开式同轴套管换热系统技术应用案例查看源代码讨论查看历史

来自 搜狐网 的图片

开式同轴套管换热系统技术应用案例地热能是一种绿色低碳的可再生能源 ，其开发利用有助于我国2030年碳达峰，2060年碳中和目标的实现。我国地热资源丰富，市场潜力巨大，发展前景广阔，需持续推进地热能开发利用。

一、背景

我国地热资源丰富，市场潜力巨大，国内诸多省份（如河北、北京等）限制水热型地热的开发利用，同轴套管换热成为破解这一问题的技术和手段。

同轴套管换热系统是一种用于地下热能开采收集的装置，根据原理不同可分为闭式同轴套管换热系统和开式同轴套管换热系统。国内外闭式同轴套管换热已进行多年研究并取得了一定的成果，开式同轴套管换热系统研究相对薄弱，且较闭式同轴套管换热系统具有更高的换热量以及更优的换热效率，从而具有重大、深远的研究意义，同时在闲置地热井、未利用地热井或废弃油井改造上具有重要意义，并具有很好的应用前景。

二、应用案例

1.项目概述

北京市地质工程勘察院利用平谷区大华山镇丛海逸园地热井开展开式同轴套管换热系统试验研究，建立同轴套管换热系统试验系统，开展不同工况下的换热试验，并对换热系统的进、出水温度、进出水量的变化进行监测，建立中深层单孔换热系统的换热设计模型；利用此模型计算不同运行工况下的地下换热系统的换热能力（通过数值模拟，该井开式单井循环换热取热功率平均值为200-300kw），得出最优的系统运行模式、循环水量、温差、换热提取效率、取热影响半径等设计参数，为以后类似工程推广提供技术依据。开式同轴套管换热技术较闭式同轴套管换热技术取得了理论和技术上的创新，且大幅提高换热量。

2.主要效益

同轴套管换热系统技术在开发利用地热资源的同时，只取热不取水，有效保障资源的可持续利用。开式同轴套管换热技术还可对废弃地热井和废弃石油勘探井进行改造利用，充分发挥其热能资源潜力，变废为宝。

目前河北省严禁开采水热型地热资源，但积极支持同轴套管换热系统只取热不取水，河北省封固的大量地热井中开展此换热技术具有巨大的市场空间。

陕西、山东、北京等地在闲置地热井、废弃地热井、废弃油井及新钻地热井同轴套管换热方面具有广阔的市场前景、良好的经济效益和社会效益。

三、技术要点

1.开式同轴套管换热系统泵室段及内管

井下部分包括已成井的外管和下入井中的内管。内管包括靠近井口设置的出水管，设置在出水管下方的泵室管，设置在泵室管下方的取水管，取水管靠近下端的外周面上还开设有若干射孔；换热外管和换热内管之间还插设有回水管。

开式同轴套管换热系统采用潜水泵，且需下入到同轴套管的内管内并持续位于水面以下。由于地质，水文、已成井套管条件等因素的影响，不同的地热井内部泵室段所需潜水泵下入深度、泵室段材质、规格等因素都不尽相同。通过诸因素分析，提出泵室段下入深度计算方法。

2.开式同轴套管换热系统井口装置

依据开式同轴套管换热系统建设、试验及今后换热的需要，建设井口装置。井口装置包括安装在地热井上的井座，井座内包含位于核心的出水管和位于边部的若干入水管。管道的底端设置有第一悬挂器，第一悬挂器背离纵向通道的端部可拆卸连接有内管。井口装置设计具有对内管的固定更加稳定的效果。

3.开式同轴套管换热系统地下监测系统

为了保障同轴套管换热系统的正常运行，对水位和地温梯度进行监测，需要建设井下监测系统。将自动水位监测设备，放入PE管内，下入液面以下，测量环状空间水位变化。将光纤固定在同轴套管出水内管管壁，下入井内，测量环状空间地热水水温，进而监测地温梯度。通过井下监测，实时掌握换热过程中水位和地温变化。

4.开式同轴套管地面换热系统

（1）开式同轴套管系统热泵机组、板换、数据采集和控制系统等组成。当环境气温较低，系统可以只用冷却塔进行散热，当环境气温较高就需要使用制冷机组辅助或者全部由制冷机组进行制冷散热。

（2）开展开式同轴套管地面换热系统换热测试，采用定取热量测试、定回水温度测试、不同供热方式和不同工况条件下换热测试。

四、应用前景

1.行业前景

与常规的地热井开采方式相比，同轴套管换热系统技术能够在开发利用地热资源的同时，只取热不取水，有效保障资源的可持续利用。开式同轴套管换热技术还可用于对原来热水生产能力不足的废弃地热井和废弃石油勘探井进行改造利用，充分发挥其热能资源潜力，变废为宝。

2.商业模式

此类项目可以采用井矿权方投资，技术服务单位提供技术服务，供暖收益归井矿权方；也可以采用井矿权方提供井作为股份，投资方投资，技术服务单位提供技术服务，收益归井矿权方和投资方等多种商业模式。

3.推广空间

在利用清洁能源，助力实现碳达峰和碳中和的背景下，清洁可再生的地热资源受到普遍关注，同时由于各地政策对地热利用的政策及地热资源禀赋特征，开式同轴套管换热技术具有很大的推广空间。