阅读说明：本技术 一种无负压地热回灌系统及回灌方法 (Negative-pressure-free geothermal recharging system and recharging method ) 是由 刘瑞军 汪浩 卢星辰 李笑天 王洪亮 王荣康 秦玉净 于 2020-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无负压地热回灌系统及回灌方法,其中回灌系统包括稳流罐和氮气补偿装置,所述稳流罐的上部设置有稳流罐压力表,所述稳流罐的进口连接地热尾水进口,所述地热尾水进口和稳流罐的进口之间设置有第一流量计,所述稳流罐的出口连接地热回灌井,所述地热回灌井的井口处设置有密封回灌井口装置和井口压力表,所述稳流罐的出口和地热回灌井之间的依次设置有第一电控阀和第二流量计,所述氮气补偿装置通过氮气补偿管线分别连接至稳流罐内和地热回灌井内,本发明通过设置稳流罐将地热尾水进口处不稳定的压力转化为稳流罐内可控的压力,通过氮气补偿装置调节稳流罐与地热回灌井内的压力平衡,从而保证回灌系统稳态运行。(The invention discloses a negative-pressure-free geothermal recharging system and a recharging method, wherein the recharging system comprises a steady flow tank and a nitrogen compensating device, the upper part of the steady flow tank is provided with a steady flow tank pressure gauge, the inlet of the steady flow tank is connected with a geothermal tail water inlet, a first flowmeter is arranged between the geothermal tail water inlet and the inlet of the steady flow tank, the outlet of the steady flow tank is connected with a geothermal recharging well, the well head of the geothermal recharging well is provided with a sealed recharging well head device and a well head pressure gauge, a first electric control valve and a second flowmeter are sequentially arranged between the outlet of the steady flow tank and the geothermal recharging well, the nitrogen compensating device is respectively connected into the steady flow tank and the geothermal recharging well through a nitrogen compensating pipeline, the unstable pressure at the geothermal tail water inlet is converted into controllable pressure in the steady flow tank through the steady flow tank, the pressure balance between the steady flow tank and the geothermal recharging well is adjusted through the nitrogen compensating device, thereby ensuring the steady-state operation of the recharging system.)

一种无负压地热回灌系统及回灌方法

技术领域

本发明涉及地热开发领域，尤其是一种无负压地热回灌系统及回灌方法。

背景技术

地热尾水回灌是指将利用后温度下降的地热流体通过回灌井重新注入热储层的一项技术。地热尾水回灌对延长热田使用寿命、减少供热尾水排放对环境污染、预防因开采而引起地面沉降具有十分重要的意义。

按照流体注入储层的压力方式不同，地热尾水回灌方式可分为加压回灌和负压回灌。当回灌井含水层渗透性较差，地层吸水能力不能满足实际回灌需求时，依靠外力作用在回灌系统中增加压力，从而补偿地层的自然吸水能力，满足回灌需求。

当回灌井含水层渗透性较强，如岩溶裂隙型地热回灌井，该类型地热储层吸水能力往往远大于实际回灌需求，此时则采用负压回灌方式。由于负压回灌时，地层吸水能力大于系统尾水流量，常常造成供暖系统内形成真空柱，一方面影响供暖效果，另一方面对地热动态监测带来困难，比如回灌流量监测误差较大。由于常规的负压抑制器会导致空气进入回灌系统，进而导致回灌尾水水质发生变化，堵塞回灌通道，所以急需一种装置来保证回灌系统内压力平衡。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种无负压地热回灌系统及回灌方法，通过设置稳流罐将地热尾水进口处不稳定的压力转化为稳流罐内可控的压力，通过氮气补偿装置调节稳流罐与地热回灌井内的压力平衡，从而保证回灌系统稳态运行。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种无负压地热回灌系统，包括设置于地面上的稳流罐和氮气补偿装置，所述稳流罐的上部设置有稳流罐压力表，所述稳流罐的进口通过回灌管线连接地热尾水进口，所述地热尾水进口和稳流罐的进口之间的回灌管线上设置有第一流量计，所述稳流罐的出口通过回灌管线连接设置于地下的地热回灌井，所述地热回灌井的井口处设置有密封回灌井口装置和井口压力表，所述回灌井口装置上设置有井口压力表的安装口和回灌管线的安装口，所述稳流罐的出口和地热回灌井之间的回灌管线上依次设置有第一电控阀和第二流量计，所述氮气补偿装置通过氮气补偿管线分别连接至稳流罐内和地热回灌井内，所述氮气补偿装置和稳流罐之间的氮气补偿管线上设置有第二电控阀，所述所述氮气补偿装置和地热回灌井之间的氮气补偿管线上设置有第三电控阀，所述氮气补偿装置、稳流罐压力表、第一流量计、井口压力表、第一电控阀、第二流量计、第二电控阀和第三电控阀分别电性连接PLC中央控制器。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述密封回灌井口装置采用法兰与地热回灌井的井口连接且连接处密封处理。

本发明技术方案的进一步改进在于：一种带无负压地热回灌方法，包括如下步骤：

S1：地热尾水通过地热尾水进口进入后通过稳流罐的进口进入稳流罐，经过第一流量计测得稳流罐进口流量为Q₁；

S2：地热尾水在稳流罐下部聚集并依次通过稳流罐的出口、第一电控阀和第二流量计回灌至地热回灌井中，经过第二流量计测得稳流罐出口流量为Q₂；

S3：判断Q₁和Q₂的大小；当Q₁≠Q₂时，PLC中央控制器通过调节第一电控阀的开度，从而控制Q₁＝Q₂；

S4：稳流罐压力表测得稳流罐内的压力记为P₁，井口压力表测得地热回灌井内的压力值为P₂，设置系统的额定压力值为P₀；

S5：判断P₁和P₂分别与P₀的大小，若P₁<P₀时，PLC中央控制器控制氮气补偿装置和第二电制阀开启，同时第三电制阀关闭，向稳流罐内补充氮气，直至P₁＝P₀；当P₂<P₀时，PLC中央控制器控制氮气补偿装置和第三电制阀开启，同时第二电制阀关闭，向地热回灌井内补充氮气，直至P₂＝P₀。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S3中第一电控阀的开度计算公式为：

令Q₁＝Q₂，

则

其中，φ为第一电控阀的开度，Qmax为第一电控阀最大额定流量。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明通过设置稳流罐将地热尾水进口处不稳定的压力转化为稳流罐内可控的压力，通过氮气补偿装置调节稳流罐与地热回灌井内的压力平衡，从而保证回灌系统稳态运行；设置氮气补偿装置一方面调节稳流罐内与地热回灌井内的压力平衡，另一方面，由于氮气稳定的化学性质，可保护地热回灌井井筒不发生化学腐蚀，延长地热回灌井的寿命，而且采用氮气这种惰性气体作为压力补偿介质，安全、经济、环保。

2、本发明中通过PLC中央控制器通过调节第一电控阀的开度，从而保证稳流罐进口流量为Q₁和稳流罐出口流量Q₂保持一致，保证系统的稳定运行，当Q₁>Q₂，稳流罐内的液面持续上升，当液面超过稳流罐进口时，系统失效；当Q₁<Q₂，稳流罐内的液面持续下降，当液面达到稳流罐出口时，系统产生负压，稳流罐内的氮气会通过第一电控阀进入地热回灌井，形成气柱，影响地热回灌井的监测。

附图说明

图1是本发明系统流程图；

其中，1、稳流罐，2、氮气补偿装置，3、稳流罐压力表，4、回灌管线，5、地热尾水进口，6、第一流量计，7、地热回灌井，8、密封回灌井口装置，9、井口压力表，10、第一电控阀，11、第二流量计，12、氮气补偿管线，13、第二电控阀，14、第三电控阀，15、PLC中央控制器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，一种无负压地热回灌系统，包括设置于地面上的稳流罐1和氮气补偿装置2，所述稳流罐1的上部设置有稳流罐压力表3，所述稳流罐1的进口通过回灌管线4连接地热尾水进口5，所述地热尾水进口5和稳流罐1的进口之间的回灌管线4上设置有第一流量计6，所述稳流罐1的出口通过回灌管线4连接设置于地下的地热回灌井7，所述地热回灌井7的井口处设置有密封回灌井口装置8和井口压力表9，所述密封回灌井口装置8采用法兰与地热回灌井7的井口连接且连接处密封处理。所述回灌井口装置8上设置有井口压力表9的安装口和回灌管线4的安装口，所述稳流罐1的出口和地热回灌井7之间的回灌管线4上依次设置有第一电控阀10和第二流量计11，所述氮气补偿装置2通过氮气补偿管线12分别连接至稳流罐1内和地热回灌井7内，所述氮气补偿装置2和稳流罐1之间的氮气补偿管线12上设置有第二电控阀13，所述所述氮气补偿装置2和地热回灌井7之间的氮气补偿管线12上设置有第三电控阀14，所述氮气补偿装置2、稳流罐压力表3、第一流量计6、井口压力表9、第一电控阀10、第二流量计11、第二电控阀13和第三电控阀14分别电性连接PLC中央控制器15。

具体实施方式：

一种带无负压地热回灌方法，包括如下步骤：

S1：地热尾水通过地热尾水进口5进入后通过稳流罐1的进口进入稳流罐1，经过第一流量计6测得稳流罐1进口流量为Q₁；

S2：地热尾水在稳流罐1下部聚集并依次通过稳流罐1的出口、第一电控阀10和第二流量计11回灌至地热回灌井7中，经过第二流量计11测得稳流罐1出口流量为Q₂；

S3；判断Q₁和Q₂的大小；当Q₁≠Q₂时，PLC中央控制器15通过调节第一电控阀10的开度，从而控制Q₁＝Q₂，保证系统的稳定运行，当Q₁>Q₂，稳流罐1内的液面持续上升，当液面超过稳流罐1进口时，系统失效；当Q₁<Q₂，稳流罐1内的液面持续下降，当液面达到稳流罐1出口时，系统产生负压，稳流罐1内的氮气会通过第一电控阀10进入地热回灌井7，形成气柱，影响地热回灌井7的监测；

所述步骤S3中第一电控阀10的开度计算公式为：

令Q₁＝Q₂，

则其中，φ为第一电控阀10的开度，Qmax为第一电控阀10最大额定流量。

S4：稳流罐压力表3测得稳流罐1内的压力记为P₁，井口压力表9测得地热回灌井7内的压力值为P₂，设置系统的额定压力值为P₀；

S5：判断P₁和P₂分别与P₀的大小，若P₁<P₀时，PLC中央控制器15控制氮气补偿装置2和第二电制阀13开启，同时第三电制阀14关闭，向稳流罐1内补充氮气，直至P₁＝P₀；当P₂<P₀时，PLC中央控制器15控制氮气补偿装置2和第三电制阀14开启，同时第二电制阀13关闭，向地热回灌井7内补充氮气，直至P₂＝P₀，设置的氮气补偿装置2一方面调节稳流罐1内与地热回灌井7内的压力平衡，另一方面，由于氮气稳定的化学性质，可保护地热回灌井7井筒不发生化学腐蚀，延长地热回灌井7的寿命，而且采用氮气这种惰性气体作为压力补偿介质，安全、经济、环保。