用于深部地热能开采的保温管柱装置

1.本实用新型涉及一种地热能开采的装置，特别是用于深部地热能开采的保温管柱装置。


背景技术：

2.地热资源可分为浅层地热能资源、水热型地热资源和干热岩资源三种类型。目前，浅层地热能资源已无法满足人类对地热能日益增长的需求，中深层的水热型和干热岩型地热资源成为获取地热能的重要来源。水热型和干热岩型资源可通过人工钻井及井下(取)换热技术进行开采利用。当井底的热能在向井口运移的过程中，由于温度的差异，热能会以热传导、热对流及热辐射的方式散失，造成能源的浪费。当前主要采用双层真空保温管作为热能的运输通道，由于氢渗的作用，真空保温管的保温性能不可避免的随着时间逐渐降低，直至失效。保温管的高真空度能够极大地阻止热对流散热，但是热辐射散热效率也会增大。为了使保温管具有更好的保温性能，需要将保温管的真空度控制在合理的范围，以保证保温管的导热系数稳定。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的旨在提供一种可提高保温效果、降低综合开采成本的用于深部地热能开采的保温管柱装置。
4.本实用新型所述问题是由下述技术方案解决的：
5.一种用于深部地热能开采的保温管柱装置，包括保温管柱、真空泵和控制单元，保温管柱由换热管和若干根依次连接的保温管构成，保温管柱的底部保温管下部连接换热管，保温管柱的下部位于井内地热储层中，保温管柱的顶部保温管连接位于井口的真空泵，数个不同位置的保温管内设有热流传感器，各热流传感器分别经线缆连接控制单元的主机。
6.上述用于深部地热能开采的保温管柱装置，所述保温管由内管、外管构成双层结构，保温管两端设有法兰，法兰对应内管、外管之间的部位设有连通孔，各保温管的连通孔位置对应，相邻保温管的法兰密封对接。
7.上述用于深部地热能开采的保温管柱装置，保温管的两端法兰设置插头或插座，插头探出法兰端面，插座凹陷于法兰端面，相邻保温管的插头、插座匹配插合，插头、插座连接线缆，线缆由内管、外管之间穿过。
8.上述用于深部地热能开采的保温管柱装置，位于保温管柱最上部的顶部保温管的两端法兰上分别设置插头，顶部保温管热流传感器位于顶部保温管的内管与外管之间，热流传感器经线缆连接插头；位于保温管柱最下部的底部保温管仅在上端法兰上设置插座，底部保温管的内管与外管之间设有热流传感器，热流传感器经线缆连接插座，底部保温管的下部法兰不设置连通孔；位于保温管柱中间位置的中间保温管的上端法兰设置插座、下端法兰设置插头，中间保温管的内管与外管之间设有热流传感器，热流传感器经缆线分别
连接插座、插头；保温管柱其它一般位置的保温管上端法兰设置插座、下端法兰上设置插头，穿过内管、外管之间的缆线将插头、插座连接。
9.上述用于深部地热能开采的保温管柱装置，单向阀安装在顶部保温管上部法兰的连通孔处，单向阀连通真空泵。
10.上述用于深部地热能开采的保温管柱装置，钢质的换热管上部设有连接保温管的法兰，换热管上分布换热通孔。
11.上述用于深部地热能开采的保温管柱装置，保温管的内管与外管之间填充保温材料。
12.本实用新型所述保温管柱装置方包括真空泵、控制单元和保温管柱，保温管柱由包括依次连接的保温管，在数个保温管中设置热流传感器，热流传感器获取的信息经控制单元的主机拟合处理得到综合导热系数，进而根据保温管柱真空度与导热系数之间的关系动态控制保温管柱的真空度，通过调节真空度来保证保温管的保温性能，提高采热效率。本实用新型通过动态调节保温管的真空度可稳定保温管柱的导热系数，从而稳定保温管的保温效果，延长保温管的使用寿命，降低综合开采成本。
附图说明
13.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
14.图1是本实用新型的结构示意图；
15.图2是图1中a处的局部放大视图；
16.图3是顶部保温管的结构示意图；
17.图4是图3的俯视图；
18.图5是中间保温管的结构示意图；
19.图6是底部保温管的结构示意图；
20.图7是一般位置保温管的结构示意图
21.图8是换热管的结构示意图。
22.图中各标号为：1、真空泵，2、控制单元，3、电子真空表，4、单向阀，5、顶部保温管，6、中间保温管，7、底部保温管，8、换热管，8-1、换热通孔，9、连通孔，10、插头，11、缆线，12、热流传感器，13、插座，14、保温材料层，15、内管，16、外管。
具体实施方式
23.参看图1、图2，本实用新型包括真空泵1、控制单元2和保温管柱，真空泵1、控制单元2位于井口。保温管柱由换热管8和若干根依次连接的保温管构成。根据检测需要在保温管柱数个不同位置的保温管内设置热流传感器，每个热流传感器经单独的缆线连接控制单元的主机。图示实施例在位于最上部的顶部保温管5、最下部的底部保温管7和位于保温管柱中间位置的中间保温管6内安装有热流传感器，其它处于一般位置的保温管内未安装热流传感器。实际使用时可根据需要确定热流传感器的数量和安装位置。
24.参看图3-图7，保温管由内管15、外管16构成双层结构，保温管的内管与外管之间的环形区域填充保温材料层14。每个保温管两端设有焊合固定的法兰，法兰对应内管、外管之间的部位设有连通孔9，所有保温管的连通孔位置对应，相邻保温管的法兰端面通过凹凸
结构构成密封对接。各保温管的两端法兰处设置插头或插座，插头或插座通过硫化工艺固定于法兰处，插头探出法兰端面，插座凹陷于法兰端面，当相邻保温管对接后，插头、插座匹配插合，具有密封功能，插头、插座连接线缆，线缆由内管、外管之间穿过。
25.顶部保温管5如图3、图4所示，其两端法兰上分别设置插头10，顶部保温管热流传感器位于顶部保温管的内管与外管之间，热流传感器经线缆连接插头，顶部保温管上部法兰处的连通孔9连接单向阀4，顶部保温管上端法兰设置用于测量保温管柱真空度的电子真空表3。底部保温管7如图6所示，底部保温管仅在其上端法兰上设置插座13，底部保温管的内管与外管之间设有热流传感器，热流传感器经线缆连接插座，底部保温管的下部法兰不设置连通孔。中间保温管6如图5所示，其上端法兰设置插座13、下端法兰设置插头10，中间保温管的内管与外管之间设有热流传感器12，热流传感器经缆线分别连接插座、插头。保温管柱其它处于一般位置的保温管如图7所示，上端法兰设置插座13、下端法兰上设置插头10，穿过内管、外管之间的缆线将插头、插座连接。热流传感器测试的是三种传热模式的总和(热传导、热对流和热辐射)以及保温层(内外管形成的环隙及填充材料)的厚度及温度梯度，尺寸小，精度高，能够满足保温管环隙安装的空间要求。
26.参看图1和图8，底部保温管7的下部连接钢质的换热管8，换热管置于地热储层中，用于热能的交换，换热管的上部设有连接保温管的法兰，换热管上分布换热通孔8-1。
27.本实用新型的工作原理如下：通常导热系数不大于0.02即可实现很好的保温性能，由试验得出保温管的真空度与导热系数之间的关系如下：1、并非真空度越高(即压力越低)导热系数越小；2、保温管真空度在0-15pa和22pa-100pa之间均可满足导热系数不大于0.02。由于0-15pa的高真空度对真空技术提出了非常高的要求，为了降低成本以及对真空设备的要求，且能满足使用要求，将保温管真空度控制在22-100pa之间。保温管柱装置安装完成后，保温管柱的环形空间形成一个封闭空间，该封闭空间通过单向阀与真空设备相连，各热流传感器分别经缆线与控制装置的主机连接，电子真空表、真空泵与主机相连，实现智能化控制。保温管柱首次入井后，需要通过主机控制开启真空泵，抽取保温管柱环隙中的空气，与此同时主机也在监测保温管柱热流传感器的数据和环隙真空度。根据读取到的热流传感器的值，再根据热力学公式可得出保温管导热系数λ(单位w/(mk))。其中φ为热流量(单位w)，δ热流通过的厚度(包括内管管壁厚度、内外管之间保温层的厚度以及外管管壁厚度，单位m)，δt保温管内壁和外壁之间的温差(单位℃)，a保温管外表面积(单位m2)，λ保温管导热系数(单位w/(mk))。热流量、厚度和温差可通过热流传感器获取。导热系数通过控制单元的显示器实时显示，实际工作状态的导热系数设定值一般要求不大于0.02即可达到热采的要求。当综合导热系数大于设定数值时，主机控制真空泵开始工作，当综合导热系数低于设定数值时，主机控制真空泵停止，始终保持保温管柱导热系数的稳定，从而保证了真空保温管的保温效果。