一种制造地底换热腔室方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201710601635.0 | 申请日 | 2017-07-21 | 公开(公告)号 | CN107326925A | 公开(公告)日 | 2017-11-07 |
| 申请人 | 湖北益通建设股份有限公司; | 发明人 | 陶加林; 张晓东; 钟颂; 陈洁; 张玲; | ||||
| 摘要 | 一种制造地底换热腔室方法，包括以下步骤：s1、在地面以下通过管桩注入 水 泥 砂浆 形成顶盖层和底垫层；s2、在顶盖层与底垫层之间压裂形成换热腔室；通过以上步骤在地底形成换热腔室。通过采用先在地面下制备顶盖层和底垫层，然后在顶盖层与底垫层之间通过压裂形成 热能 腔室的方案，能够在地底形成具有较大换热面积的换热腔室，大幅提高地面以下的换热效率，提高热能利用效率，并且采用该方案，受地质条件的限制较小，成功率较高，综合建造成本较低。本 发明 的方法尤其适用于以空气作为换热介质的方案中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种制造地底换热腔室方法，其特征是包括以下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种制造地底换热腔室方法技术领域背景技术[0002] 现有技术中进入实用的方案是循环采取地下40 50℃热水进行供暖，但是该方案~对地形的要求较高，仅适用于温泉资源较为丰富的地域。在地底一定范围内，大致处在13~ 25℃恒温条件下，再每下降100米，温度大致增加3 6℃，利用地底的热能进行构建物的温度~ 调节，是一项清洁和环保的能源利用方式。 [0003] 中国专利文献CN 101939598 A，提出了一种地热能利用装置，采用双套管水循环方案，将地底的热能与构建物进行交换，存在的问题是，这种结构的地下部分换热效率较低，而且水循环的能耗较高。 [0004] 作者张庆2014发表的《增强型地热系统人工压裂机理研究及应用》，记载了利用压裂方法在特殊的干热岩地形条件下，地面深度大于2000米的热能采集利用的方案。但是该方法主要用于地面深度大于2000米的位置，施工成本极高，失败几率较大，世界各国也仍是处于试验阶段。部分地域的地质条件较为复杂，各种地形条件并存，该方案的应用存在较大的技术困难。 发明内容[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种制造地底换热腔室方法，能够在地质条件较为复杂的地域，形成一种用于换热的换热腔室，并且成本较低，成功率高。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种制造地底换热腔室方法，包括以下步骤：s1、在地面以下通过管桩注入水泥砂浆形成顶盖层和底垫层； s2、在顶盖层与底垫层之间压裂形成换热腔室； 通过以上步骤在地底形成换热腔室。 [0007] 优选的方案中，换热腔室位于地面以下10 1900米处。~ [0008] 优选的方案中，换热腔室位于地面以下10 500米处。~ [0009] 优选的方案中，所述的水泥砂浆为缓凝水泥砂浆，初凝时间大于24h。 [0010] 优选的方案中，所述的水泥砂浆包括按重量份计以下组分：硅酸盐矿物粉体 30~40 份，火山灰活性粉体 10 20 份，无水硫铝酸盐矿物粉体 5 10 份、氧化硅颗粒35 55 ~ ~ ~ 份、萘磺酸盐甲醛缩合物 0.5 1.5份、缓凝剂0.2 0.5 份、保水剂0.1 0.4 份。 ~ ~ ~ [0012] 优选的方案中，步骤s3中，压裂采用清水压裂或支撑剂压裂。 [0013] 优选的方案中，在压裂过程中，根据压力损失状况，分段注入水泥砂浆或支撑剂。 [0014] 优选的方案中，所述的管桩为多个，各个管桩之间形成的换热腔室互相连通。 [0015] 优选的方案中，位于互相连通的换热腔室边缘的管桩，分别为输入管桩和输出管桩，输入管桩与输出管桩之间的管桩封闭。 [0016] 本发明提供的一种制造地底换热腔室方法，通过采用先在地面下制备顶盖层和底垫层，然后在顶盖层与底垫层之间通过压裂形成热能腔室的方案，能够在地底形成具有较大换热面积的换热腔室，大幅提高地面以下的换热效率，提高热能利用效率，并且采用该方案，受地质条件的限制较小，成功率较高，综合建造成本较低。本发明的方法尤其适用于以空气作为换热介质的方案中。附图说明 [0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明中制造单个热能腔室的结构示意图。 [0018] 图2为本发明中制造两个热能腔室工作时的结构示意图。 [0019] 图3为本发明中制造三个热能腔室工作时的结构示意图。 [0020] 图4为本发明中多个热能腔室工作时的水平截面示意图。 [0021] 图中：管桩1，输入管桩101，输出管桩102，封闭管桩103，顶盖层2，底垫层3，热能腔室4，地面5。 具体实施方式[0022] 实施例1：如图1 4中，一种制造地底换热腔室方法，包括以下步骤： ~ s1、在地面5以下通过管桩注入水泥砂浆形成顶盖层2和底垫层3； 水泥砂浆从管桩的侧面注入，管桩的端头封堵，根据地形结构和深度的不同，注浆压力为5 50MPa，管桩的打入深度在地面以下10 1900米处。本例中优选采用的注浆深度为100米~ ~ 200米左右的位置，注浆压力为30MPa，顶盖层2与底垫层3的高度差为5 20米之间。优选的~ ~ 方案中，所述的水泥砂浆为缓凝水泥砂浆，初凝时间大于24h。本例中优选采用初凝时间大于72h的水泥砂浆。由此方案，避免水泥砂浆过早凝结，从而影响顶盖层2和底垫层3的横向扩展范围。为避免出现注浆裂隙垂直发展的问题，优选的方案，顶盖层2和底垫层3采用多次分层注浆的方式。优选的方案，采用先上端注浆然后下端注浆，注浆压力逐步增大，形成竖向截面为类三角形盘状结构的顶盖层2或底垫层3； 或者先下端注浆然后上端注浆，注浆压力逐步增大，形成竖向截面为类倒三角形盘状结构的顶盖层2或底垫层3； 又或者先上、下两端，然后再中间注浆的方式，形成竖向截面为类菱形盘状结构的顶盖层2或底垫层3； 优选的方案中，所述的水泥砂浆包括按重量份计以下组分：硅酸盐矿物粉体 30 40 ~ 份，火山灰活性粉体 10 20 份，无水硫铝酸盐矿物粉体 5 10 份、氧化硅颗粒35 55 份、萘~ ~ ~ 磺酸盐甲醛缩合物 0.5 1.5份、缓凝剂0.2 0.5 份、保水剂0.1 0.4 份。 ~ ~ ~ [0023] 或者硅酸盐矿物粉体 30 40 份，火山灰活性粉体 10 20 份，无水硫铝酸盐矿物~ ~粉体 5 10 份、氧化铝陶瓷颗粒35 55 份、萘磺酸盐甲醛缩合物 0.5 1.5份、缓凝剂0.2~ ~ ~ ~ 0.5 份、保水剂0.1 0.4 份。该方案的成本较高，但是抗压强度和导热性能更佳。 ~ [0026] s2、在顶盖层2与底垫层3之间压裂形成换热腔室4；优选的方案中，换热腔室4位于地面5以下10 1900米处。 ~ [0027] 优选的方案中，换热腔室4位于地面5以下10 500米处。~ [0028] 本例中的换热腔室4位于地面5以下100米±10米处。 [0029] 优选的方案中，压裂采用清水压裂或支撑剂压裂。压裂压力小于步骤s1中的注浆压力。 [0030] 进一步优选的方案中，在压裂过程中，根据压力损失状况，分段注入水泥砂浆或支撑剂。即根据压力损失情况，当采用清水压裂时，分段注入水泥砂浆或支撑剂，以封堵远端裂隙。当采用支撑剂压裂时，分段注入水泥砂浆以封堵远端裂隙。支撑剂采用石英砂、铁砂、玻璃球或铝矾土陶瓷颗粒中的一种或多种与水形成的浆液。 [0031] 通过以上步骤在地底形成换热腔室。 [0032] 优选的方案中，所述的管桩为多个，各个管桩之间形成的换热腔室4互相连通。 [0033] 优选的方案中，位于互相连通的换热腔室4边缘的管桩，分别为输入管桩101和输出管桩102，输入管桩101与输出管桩102之间的管桩1封闭。优选的，采用水泥灌浆的方式将输入管桩101与输出管桩102之间的管桩1封闭成为封闭管桩103，此处的灌浆水泥采用凝结速度较快的水泥，凝结速度高于前述的水泥砂浆，由此结构，延长了换热路径，并且增强热能腔室4的支撑强度。 [0035] 2、以钻井设备打入管桩1，在地底100米处，以10 30 MPa多次多层注入水泥砂浆形~成竖向截面大致为正三角形盘状结构的顶盖层2； 3、待顶盖层2经过10d凝固后，在地底约110米处，以10 30 MPa多次多层注浆形成竖向~ 截面大致为倒三角形盘状结构的底垫层3； 4、待底垫层3经过10d凝固后，以15 25 MPa，在地底约105米处，以支撑剂压裂形成热能~ 腔室4，压裂压力为15 25 MPa。形成热能腔室4时，最好一次成型，避免多次压裂使裂隙的扩~ 张范围超出顶盖层2和底垫层3的覆盖范围。若一次成型失败，以1 6 MPa压力注入凝结速度~ 较快的水泥，凝结速度高于前述的水泥砂浆。初凝后，在失败热能腔室4的附近高度位置再次进行压裂施工操作。直至形成满意的热能腔室4。 [0036] 5、优选的，如图2中所示，在热能腔室4外围半径30米处再次成型热能腔室4，使两个热能腔室4边缘部分交叉并连通，在压裂过程中，之前的管桩1需持续进行保压辅助压裂施工。 [0038] 7、从管桩1测试各个热能腔室4之间的连通状态，测试无误后，将中间的管桩1灌浆封堵成为封闭管桩103，灌浆过程中，采用凝结速度较快的水泥浆，采用1 6 MPa的灌浆压~力，施工过程中要避免水泥浆将封闭管桩103所在的热能腔室4封堵。 [0039] 8、留下两个边缘的管桩1，分别作为输入管桩101和输出管桩102，其中输入管桩101接入高压风机进行鼓风，输出管桩102与构建物的换热管路连通，经过换热后，从构建物的顶部抽风机直接排出到大气中。经测试，室外温度为3℃，室内温度为10℃条件下，输入管桩101输入风的温度为4℃，输出管桩102输出风速为13 20米/秒，输出风的温度为25℃，地~ 底部分换热效果较为理想，具有实用价值。 [0040] 上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈