灌的地热尾水能提高抽水井的水位和热储，从而延长了抽水井的使用寿命，有利于地热的持续发展。

优选的，所述加热管为螺旋状结构，加热电阻内壁设有半圆凸起，工作时，因水的流速快，水的比热容大，加热电阻难以快速的将地热尾水加热，使得地热尾水加热不均，从而使得加热电阻的热能不能被充分利用，造成热量的损失，而在加热电阻的内壁设有半圆凸起，当地热尾水流经加热管时，加热电阻上的半圆凸起能对地热尾水进行阻挡，使得地热尾水的流向产生变化，一方面，使得地热尾水在加热管内产生乱流，从而使得地热尾水更好的与加热电阻接触，地热尾水可以被更均匀的加热，另一方面，地热尾水在撞击到凸起时，速度会下降，使得地热尾水流经加热管的时间增加，能被加热电阻加热的更加充分，提高了地热尾水的温度，能更多的增加地热尾水的热能，从而提高地热储能。

优选的，所述加热管外壁设有隔热层，隔热层采用隔热棉材料制成，隔热棉材料外侧涂有防水涂料，工作时，回灌井内空气湿度高，加热电阻在工作时，会使得加热管发热，此时加热管的外壁与空气接触，一方面，加热管上的热量会散发到空气中，造成热能的损失，降低加热效率，另一方面，潮湿的空气会导致加热管外壁发生锈蚀，减少了加热管的使用寿命，隔热棉能减少甚至隔绝加热管上热量的散失，节约了热能，提高了加热电阻对地热尾水的加热效率，而防水涂料能隔绝加热管与空气的接触，避免加热管的锈蚀现象发生，延长了加热管的使用寿命，直接延长了回灌井的使用寿命。

优选的，所述加热管内设有两个以上的加热片，加热片为螺旋状结构，加热片具有柔韧性，加热片与加热电阻连接，工作时，因地热尾水经过加热管时，只有接触到加热电阻内壁才能被加热，使得地热尾水的中间部分加热程度不高，从而造成地热尾水加热不均匀，设置的加热片与加热电阻连接，当地热尾水流经加热管时，加热片能对地热尾水中间部分进行加热，使得地热尾水被更均匀的加热，也使得地热尾水在流经加热管后温度更高，携带的热能更多，从而能够增加地热储能，同时，加热片具有柔韧性，使得地热尾水在冲击到加热片时，加热片能对地热尾水形成回弹冲击，使得地热尾水充分与加热片接触，增大地热尾水与加热片的接触几率，能提高地热尾水的加热效率。

优选的，所述加热片呈波浪形设置，相邻波浪的波峰之间距离为10～15cm，工作时，因地热尾水流速过快，造成地热尾水经过加热管后加热程度不够，会浪费加热电阻和加热片上的热能，所以波浪形加热片的设置，一方面能对地热尾水的流动造成阻挠，使得地热尾水在加热管内不规则运动，从而使得地热尾水充分与加热片接触，提高地热尾水的加热效率，相邻波浪的波峰之间距离为10～15cm，使得加热片对地热尾水的干扰效果最好，另一方面，波浪形的加热片能增加加热片的表面积，使得加热片与地热尾水的接触面积更高，进而提高地热尾水的加热效率。

优选的，所述加热管内设有温度传感器，回灌井内固定有酸罐，酸罐内装有醋酸，酸罐底端设有罐塞，罐塞底端固定有铁块，罐塞顶端连接有浮体，酸罐底端固定有电磁铁，电磁铁、温度传感器均与控制器连接，工作时，若长时间工作，地热尾水中的有机物质会残留在加热片上形成水垢，从而影响加热片的加热效率，设置的温度传感器能测得加热管内的地热尾水的温度，当地热尾水的温度下降，说明地热尾水的加热程度不够，可能原因就是加热片表面形成水垢，影响了加热片的加热效率，设置的酸罐内装有醋酸，在加热管内的温度传感器感应到地热尾水的温度下降后，发送信号给控制器，使得控制器控制电磁铁工作，电磁铁吸附铁块，使得罐塞下降，侧使得酸罐内的醋酸倒下并流入加热管内，对加热管内的加热片进行清洗，清洗时，醋酸会和水垢进行反应，最终消除水垢，清洗完成后，控制器关闭电磁铁，此时浮体会上浮，带动罐塞上升并堵住酸罐，使得醋酸不再倒出，在进行清洗后，加热片的表面更加干净，磁石加热片的加热效率更高，清洗延长了加热片的使用寿命，也提高了地热尾水的加热效率。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的一种利用旧井开发地热能的方法，本发明使用了水力发电机构和加热电阻，在地热尾水经过水力发电机构后水力发电机构产生电能，产生的电能对加热电阻进行加热，在地热尾水经过加热管时，加热电阻能对地热尾水进行加热，使得地热尾水温度提高，避免抽水井的热储降低情况发生。

2.本发明所述的一种利用旧井开发地热能的方法，利用旧井改造成地热井，不仅节约了成本，也使得报废资产得到再次利用。

3.本发明所述的一种利用旧井开发地热能的方法，通过出水管的设置，让地热尾水能自动流向回灌井，不需要额外的动力，节约了能源的同时能产生能源。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中抽水井和回灌井的工作示意图；

图3是图2中a处的剖视图；

图4是图3中b处局部放大图；

图5是加热管的三维图；

图6是加热片的三维图；

图中：抽水井1、回灌井2、抽水泵3、热交换器4、水力发电机构5、集水槽6、加热管7、加热电阻8、半圆凸起9、隔热层10、加热片11、酸罐12、罐塞13、铁块14、浮体15、电磁铁16。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图6所示，本发明所述的一种利用旧井开发地热能的方法，包括以下步骤：

s1：选定旧的油井位置，利用射孔法对旧井进行改造，使得改造后的油井分别用来抽取地热水和回灌地热尾水；

s2：从s1中改造后的油井中抽取地热水，利用热交换器和地热水进行热交换，使得地热水的热量被利用；

s3：让s2中使用过的地热尾水流经加热管，利用加热管对地热尾水进行加热，使得地热尾水的温度提高，提高地热储热；

其中，本发明中s2使用的油井包括抽水井1和回灌井2，所述抽水井1内设有抽水泵3，所述抽水井1的出口处设有热交换器4，所述抽水泵3与热交换器4连接，所述热交换器4的底端固定有出水管，所述出水管的另一端通向回灌井2，所述出水管远离热交换器4的另一端连接有水力发电机构5，所述回灌井2内固定有集水槽6，所述集水槽6底端固定有加热管7，所述加热管7内壁固定有加热电阻8，所述加热管7与水力发电机构5连接，所述回灌井2内设有控制器，控制器用于控制水力发电机构5工作，工作时，随着地热开发利用的不断发展，抽水井的数量和抽水量都逐年增加，有的地方已达到甚至超过资源评价所限定的抽水量极限，大量抽水而不回灌，势必造成水位持续下降，井的使用寿命将减少，不利于地热的持续发展，为解决这一问题，通常需要单独设置回灌井，而建造与维护回灌井的成本较高，且使用后的地热尾水通常温度已经很低，若直接导入回灌井，特别是在寒冷的冬天，低温尾水很容易引起地热的热储降低，从而造成热能的浪费，若回灌过多，容易使地热系统失衡，使得抽水井无法抽得热水，所以，通过对旧井进行改造，使得旧井能废物利用，减少了回灌井的建造成本，使用时，利用射孔技术将旧的油井打穿，使得油井进入到地下恒温含水层，接着利用抽水泵3从地下恒温含水层中抽出地热水，将抽出来的地热水与热交换器4之间进行热量交换，从而利用地热水中的热量，使用过后的地热尾水从出水管中流向回灌井2，在地热尾水移动的过程中势必会经过水力发电机构5，水力发电机构5包括水轮机和发电机等结构，当地热尾水由抽水井1处流至回灌井2处时，地热尾水将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能，水力发电机构5产生的电能储存在蓄电池中，接着蓄电池利用电能对加热电阻8进行加热，当地热尾水从出水管中流入加热管7中后，加热电阻8可以对地热尾水进行加热，使得地热尾水的温度提高，增加了地热尾水中的热能，经加热的地热尾水经回灌井2进入到地下恒温含水层上方的地表水体中，实现地热尾水的回灌，本发明通过抽水井1和回灌井2的设置，能对废弃油井进行利用，节约了成本，同时，利用地热尾水发电，并用发出的电力发热并反作用于地热尾水，使得地热尾水的温度提高，增加了地热尾水的热能，回灌的地热尾水能提高抽水井1的水位和热储，从而延长了抽水井1的使用寿命，有利于地热的持续发展。

作为本发明的一种具体实施方式，所述加热管7为螺旋状结构，加热电阻8内壁设有半圆凸起9，工作时，因水的流速快，水的比热容大，加热电阻8难以快速的将地热尾水加热，使得地热尾水加热不均，从而使得加热电阻8的热能不能被充分利用，造成热量的损失，而在加热电阻8的内壁设有半圆凸起9，当地热尾水流经加热管7时，加热电阻8上的半圆凸起9能对地热尾水进行阻挡，使得地热尾水的流向产生变化，一方面，使得地热尾水在加热管7内产生乱流，从而使得地热尾水更好的与加热电阻8接触，地热尾水可以被更均匀的加热，另一方面，地热尾水在撞击到凸起时，速度会下降，使得地热尾水流经加热管7的时间增加，能被加热电阻8加热的更加充分，提高了地热尾水的温度，能更多的增加地热尾水的热能，从而提高地热储能。

作为本发明的一种具体实施方式，所述加热管7外壁设有隔热层10，隔热层10采用隔热棉材料制成，隔热棉材料外侧涂有防水涂料，工作时，回灌井2内空气湿度高，加热电阻8在工作时，会使得加热管7发热，此时加热管7的外壁与空气接触，一方面，加热管7上的热量会散发到空气中，造成热能的损失，降低加热效率，另一方面，潮湿的空气会导致加热管7外壁发生锈蚀，减少了加热管7的使用寿命，隔热棉能减少甚至隔绝加热管7上热量的散失，节约了热能，提高了加热电阻8对地热尾水的加热效率，而防水涂料能隔绝加热管7与空气的接触，避免加热管7的锈蚀现象发生，延长了加热管7的使用寿命，直接延长了回灌井2的使用寿命。

作为本发明的一种具体实施方式，所述加热管7内设有两个以上的加热片11，加热片11为螺旋状结构，加热片11具有柔韧性，加热片11与加热电阻8连接，工作时，因地热尾水经过加热管7时，只有接触到加热电阻8内壁才能被加热，使得地热尾水的中间部分加热程度不高，从而造成地热尾水加热不均匀，设置的加热片11与加热电阻8连接，当地热尾水流经加热管7时，加热片11能对地热尾水中间部分进行加热，使得地热尾水被更均匀的加热，也使得地热尾水在流经加热管7后温度更高，携带的热能更多，从而能够增加地热储能，同时，加热片11具有柔韧性，使得地热尾水在冲击到加热片11时，加热片11能对地热尾水形成回弹冲击，使得地热尾水充分与加热片11接触，增大地热尾水与加热片11的接触几率，能提高地热尾水的加热效率。

作为本发明的一种具体实施方式，所述加热片11呈波浪形设置，相邻波浪的波峰之间距离为10～15cm，工作时，因地热尾水流速过快，造成地热尾水经过加热管7后加热程度不够，会浪费加热电阻8和加热片11上的热能，所以波浪形加热片11的设置，一方面能对地热尾水的流动造成阻挠，使得地热尾水在加热管7内不规则运动，从而使得地热尾水充分与加热片11接触，提高地热尾水的加热效率，相邻波浪的波峰之间距离为10～15cm，使得加热片11对地热尾水的干扰效果最好，另一方面，波浪形的加热片11能增加加热片11的表面积，使得加热片11与地热尾水的接触面积更高，进而提高地热尾水的加热效率。

作为本发明的一种具体实施方式，所述加热管7内设有温度传感器，回灌井2内固定有酸罐12，酸罐12内装有醋酸，酸罐12底端设有罐塞13，罐塞13底端固定有铁块14，罐塞13顶端连接有浮体15，酸罐12底端固定有电磁铁16，电磁铁16、温度传感器均与控制器连接，工作时，若长时间工作，地热尾水中的有机物质会残留在加热片11上形成水垢，从而影响加热片11的加热效率，设置的温度传感器能测得加热管7内的地热尾水的温度，当地热尾水的温度下降，说明地热尾水的加热程度不够，可能原因就是加热片11表面形成水垢，影响了加热片11的加热效率，设置的酸罐12内装有醋酸，在加热管7内的温度传感器感应到地热尾水的温度下降后，发送信号给控制器，使得控制器控制电磁铁16工作，电磁铁16吸附铁块14，使得罐塞13下降，侧使得酸罐12内的醋酸倒下并流入加热管7内，对加热管7内的加热片11进行清洗，清洗时，醋酸会和水垢进行反应，最终消除水垢，清洗完成后，控制器关闭电磁铁16，此时浮体15会上浮，带动罐塞13上升并堵住酸罐12，使得醋酸不再倒出，在进行清洗后，加热片11的表面更加干净，磁石加热片11的加热效率更高，清洗延长了加热片11的使用寿命，也提高了地热尾水的加热效率。

工作时，随着地热开发利用的不断发展，地热井的数量和抽水量都逐年增加，有的地方已达到甚至超过资源评价所限定的抽水量极限，大量抽水而不回灌，势必造成水位持续下降，井的使用寿命将减少，不利于地热的持续发展，为解决这一问题，通常需要单独设置回灌井，建造与维护的成本较高，且使用后的地热尾水通常温度已经很低，若直接导入回灌井，特别是在寒冷的冬天，低温尾水很容易引起地热井热储降低，从而造成热能的浪费，若回灌过多，容易使地热系统失衡，使得地热田不再产能，所以，通过对旧井进行改造，使得旧井能废物利用，减少了回灌井的建造成本，使用时，利用射孔技术将旧的油井打穿，使得油井进入到地下恒温含水层，接着利用抽水泵3从地下恒温含水层中抽出地热水，将抽出来的地热水与热交换器4之间进行热量交换，从而利用地热水中的热量，使用过后的地热尾水从出水管中流向回灌井2，当地热尾水经过水力发电机构5时，水力发电机构5能产生电能，水力发电机构5产生的电能储存在蓄电池中，接着蓄电池利用电能对加热电阻8进行加热，当地热尾水从出水管中流入加热管7中后，加热电阻8可以对地热尾水进行加热，使得地热尾水的温度提高，增加了地热尾水中的热能，经加热的地热尾水经回灌井2进入到地下恒温含水层上方的地表水体中，实现地热尾水的回灌，本发明通过抽水井1和回灌井2的设置，能对废弃油井进行利用，节约了成本，同时，利用地热尾水发电，并用发出的电力发热并反作用于地热尾水，使得地热尾水的温度提高，增加了地热尾水的热能，回灌的地热尾水能提高地热井的水位和热储，从而延长了地热井的使用寿命，有利于地热的持续发展。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。