技术领域
[0001] 本
发明涉及地热采集技术领域，具体为一种基于热储采灌平衡原理的补偿装置及其方法。
背景技术
[0002]
地热能是由
地壳抽取的天然热能，这种
能量来自地球内部的熔岩，并以热
力形式存在，是引致火山爆发及
地震的能量，地球内部的
温度高达7000℃，而在80至100公英里的深度处，温度会降至650至1200℃。透过地下
水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的
地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。
[0003] 人类很早以前就开始利用地热能，例如利用
温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造
农作物温室、
水产养殖及烘干谷物等。但真正认识
地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶，
[0004] 地热能大部分是来自地球深处的可再生性热能，它起于地球的熔融岩浆和
放射性物质的衰变。还有一小部分能量来自太阳，大约占总的地热能的5％，表面地热能大部分来自太阳。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。
[0005] 地热能是一种新的洁净
能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。其中距地表2000米内储藏的地热能为2500亿吨标准
煤。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦
耳。在地热利用规模上，我国近些年来一直位居世界首位，并以每年近10％的速度稳步增长
[0006] 在地热能的开采过程中，需要将
地热水从地下抽出进行地热能的利用，但是由于在地下水抽出的过程中，会导致地下岩层出现空缺，如果不及时补偿就会导致地下岩层的坍塌。
[0007] 但是，现有的地热热储采集装置在使用时主要存在以下
缺陷：
[0008] (1)传统的采集装置在将地下水抽出的过程中，都是采用单一水管抽出，在抽出时可能由于堵塞作用或者磨损作用导致抽出的水管不能正常工作，从而影响整个装置工作进度；
[0009] (2)同时，传统的采集装置都是通过直接打井注水的方式进行地下水的补偿，不仅不利于精准控制注水速度，而且不能根据压力变化进行动态调节，很容易出现压力补偿不够或者压力补偿过多而导致水资源浪费的情况。
发明内容
[0010] 为了克服
现有技术方案的不足,本发明提供一种基于热储采灌平衡原理的补偿装置及其方法，通
过热能利用系统有效利用地热水的热能的同时，利用可调控的注水补偿装置进行注水补偿，使得补偿注水井和生产抽水井之间的压力保持动态平衡，能有效的解决背景技术提出的问题。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0012] 一种基于热储采灌平衡原理的补偿装置，包括补偿注水井和生产抽水井，所述生产抽水井内部设置有用于抽出地热水的地热抽水装置，所述补偿注水井内部安装有用于对地热水进行补充的注水补偿装置，所述地热抽水装置和注水补偿装置之间通过热能利用系统连接并进行热量利用；
[0013] 所述地热抽水装置包括安装在地
热层内部的抽水
泵，所述抽水泵的抽水端内部安装有沙石过滤网，且抽水泵排水端连接有地热出水管，所述地热出水管顶端连接有环形集中盘，所述环形集中盘顶层均匀连接有若干个地热分水管，且所有的地热分水管顶端之间均通过导通盘固定连接，所述导通盘外端连接有地热输出管，所述注水补偿装置包括补偿注水管，所述补偿注水管底端连接有
增压箱，所述增压箱内部安装有补偿注水管连接的排水泵，所述排水泵排水端连接有组合注水组件，且增压箱内部安装有压力调控系统，所述热能利用系统通过与地热输出管固定连接进行热能利用。
[0014] 进一步地，所述热能利用系统包括连接在地热输出管表面的
热交换器，所述热交换器内部顶层设置有导热板，所述导热板顶端安装有
隔热箱，所述隔热箱内部装有异
丁烷，所述隔热箱通过侧面连接有
蒸汽排出管将蒸汽气体排出，所述蒸汽排出管末端连接有
涡轮，所述涡轮末端通过连接汽轮发
电机的
输入轴进行发电，所述涡轮安装在密封箱内部，所述密封箱末端连接有蒸汽冷凝管，所述蒸汽冷凝管表面安装有冷却系统，且蒸汽冷凝管末端与隔热箱固定连接进行蒸汽循环回流。
[0015] 进一步地，所述冷却系统包括安装在蒸汽冷凝管表面的
冷凝器，所述冷凝器侧面设置有热量采集塔，所述热量采集塔内部安装有空心导热柱，所述空心导热柱侧面连接有若干个导
热管，所述导热管末端与冷凝器固定连接，且空心导热柱底端连接有与冷凝器连接有的倾斜弯折管。
[0016] 进一步地，所述组合注水组件包括连接在排水泵底端的注水主管，所述注水主管底端安装有导向体，且所述导向体和注水主管之间连接有弹性组件，所述注水主管表面安装有若干个偏心配水器，且相邻的偏心配水器之间安装有封隔器，所述偏心配水器输出端连接有注水分管。
[0017] 进一步地，所述压力调控系统包括安装在生产抽水井内部和补偿注水井内部的压力采集模
块，所述压力采集模块输出端电性连接有
信号处理模块，所述
信号处理模块输出端连接有调速驱动模块，所述调速驱动模块与排水泵电性连接进行转速控制。
[0018] 进一步地，所述地热输出管末端连接有盐水回收池，所述盐水回收池侧面通过
密封座与补偿注水管连通连接，所述盐水回收池内部设置有沉淀网。
[0019] 进一步地，所述注水主管表面
侧壁安装有若干个金属片，所述金属片靠外一端连接有耐磨垫，且注水分管表面安装有金属保护套。
[0020] 一种基于热储采灌平衡原理的补偿方法，包括如下步骤：
[0021] S100、地热水的采集，通过地热抽水装置将生产抽水井内部的地热水抽出，之后排出到外部；
[0022] S200、地热水的利用，通过热能利用系统将抽出的地热水分别进行加热蒸汽的蒸汽发电和热量采集塔内部
冷却水的循环加热，完成发电和加热过程；
[0023] S300、地热水的处理，通过盐水回收池对抽出的盐水进行沉淀利用；
[0024] S400、地热水的压力补偿，在地热抽水装置将地下的地热水抽出之后，通过注水补偿装置将利用热量之后的盐水重新回流排入到补偿注水井内部，通过渗透作用渗透到地下并进入生产抽水井内部进行压力补偿。
[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0026] (1)本发明采用热能利用系统对抽出的地热水的热能进行利用，通过涡轮驱动汽轮发电机发电和冷却系统制热的方式将热能充分利用，使得抽出的地热水的热量方便被储存和利用；
[0027] (2)本发明采用注水补偿装置对补偿注水井进行注水，在地热抽水装置抽水的同时，通过压力调控系统对注水补偿装置的注水速度进行调节，使得生产抽水井和补偿注水井之间可以保持压力的动态平衡，从而使得地热采集过程保持
稳定性，有效防止地下岩层出现坍塌的情况，提高整个装置工作的安全性。
附图说明
[0028] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0029] 图2为本发明的冷却系统结构示意图；
[0030] 图3为本发明的压力调控系统工作流程示意图；
[0031] 图4为本发明的注水主管表面结构示意图。
[0032] 图中标号：
[0033] 1-地热抽水装置；2-注水补偿装置；3-热能利用系统；4-沙石过滤网；5-压力调控系统；6-冷却系统；7-组合注水组件；8-金属片；9-耐磨垫；10-金属保护套；11-生产抽水井；12-补偿注水井；
[0034] 101-抽水泵；102-地热出水管；103-环形集中盘；104-地热分水管；105-导通盘；106-地热输出管；
[0035] 201-补偿注水管；202-增压箱；203-排水泵；
[0036] 301-热交换器；302-导热板；303-隔热箱；304-蒸汽排出管；305-涡轮；306-汽轮发电机；307-密封箱；308-蒸汽冷凝管；309-盐水回收池；310-密封座；311-沉淀网；
[0037] 501-压力采集模块；502-信号处理模块；503-调速驱动模块；
[0038] 601-冷凝器；602-热量采集塔；603-空心导热柱；604-导热管；605-倾斜弯折管；
[0039] 701-注水主管；702-导向体；703-弹性组件；704-偏心配水器；705-封隔器；706-注水分管。
具体实施方式
[0040] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 如图1至图4所示，本发明提供了一种基于热储采灌平衡原理的补偿装置及其方法，包括补偿注水井12和生产抽水井11，所述生产抽水井11内部设置有用于抽出地热水的地热抽水装置1，所述补偿注水井12内部安装有用于对地热水进行补充的注水补偿装置2，所述地热抽水装置1和注水补偿装置2之间通过热能利用系统3连接并进行热量利用，整个装置通过地热抽水装置1将待采集的生产抽水井11内部的地热水抽出，之后通过热能利用系统3将采集出来的热蒸汽进行充分利用，从而实现地热能的高效利用，同时利用注水补偿装置2对补偿注水井12注水，从而对生产抽水井11内部的水进行及时补充，有效防止生产抽水井11内部出现镂空而导致地面塌陷的问题，从而实现了地热水安全的可持续采集，使得整个施工过程更加安全稳定。
[0042] 所述地热抽水装置1包括安装在地热层内部的抽水泵101，所述抽水泵101的抽水端内部安装有沙石过滤网4，且抽水泵101排水端连接有地热出水管102，所述地热出水管102顶端连接有环形集中盘103，所述环形集中盘103顶层均匀连接有若干个地热分水管
104，且所有的地热分水管104顶端之间均通过导通盘105固定连接，所述导通盘105外端连接有地热输出管106，整个地热抽水装置1通过抽水泵101将生产抽水井11内部的地热水抽出，在抽出的过程中，通过沙石过滤网4进行粗过滤，有效防止地热水中的沙石造成抽水泵
101的堵塞或者磨损，大幅度延长抽水泵101的使用寿命，同时利用地热抽水管102将地热水排出到环形集中盘103，之后通过若干个地热分水管104将地热水分别排出，在保证排出速度的同时，多个地热分水管104之间相互独立，互不影响，即使某一个地热分水管104出现损坏不会影响整体的抽水工作，从而有效解决了单一抽水管导致的易损坏、难以维修的问题，之后通过地热分水管104抽出的水通过导通盘105集中并传输到地热输出管106，从而将生产抽水井11内部的水稳定抽出，所述热能利用系统3通过与地热输出管106固定连接进行热能利用。
[0043] 进一步说明的是，整个地热抽水装置1所用到的管道内壁均设置有一层隔热
橡胶，有效减少地热水在抽出的过程中出现热量流失的情况，从而大大提高地热水的热量利用率，从而使得整个装置工作效率大大提高。
[0044] 如图1所示，所述热能利用系统3包括连接在地热输出管106表面的热交换器301，所述热交换器301内部顶层设置有导热板302，所述导热板302顶端安装有隔热箱303，所述隔热箱303内部装有异丁烷，所述隔热箱303通过侧面连接有蒸汽排出管304将蒸汽气体排出，所述蒸汽排出管304末端连接有涡轮305，所述涡轮305末端通过连接汽轮发电机306的输入轴进行发电，所述涡轮305安装在密封箱307内部，所述密封箱307末端连接有蒸汽冷凝管308，所述蒸汽冷凝管308表面安装有冷却系统6，且蒸汽冷凝管308末端与隔热箱303固定连接进行蒸汽循环回流，通过地热输出管106抽出的地热水通过表面的热交换器301将地热输出管106内部的热量进行转换，从而将地热输出管106的地热水内部的热量传输到热交换器301内部的交换液，实现热量传递，同时失去热量的地热水继续传输，而热交换器301内部得到热量的交换液温度不断升高，同时热交换器301内部的热量通过导热板302传输到隔热箱303内部，使得隔热箱303内部的异丁烷转化为蒸汽状态，之后通过蒸汽排出管304排出，通过蒸汽排出管304排出的蒸汽驱动涡轮305转动，在涡轮转动的作用下带动蒸汽发电机306转动并发电，利用热蒸汽驱动蒸汽发电机306转动进行发电，在保证地热水的热量的情况下进行发电，同时由于涡轮305安装在密封箱307内部，密封箱307内壁采用隔热材料，从而使得异丁烷蒸汽的热量可以很好的保存，之后的蒸汽通过蒸汽冷凝管308表面的冷却系统6进行冷却，从而对异丁烷蒸汽中的地热水的热能进行二次利用。
[0045] 如图1和图2所示，所述冷却系统6包括安装在蒸汽冷凝管308表面的冷凝器601，所述冷凝器601侧面设置有热量采集塔602，所述热量采集塔602内部安装有空心导热柱603，所述空心导热柱603侧面连接有若干个导热管604，所述导热管604末端与冷凝器601固定连接，且空心导热柱603底端连接有与冷凝器601连接有的倾斜弯折管605，通
过冷却系统6将蒸汽冷凝管306的热蒸汽冷却，从而提高热量的利用率，在冷却的时候，蒸汽冷凝管308穿过冷凝器601，使得蒸汽冷凝管308中异丁烷蒸汽的热量传输到冷凝器601内部，使得冷凝器601的液体充分吸收热量，同时蒸汽冷凝管308在冷凝器601内部的部分采用多段弯曲的结构，使得蒸汽冷凝管308中的热蒸汽的热量可以充分传输到冷凝器601的液体，同时由于冷凝器601中的液体不断受热，使得受热的液体不断通过导热管604传输到空心导热柱603内部，之后失去热量的液体通过底部的倾斜弯折管605重新回流到冷凝器601内部继续工作，从而实现循环冷却和循环加热，使得整个过程进行循环进行。
[0046] 整个热能利用系统3利用蒸汽发电和持续加热外部水源的方式有效利用地热水中的热量，同时整个过程安全无污染，符合现在的绿色环保理念。
[0047] 所述注水补偿装置2包括补偿注水管201，所述补偿注水管201底端连接有增压箱202，所述增压箱202内部安装有补偿注水管201连接的排水泵203，所述排水泵203排水端连接有组合注水组件7，整个注水补偿装置2通过排水泵203进行排水，而注水补偿装置2将热能利用之后的地热水重新补偿排入到补偿注水井12内部，从而维持地热水的压力平衡，也有效防止地下岩层因为失去过多水流而坍塌，避免出现安全问题。
[0048] 具体工作如下：由于外部的地热盐水通过补偿主水管201回流，之后排入到增压箱202内部储存便于补偿，之后排水泵203通过组合注水组件7将增压箱202内部的盐水重新排入到地下的补偿注水井12内部，盐水在渗透作用下慢慢渗透到生产抽水井11内部进行水分的补偿，从而保证地下水的稳定性，有效平衡生产抽水井11和补偿注水井12的水压，保证整体的安全性。
[0049] 所述组合注水组件7包括连接在排水泵203底端的注水主管701，所述注水主管701底端安装有导向体702，且所述导向体702和注水主管701之间连接有弹性组件703，所述注水主管701表面安装有若干个偏心配水器704，且相邻的偏心配水器704之间安装有封隔器705，所述偏心配水器704输出端连接有注水分管706，在注水过程中，通过组合注水组件7进行注水，排水泵203通过注水主管701排水，同时注水主管701底端的导向体702起到良好的导向作用，在补偿注水井12内部有效防止注水主管701跑偏而影响水的补偿效果，同时弹性组件703的设置对于注水主管701起到了一定的保护作用，之后注水主管701内部的水分别通过若干个偏心配水器704的注水分管706排出，由于注水主管701内部的水可以在不同的
位置高度不断排出，同时利用封隔器705进行阻挡，使得不同的注水分管706排出的水不会出现混流的情况，同时在对地下水进行压力补偿的时候更加易于调节，实现稳定控制。
[0050] 进一步说明的是，如图1和图3所示，所述增压箱202内部安装有压力调控系统5，所述压力调控系统5包括安装在生产抽水井11内部和补偿注水井12内部的压力采集模块501，所述压力采集模块501输出端电性连接有信号处理模块502，所述信号处理模块502输出端连接有调速驱动模块503，所述调速驱动模块503与排水泵203电性连接进行转速控制，通过压力采集模块501对生产抽水井11和补偿注水井12内部的地下水压进行测试，具体可以采用多个压力
传感器得到更加精确的数据，测得的数据通过信号处理模块502完成信号分析处理，之后通过信号处理模块502发出指令驱动调速驱动模块503，从而利用调速驱动模块503调节排水泵203的运转速度，根据生产抽水井11和补偿注水井12内部的压力情况，调节排水泵203的注水补偿速度，从而保证生产抽水井11和补偿注水井12之间始终处于动态平衡状态，维持整个装置的稳定性和安全性。
[0051] 所述地热输出管106末端连接有盐水回收池309，所述盐水回收池309侧面通过密封座310与补偿注水管201连通连接，所述盐水回收池309内部设置有沉淀网311，同时利用盐水回收池309的沉淀网311对盐水进行沉淀，将抽出地下水中的盐水中的盐分沉淀，方便进行利用，经过利用之后的地下水通过密封座310与补偿注水管201连接，使得利用之后地下水可以被重新排入到地下，实现循环利用，同时盐水回收池309也和外接水源连接，可以对盐水回收池309内部的水分进行补充。
[0052] 需要补充说明的是，所述注水主管701表面侧壁安装有若干个金属片8，所述金属片8靠外一端连接有耐磨垫9，且注水分管706表面安装有金属保护套10，同时利用金属片8对注水主管701进行保护，同时耐磨垫9防止金属片8产生
腐蚀作用，而金属保护套10使得注水分管706在排水时更加安全，防止地下岩层或者泥浆对注水分管706产生腐蚀作用。
[0053] 一种基于热储采灌平衡原理的补偿装置的使用方法，包括如下步骤：
[0054] S100、地热水的采集，通过地热抽水装置将生产抽水井内部的地热水抽出，之后排出到外部，利用地热抽水装置将地热水稳定抽出，同时多个地热分水管相互配合的方式抽水保证了抽水工作的稳定性；
[0055] S200、地热水的利用，通过热能利用系统将抽出的地热水分别进行加热蒸汽的蒸汽发电和热量采集塔内部冷却水的循环加热，完成发电和加热过程，从而有效利用地热水中的热能，减少能量浪费；
[0056] S300、地热水的处理，通过盐水回收池对抽出的盐水进行沉淀利用，在对地热水进行热能利用的同时，通过盐水回收池的沉淀作用，使得盐水回收池内部的盐分可以回收，方便对地下水中的盐分进行二次加工和利用，从而也避免了开采的麻烦；
[0057] S400、地热水的压力补偿，在地热抽水装置将地下的地热水抽出之后，通过注水补偿装置将利用热量之后的盐水重新回流排入到补偿注水井内部，通过渗透作用渗透到地下并进入生产抽水井内部进行压力补偿，同时利用压力调控系统合理控制注水补偿装置的补水速度，使得补偿注水井和生产抽水井之间的水压可以保持动态平衡。
[0058] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
