阅读说明：本技术 一种增强换热的方法 (Method for enhancing heat exchange ) 是由 田斌守 邵继新 夏斌 司双龙 冯启彪 蔺瑞山 杨海鸿 王本明 梁斌 雷海涛 于 2020-03-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种增强换热的方法,包括以下步骤：⑴按设计要求钻地热井；⑵在处于地表以下增温层的外层套管的外表面部分涂覆增强换热材料,使其与外层套管形成一个整体,并随外层套管一起下到地热井内；⑶将内层套管放入外层套管中,使内层套管与外层套管形成同轴双层套管；⑷当下管结束后,根据打井时地层含水情况,在外层套管外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水,边观察边注入,使增强换热材料浸水6~8h后开始膨胀再固化；⑸换热介质由外层套管注入,并通过外层套管与地下高温岩体进行换热后,由内层套管输送至地面。本发明以同轴套管的外层套管作用换热管,有效增加了换热管与高温岩体间的接触面积和换热系数,提高了换热效率,并增加了单井的取热量。(The invention relates to a method for enhancing heat exchange, which comprises the following steps of ⑴ drilling a geothermal well according to design requirements, ⑵ coating an enhanced heat exchange material on the outer surface part of an outer sleeve of a temperature raising layer below the ground surface to form a whole with the outer sleeve, and putting the enhanced heat exchange material into the geothermal well along with the outer sleeve, ⑶ putting the inner sleeve into the outer sleeve to form a coaxial double-layer sleeve with the outer sleeve, ⑷ slowly injecting water into a gap between the outer surface of the outer sleeve and a drill hole according to the water containing condition of the underground layer when a well is drilled after the end of the lower sleeve, and observing and injecting the water to ensure that the enhanced heat exchange material is soaked in the water for 6-8 h and then expands and solidifies, ⑸ injecting a heat exchange medium into the outer sleeve, and carrying out heat exchange with underground high-temperature rock mass through the outer sleeve, and then conveying the underground high-temperature rock mass to the ground through the inner sleeve.)

一种增强换热的方法

技术领域

本发明涉及中深层地热能开发利用技术领域，尤其涉及一种增强换热的方法。

背景技术

地热能是一种清洁、无污染的新能源，其储量巨大，分布广泛、具有极大的发展潜力。我国地热资源丰富，以中低温资源为主，我国已发现的水温在25℃以上的热水点(包括温泉、钻孔及矿坑热水)约4000余处，分布广泛。

近年来，随着环境压力的不断增大，地热能利用需求也快速增长，主要有直接利用和间接利用两种方式：直接利用是抽取地下热水利用地热，其存在回灌难、回灌成本高、地下水资源被污染、地基下陷等诸多缺点。而间接利用是通过换热装置将地热能取出利用，间接利用是向地下钻井至一定深度，在井中放入双层套管，外管与井下高温岩体接触，换热介质从外管注入，内管流出，通过换热介质的循环往复源源不断地将地热能输出至地面，是一种“取热不取水”的新技术。根据换热系统内换热介质的温度变化情况，在变温层和恒温层内换热介质温度高于土壤温度，因此为了降低热量损失，要加强这段管道的保温，最大限度降低换热介质内热量向土壤散失；而在增温层内，换热介质温度低于岩层温度，需要将热量从岩层换到换热介质，因此这段管道要增大导热系数，加强换热。但是，由于这种换热系统是先打井再下管道，井下换热管表面与土壤层、高温岩体间很难完全紧密接触，存在间隙，使得保温段内散失热量增大；换热段内岩层与外层套管间换热面积受限，换热阻大，换热效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种增大接触面积、提高换热效率的增强换热的方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种增强换热的方法，包括以下步骤：

⑴按设计要求钻地热井；

⑵在处于地表以下增温层的外层套管的外表面部分涂覆增强换热材料，使其与所述外层套管形成一个整体，并随着所述外层套管一起下到所述地热井内；

⑶将内层套管放入所述外层套管中，使所述内层套管与所述外层套管形成同轴双层套管；

⑷当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在所述外层套管外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使所述增强换热材料浸水6~8h后开始膨胀再固化；

⑸换热介质由所述外层套管注入，并通过所述外层套管与地下高温岩体进行换热后，由所述内层套管输送至地面。

所述步骤⑵中增强换热材料为导热系数大于2.0W/（m.K）的延时膨胀固化材料。

所述步骤⑵由下述方法代替：在处于地表以下增温层的外层套管的外表面部分涂覆增强换热材料，同时在处于地表以下变温层和恒温层的所述外层套管的外表面部分涂覆增强保温材料，使所述增强换热材料、所述增强保温材料与所述外层套管形成一个整体，并随着所述外层套管一起下到所述地热井内。

所述步骤⑷由下述方法代替：当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在所述外层套管外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使所述增强换热材料和增强保温材料浸水6~8h后开始膨胀再固化。

所述增强保温材料为膨胀固化后导热系数小于地表以下土壤导热系数的延时膨胀固化材料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于本发明以同轴套管的外层套管作用换热管，且外层套管的外表面包覆有增强换热材料的增强换热段，同时，增强换热材料为导热系数大于2.0W/（m.K）的延时膨胀固化材料，因此，有效增加了换热管与高温岩体间的接触面积和换热系数，提高了换热效率，并增加了单井的取热量。

2、本发明设有带增强保温材料的保温段，因此，可减小外层套管内换热介质通过地表以下变温层和恒温层段的热量损失，并增强保温性。

附图说明

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的另一个结构示意图。

图中：1-内层套管；2-外层套管；3-增强保温材料；4-增强换热材料；5-高温岩体；6-变温层；7-恒温层；8-增温层；9-保温段；10-增强换热段。

具体实施方式

实施例1 如图1所示，一种增强换热的方法，包括以下步骤：

⑴按设计要求钻地热井；

⑵在处于地表以下增温层8的外层套管2的外表面部分涂覆增强换热材料4，使其与外层套管2形成一个整体，从而构成增强换热段10，并随着外层套管2一起下到地热井内；

⑶将内层套管1放入外层套管2中，使内层套管1与外层套管2形成同轴双层套管；

⑷当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在外层套管2外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使增强换热材料4浸水6~8h后开始膨胀再固化；

⑸换热介质由外层套管2注入，并通过外层套管2与地下高温岩体5进行换热后，由内层套管1输送至地面。

实施例2 如图2所示，一种增强换热的方法，包括以下步骤：

⑴按设计要求钻地热井；

⑵在处于地表以下增温层8的外层套管2的外表面部分涂覆增强换热材料4，从而构成增强换热段10；同时在处于地表以下变温层6和恒温层7的外层套管2的外表面部分涂覆增强保温材料3，从而构成保温段9；使增强换热材料4、增强保温材料3与外层套管2形成一个整体，并随着外层套管2一起下到地热井内；

⑶将内层套管1放入外层套管2中，使内层套管1与外层套管2形成同轴双层套管；

⑷当下管结束后，根据打井时地层含水情况，在外层套管2外表面与钻孔间的缝隙处慢慢注水，边观察边注入，使增强换热材料4和增强保温材料3浸水6~8h后开始膨胀再固化；

⑸换热介质由外层套管2注入，并通过外层套管2与地下高温岩体5进行换热后，由内层套管1输送至地面。

上述实施例1~2中，地表以下依地温梯度分布自上而下依次有变温层6、恒温层7和增温层8。

外层套管2为金属管材。

增强换热材料4为导热系数大于2.0W/（m.K）的延时膨胀固化材料，该材料是指在遇水膨胀延时固化材料（申请号201811381547.5）中添加碳纤维、石墨烯、碳纳米管、铁粉等碳质材料或铁质材料制成。

增强保温材料3为膨胀固化后导热系数小于地表以下土壤导热系数的延时膨胀固化材料，该材料是指在遇水膨胀延时固化材料（申请号201811381547.5）中添加EPS、聚氨酯、酚醛等高效保温材料制成。