減消地震型注水深井地熱能利用系統的製作方法

2023-11-07 14:12:32

專利名稱：減消地震型注水深井地熱能利用系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及地震研究及地熱能利用領域，具體涉及一種減消地震型注水深井地熱能利用系統
背景技術：
地球本身存在極大的能量，其中包括有地震能、地磁能、地熱能、地球板塊漂移能、以及其他至今尚未被人類認識的一些能量。根據能量耗散理論，在地核的內部，其能量交換幾乎是平衡的，符合熱力學第一定律、第二定律。但地幔和地殼之間，由於遠離平衡態，存在著物質交換和能量交換，譬如海溝每時每刻「吞吃」著地肉，在別的地方產生了新的巖層，整個地殼存在著複雜的非線性相干效應。非平衡即有序之源，由於能量交換的非平衡是引起地殼變遷的真正原因，因此若能夠有效地將地幔和地殼之間的能量進行釋放，以實現能量的平衡且應該能夠在一定程度上減弱、延緩甚至是消弭地震的發生。德國的R.霍爾尼斯提出的地震分類，一直使用至今即塌陷地震、火山地震和構造地震。上述各類地震的特點參見表一
地震分類火山地震塌陷地震構造地震
地殼內部壓強O-OO
海溝陸側板塊相喀斯特地貌中溶洞板塊縫合線、斷裂帶、海底轉
融巖漿向上通道進一步溶蝕造成垮形成空穴，空穴擊穿軟流層、 噴湧塌巖漿噴湧爆炸引發地震
&眛細邡&向同一斷裂帶中與上一次地震的
海溝陸側弧溝丨.'—I nr- O +日 xp XrLf --U ^ pr-r
源之內卩客斯特地貌地表個^=距
形成氾圍距尚^丄O 2公裡淺層。力2個萬巨
_ 電45°卜、(30。-45。)_表中S為弧溝間隙或地震步距，h為地殼或巖石圈厚度即莫霍深度，N為正整數I. 2. 3......。由上可知，地震是地球擴張、板塊漂移所造成的，是地殼內部物質運動的表現形式，也是地層內壓力失衡造成的能量釋放。能量來源於地核，地震僅僅是巖漿在地殼內的噴發而已。在地質斷裂帶、板塊縫合線和海底轉換斷層等處，由於板塊漂移和地幔柱的作用，使大陸地殼或大洋地殼內，巖石圈內部巖層與俯衝帶(消亡帶及貝尼奧夫帶，和達-貝尼奧夫帶等)發生相撞，俯衝帶反方向運動深潛入M面及軟流層以下，在這一運動過程中，使弧溝間隙、大陸和海洋的C面(康拉德面)和M面(莫霍面)之間產生了裂縫即空穴，稱為地震空穴。地震空穴是在地下C面以下，在高壓強高溫度情況下被強行撕裂開一道缺口，具有高真空即高負壓的性質。高溫度負壓也是一種物理場，很可能還具有超高靜電的特殊性能。從耗散結構論來分析，地震空穴既無能量交換又無物質交換，是一個遠離平衡態的孤立系統。與此相反的是，軟流層以下的巖漿所在的上地幔，處於正高壓，與下地幔存在能量交換和物質交換，是一個開放系統。只要地震空穴在地殼的原始基巖及軟流層物質中找到一絲縫隙，就會「擊穿」軟流層，引發地震空穴的爆炸，即地震空穴的湮滅，巖漿噴發，造成山根動搖，山崩地裂，繼而房屋倒塌，河流壅堵等地震災害。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種減消地震型注水深井地熱能利用系統，其能夠有效減弱、延緩甚至是消弭地震、並能有效提高地熱能的利用率。為解決上述問題，本發明所設計的一種減消地震型注水深井地熱能利用系統，主要由多個深井注水口、多個深井供氣口、多條鑽井管道、冷水水源供水管道、以及地熱利用設備所組成；上述多個深井注水口和多個深井供氣口均設於地面上，且分布在以城市主軸為中心、半徑為I個地殼厚度的圓周上；深井注水口和深井供氣口相互間隔設置；每個深井注水口的上方通過加壓注水裝置與冷水水源供水管道相連通，每個深井供氣口的上方與地熱利用設備相連通；每個深井注水口和每個深井供氣口的下方均與至少2條鑽井管道相連通；上述每條鑽井管道均從地面向下延伸至地下8 12km處，2個相鄰的深井注水口和深井供氣口下方所連的至少各一條鑽井管道的末端在地下8 12km處相互靠近或連接。為了能夠有效利用自然界的現有水源，所述冷水水源供水管道的入水端與海水、湖水和/或江河水相連通。為了能夠有效利用所獲得的地熱能，所述地熱利用設備為地熱發電站和/或城市
供暖管道。為了有效地將地震能級降低，所述深井注水口和深井供氣口的總和為32的倍數。上述方案中，所述冷水水源供水管道為鋼管。上述方案中，深井注水口和深井供氣口相互間隔設置的方式有如下2種其一採用完全等距設置方式，即讓每個深井注水口均和與之相鄰的2個深井供氣口之間的間距相等，每個深井供氣口均和與之相鄰的2個深井注水口之間的間距相等；其二採用分組等距設置方式，即讓一個深井注水口與一個深井供氣口相互靠近形成一組深井口，然後讓每組深井口和與之相鄰的2組深井口之間的間距相等。上述方案中，當深井注水口和深井供氣口採用等距設置方式時，相鄰的深井注水口和深井供氣口之間的間隔為2 4公裡。上述方案中，當深井注水口和深井供氣口採用分組等距設置方式時，所述每組深井口之間的間隔為2 4公裡，每組深井口內的深井注水口與深井供氣口之間的間隔為200 400 米。與現有技術相比，本發明通過人工建造一個環城深井網，並通過深井注水網向該環城深井口中注入自然界的冷水水源，加壓注入的冷水以很快的速度流向地層深處；由於該環城深井網的深井注水口下方所連鑽井管道與深井供氣口下方所連鑽井管道在地層深處交匯或靠近，因此從深井注水口加壓注入的冷水能夠大面積收集地核能、地殼能和地質、斷裂帶上的摩擦能等，這些高溫高壓的地熱能量能夠將環城深井網中的冷水轉化為水蒸氣供供暖系統和/或推動蒸汽渦輪發電機進行發電；這樣不僅能夠提高地熱能的利用率，節約能源；而且加壓注入的冷水甚至可破壞掉康拉德面和莫霍面之間的地震空穴，且長期使用能夠耗散掉地震大部分的能量，起到延緩、減弱、甚至消弭地震的作用；此外，長期堅持在地表沉降區或抬升區注水，可以改變沉降區地下水的狀態而使得沉降區回升，或可以改變抬升區的應力而使得抬升區不再抬升。


圖I為一種減消地震型注水深井地熱能利用系統的部分剖視圖。圖2為減消地震型注水深井地熱能利用系統的一種布局方式。圖3為減消地震型注水深井地熱能利用系統的另一種布局方式。圖中標不1、深井注水口 ；2、深井供氣口 ；3、鑽井管道；4、冷水水源供水管道；5、地熱利用設備；6、加壓注水裝置。
具體實施例方式參見圖1，一種減消地震型注水深井地熱能利用系統，主要由多個深井注水口、多個深井供氣口、多條鑽井管道、冷水水源供水管道、以及地熱利用設備所組成；上述多個深井注水口和多個深井供氣口均設於地面上，且分布在以城市主軸為中心、半徑為I個地殼厚度的圓周上；深井注水口和深井供氣口相互間隔設置；每個深井注水口的上方通過加壓注水裝置與冷水水源供水管道相連通，每個深井供氣口的上方與地熱利用設備相連通；每個深井注水口和每個深井供氣口的下方均與至少2條鑽井管道相連通；上述每條鑽井管道均從地面向下延伸至地下8 12km處，2個相鄰的深井注水口和深井供氣口下方所連的至少各一條鑽井管道的末端在地下8 12km處相互靠近或連接。為了能夠有效的利用自然界的水源向地下注水，所述冷水水源供水管道的入水端與海水、湖水和/或江河水相連通，即冷水水源可以是海水、湖水和江河水中的一種或多種。為了能夠將獲得的地熱能進行有效的利用，所述地熱利用設備為地熱發電站和/或城市供暖管道。設置在深井注水口和深井供氣口上方的管道即冷水水源供水管道和城市供暖管道為鋼管，而設置在深井注水口和深井供氣口下方的鑽井管道則是直接採用鑽探設備在地下鑽出的深井管孔。深井注水口和深井供氣口可以布設成正圓形、橢圓形、多邊形、規則的近圓形、甚至是矩形。在弧溝間隔的陸側，即沿海岸線的地質斷裂帶設置可以採用直線布局，以減消大陸架的地震。每個深井注水口下方所連的至少2條鑽進管道均分為2組，這2組鑽進管道以深井注水口下為中心呈倒V形設置並延伸，並分別與相鄰的2個深井供氣口靠近或相連。同樣的，每個深井供氣口下方所連的至少2條鑽進管道均分為2組，這2組鑽進管道以深井供氣口下為中心呈倒V形設置並延伸，並分別與相鄰的2個深井注水口靠近或相連。 由於每一個地震等級之間能量相差32倍，因此為了能夠有效地將地震等級降低，本發明所述深井注水口和深井供氣口的個數總和為32的倍數，即深井注水口和深井供氣口的個數總和為32 Xη個，其中η為擬減弱的地震級數。若深井注水口和深井供氣口的總數恰好為32個時，此時η = 1，那麼實際爆發的地震就只是3. 3級，而不是本應發生的4. 3級。若深井注水口和深井供氣口的總數恰好為64個時，此時η = 2，那麼實際爆發的地震就只是2. 3級，而不是本應發生的4. 3級。以此類推，若深井注水口和深井供氣口的總數為32η時，則實際爆發的地震震級為G-n級，而不是原來本應發生的地震級數G級。深井注水口和深井供氣口的間隔依據所布設的圓周周長和擬設的深井注水口和深井供氣口的個數而定，
即深井口間隔Z = Y。深井注水口和深井供氣口相互間隔設置的方式有如下2種其一如32η
圖2所示，採用完全等距設置方式，即讓每個深井注水口均和與之相鄰的2個深井供氣口之間的間距相等，每個深井供氣口均和與之相鄰的2個深井注水口之間的間距相等。此時，每個深井注水口和與之相鄰的深井供氣口之間的間隔為2 4公裡。其二如圖3所示，採用分組等距設置方式，即讓一個深井注水口與一個深井供氣口相互靠近形成一組深井口，然後讓每組深井口和與之相鄰的2組深井口之間的間距相等。此時每組深井口內部的深井注水口與深井供氣口之間的間隔為200 400米。每組深井口之間的間隔為2 4公裡。深井管道從深井注水口或深井供氣口處傾斜向下延伸，即每個深井注水口或深井供氣口上連接的至少2條深井管道分別向左右兩側傾斜，並相互形成倒V型，這樣深井注水口的深井管道末端才能夠與2個相鄰深井供氣口的深井管道末端相互靠近。深井注水口所連深井管道的末端與深井供氣口所連深井管道的末端相靠近之處本系統最為重要的能量交換之處，其埋深的深度決定了水蒸氣的壓力與溫度，埋深的深度越深，水蒸氣的溫度和壓強越高，地熱能的利用率也更高。考慮到目前深井鑽頭的最大鑽井深度為12公裡左右，因此在發明中，深井注水口所連深井管道的末端與深井供氣口所連深井管道的末端的埋深深度介於地下8 12公裡之間。在本發明優選實施例中，深井注水口所連深井管道的末端與深井供氣口所連深井管道的末端的埋深深度為10公裡，那裡的壓強能夠達到2700大氣壓、300°C的溫度，而高溫地熱發電所需的高溫蒸汽的溫度為150°C 300°C。冷水水源供水管道將海水、河水或湖泊水等冷水引入至各深井注水口處。冷水在加壓裝置的作用下從各深井注水口注入與之相連的深井管道內，冷水逐漸從地下8 12公裡處滲入地殼深處。由於地殼深處具有極大的地熱能，因此冷水在地殼深處會吸收地熱能而轉換為熱蒸汽，這些產生蒸汽會沿著深井供氣口上所連的深井管道排出以供地熱利用設備即地熱發電站或城市供暖管道所用。由於從深井注水口注入的冷水會隨著時間的推移，逐漸進入到地殼的各個部分，如地震空穴之處，這樣不僅能夠將地殼深處的能量進行釋放，而且能夠讓地震空穴吸收大量水蒸氣，從而有效延緩甚至是減弱消弭地震的發生。本發明最好建造在潛在地震高發區，如VI VII度地震烈度區、地質斷裂帶處、逆掩層處、板塊縫合線處、以及弧溝間隙處。此外，本發明還能將城市供水、供暖、供電等功能集合為一體，實現城市能源管網的集中和統一化的管理。
權利要求
1.減消地震型注水深井地熱能利用系統，其特徵在於主要由多個深井注水口、多個深井供氣口、多條鑽井管道、冷水水源供水管道、以及地熱利用設備所組成；上述多個深井注水口和多個深井供氣口均設於地面上，且分布在以城市主軸為中心、半徑為I個地殼厚度的圓周上；深井注水口和深井供氣口相互間隔設置；每個深井注水口的上方通過加壓注水裝置與冷水水源供水管道相連通，每個深井供氣口的上方與地熱利用設備相連通；每個深井注水口和每個深井供氣口的下方均與至少2條鑽井管道相連通；上述每條鑽井管道均從地面向下延伸至地下8 12km處，2個相鄰的深井注水口和深井供氣口下方所連的至少各一條鑽井管道的末端在地下8 12km處相互靠近或連接。
2.根據權利要求I所述減消地震型注水深井地熱能利用系統，其特徵在於所述冷水水源供水管道的入水端與海水、湖水和/或江河水相連通。
3.根據權利要求I所述減消地震型注水深井地熱能利用系統，其特徵在於所述地熱利用設備為地熱發電站和/或城市供暖管道。
4.根據權利要求I 3中任意一項所述減消地震型注水深井地熱能利用系統，其特徵在於所述深井注水口和深井供氣口的總和為32的倍數。
5.根據權利要求I所述減消地震型注水深井地熱能利用系統，其特徵在於所述冷水水源供水管道為鋼管。
6.根據權利要求I所述減消地震型注水深井地熱能利用系統，其特徵在於深井注水口和深井供氣口相互間隔設置的方式有如下2種其一採用完全等距設置方式，即讓每個深井注水口均和與之相鄰的2個深井供氣口之間的間距相等，每個深井供氣口均和與之相鄰的2個深井注水口之間的間距相等；其二採用分組等距設置方式，即讓一個深井注水口與一個深井供氣口相互靠近形成一組深井口，然後讓每組深井口和與之相鄰的2組深井口之間的間距相等。
7.根據權利要求6所述減消地震型注水深井地熱能利用系統，其特徵在於當深井注水口和深井供氣口採用等距設置方式時，相鄰的深井注水口和深井供氣口之間的間隔為2 4公裡。
8.根據權利要求6所述減消地震型注水深井地熱能利用系統，其特徵在於當深井注水口和深井供氣口採用分組等距設置方式時，所述每組深井口之間的間隔為2 4公裡，每組深井口內的深井注水口與深井供氣口之間的間隔為200 400米。
全文摘要
本發明公開一種減消地震型注水深井地熱能利用系統，其多個深井注水口和多個深井供氣口均設於地面上，且分布在以城市主軸為中心、半徑為1個地殼厚度的圓周上；深井注水口和深井供氣口相互間隔設置；每個深井注水口的上方通過加壓注水裝置與冷水水源供水管道相連通，每個深井供氣口的上方與地熱利用設備相連通；每個深井注水口和每個深井供氣口的下方均與至少2條鑽井管道相連通；上述每條鑽井管道均從地面向下延伸至地下8～12km處，2個相鄰的深井注水口和深井供氣口下方所連的至少各一條鑽井管道的末端在地下8～12km處相互靠近或連接。本發明能夠有效減弱、延緩甚至是消弭地震、並能有效提高地熱能的利用率。
文檔編號F24J3/08GK102635966SQ201210134430
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者劉小兵, 孫保燕, 張宇, 張嵩, 張翼宏, 張榮付, 曾錚, 申健民, 秦樹淼, 範霞, 趙新生 申請人:張宇