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開式同軸套管換熱系統技術應用案例地熱能是一種綠色低碳的可再生能源 ，其開發利用有助於我國2030年碳達峰，2060年碳中和目標的實現。我國地熱資源豐富，市場潛力巨大，發展前景廣闊，需持續推進地熱能開發利用。

一、背景

我國地熱資源豐富，市場潛力巨大，國內諸多省份（如河北、北京等）限制水熱型地熱的開發利用，同軸套管換熱成為破解這一問題的技術和手段。

同軸套管換熱系統是一種用於地下熱能開採收集的裝置，根據原理不同可分為閉式同軸套管換熱系統和開式同軸套管換熱系統。國內外閉式同軸套管換熱已進行多年研究並取得了一定的成果，開式同軸套管換熱系統研究相對薄弱，且較閉式同軸套管換熱系統具有更高的換熱量以及更優的換熱效率，從而具有重大、深遠的研究意義，同時在閒置地熱井、未利用地熱井或廢棄油井改造上具有重要意義，並具有很好的應用前景。

二、應用案例

1.項目概述

北京市地質工程勘察院利用平谷區大華山鎮叢海逸園地熱井開展開式同軸套管換熱系統試驗研究，建立同軸套管換熱系統試驗系統，開展不同工況下的換熱試驗，並對換熱系統的進、出水溫度、進出水量的變化進行監測，建立中深層單孔換熱系統的換熱設計模型；利用此模型計算不同運行工況下的地下換熱系統的換熱能力（通過數值模擬，該井開式單井循環換熱取熱功率平均值為200-300kw），得出最優的系統運行模式、循環水量、溫差、換熱提取效率、取熱影響半徑等設計參數，為以後類似工程推廣提供技術依據。開式同軸套管換熱技術較閉式同軸套管換熱技術取得了理論和技術上的創新，且大幅提高換熱量。

2.主要效益

同軸套管換熱系統技術在開發利用地熱資源的同時，只取熱不取水，有效保障資源的可持續利用。開式同軸套管換熱技術還可對廢棄地熱井和廢棄石油勘探井進行改造利用，充分發揮其熱能資源潛力，變廢為寶。

目前河北省嚴禁開採水熱型地熱資源，但積極支持同軸套管換熱系統只取熱不取水，河北省封固的大量地熱井中開展此換熱技術具有巨大的市場空間。

陝西、山東、北京等地在閒置地熱井、廢棄地熱井、廢棄油井及新鑽地熱井同軸套管換熱方面具有廣闊的市場前景、良好的經濟效益和社會效益。

三、技術要點

1.開式同軸套管換熱系統泵室段及內管

井下部分包括已成井的外管和下入井中的內管。內管包括靠近井口設置的出水管，設置在出水管下方的泵室管，設置在泵室管下方的取水管，取水管靠近下端的外周面上還開設有若干射孔；換熱外管和換熱內管之間還插設有回水管。

開式同軸套管換熱系統採用潛水泵，且需下入到同軸套管的內管內並持續位於水面以下。由於地質，水文、已成井套管條件等因素的影響，不同的地熱井內部泵室段所需潛水泵下入深度、泵室段材質、規格等因素都不盡相同。通過諸因素分析，提出泵室段下入深度計算方法。

2.開式同軸套管換熱系統井口裝置

依據開式同軸套管換熱系統建設、試驗及今後換熱的需要，建設井口裝置。井口裝置包括安裝在地熱井上的井座，井座內包含位於核心的出水管和位於邊部的若干入水管。管道的底端設置有第一懸掛器，第一懸掛器背離縱向通道的端部可拆卸連接有內管。井口裝置設計具有對內管的固定更加穩定的效果。

3.開式同軸套管換熱系統地下監測系統

為了保障同軸套管換熱系統的正常運行，對水位和地溫梯度進行監測，需要建設井下監測系統。將自動水位監測設備，放入PE管內，下入液面以下，測量環狀空間水位變化。將光纖固定在同軸套管出水內管管壁，下入井內，測量環狀空間地熱水水溫，進而監測地溫梯度。通過井下監測，實時掌握換熱過程中水位和地溫變化。

4.開式同軸套管地面換熱系統

（1）開式同軸套管系統熱泵機組、板換、數據採集和控制系統等組成。當環境氣溫較低，系統可以只用冷卻塔進行散熱，當環境氣溫較高就需要使用制冷機組輔助或者全部由制冷機組進行製冷散熱。

（2）開展開式同軸套管地面換熱系統換熱測試，採用定取熱量測試、定回水溫度測試、不同供熱方式和不同工況條件下換熱測試。

四、應用前景

1.行業前景

與常規的地熱井開採方式相比，同軸套管換熱系統技術能夠在開發利用地熱資源的同時，只取熱不取水，有效保障資源的可持續利用。開式同軸套管換熱技術還可用於對原來熱水生產能力不足的廢棄地熱井和廢棄石油勘探井進行改造利用，充分發揮其熱能資源潛力，變廢為寶。

2.商業模式

此類項目可以採用井礦權方投資，技術服務單位提供技術服務，供暖收益歸井礦權方；也可以採用井礦權方提供井作為股份，投資方投資，技術服務單位提供技術服務，收益歸井礦權方和投資方等多種商業模式。

3.推廣空間

在利用清潔能源，助力實現碳達峰和碳中和的背景下，清潔可再生的地熱資源受到普遍關注，同時由於各地政策對地熱利用的政策及地熱資源稟賦特徵，開式同軸套管換熱技術具有很大的推廣空間。