一种用于地热井上返段的双壁隔热取水管

1.本发明涉及地热开发技术领域，特别是涉及一种用于地热井上返段的双壁隔热取水管。


背景技术：

2.地热能是清洁环保的新型可再生能源，积极开发利用地热能对缓解能源资源压力、实现非化石能源目标、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要的现实意义和长远的战略意义。
3.当前中深层地热能的利用方式主要是抽灌式地下水系统，抽灌式地下水系统通过钻开采井和回灌井进行循环取热，其使用存在很多局限性，例如要求地热开发利用区域具有较丰富的地下热水资源；在部分孔隙型热储地区，地热尾水回灌效果一直不理想，回灌水中的微小杂质可能堵塞地热井岩层空隙，导致无法回灌，这是制约抽灌式地下水系统开发利用地热资源的一个主要因素；若不回灌则会导致地下水位下降，地表下沉，土壤盐碱化；在城市建筑密集区，钻井位置也是制约地热开发的一项重要因素。基于抽灌式地下水系统存在的缺点，开发新的地热开发模式成为推广地热能利用的必要途径。
4.地热井单井注采闭式取热系统，仅需钻探一口地热井，采用水泥固井之后，将取水管路连接好并下入到地热井预定位置，通过取水管路与地热井之间的环空注入循环介质(冷水)，循环介质(冷水)到达预定位置后从地热储层取热升温，然后进入取水管路内管，上返至地面热交换器，真正意义上实现地热开发的取热不取水，且对地热资源要求较低，不存在尾水回灌堵塞地层等问题，具有广阔的市场应用前景。由于回灌的介质是从管道与钻孔之间的环空注入，且注入的温度为常温，而取出的地热水从管道中心输出，如果使用常规的取热水管，仅仅隔着一层管壁，管内的热水会与管外冷水发生热交换，从而降低管内水的温度，所以需要一种新型双层取热保温管，来降低换热之后的水由地下储层取到地上后的热损失。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于地热井上返段的双壁隔热取水管，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高管道的隔热保温性能，降低热水在管道内向上输送时的热损失。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种用于地热井上返段的双壁隔热取水管，包括外管和设置于所述外管内的内管，所述内管内壁上固定贴合有内隔热层，所述内管外壁上固定贴合有外隔热层，所述外隔热层外表面与所述外管内壁之间存在间隙。
8.优选的，还包括上隔热套和下隔热套，所述上隔热套和所述下隔热套分别套设于所述内管上下两端并均与所述外管内壁相抵接。
9.优选的，所述内管包括管体、公密封套和母密封套，所述管体两端分别与所述公密封套和所述母密封套密封固定连接，相邻的两个所述内管，一个所述内管的所述公密封套
能够密封插接于另一个所述内管的所述母密封套内，所述上隔热套套设于所述公密封套外，所述下隔热套套设于所述母密封套外。
10.优选的，所述公密封套用于插接于所述母密封套内的一端外周面上设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有密封圈，插接连接的所述公密封套和所述母密封套通过所述密封圈密封连接。
11.优选的，所述外管两端分别设有母连接套和公连接套，相邻的两个所述外管，一个所述外管的所述公连接套能够与另一个所述外管的所述母连接套螺纹连接。
12.优选的，所述公密封套外周面上设有环形限位凸起，所述环形限位凸起包括外周面为倒锥面的承载部，所述外管内表面设有与所述承载部对应的倒锥形承载面，所述上隔热套包括隔热承载部，所述隔热承载部配合连接于所述承载部外周面和所述倒锥形承载面之间，所述隔热承载部内表面和外表面分别与所述承载部外周面和所述倒锥形承载面相接触。
13.优选的，所述上隔热套还包括与所述隔热承载部固定连接的限位部，所述限位部内表面设有第一限位凹槽，所述第一限位凹槽内设有第一限位挡圈，所述第一限位挡圈能够对所述环形限位凸起形成阻挡使所述环形限位凸起不能向上脱离出所述上隔热套，所述外管内表面设有第二限位凹槽，所述第二限位凹槽内设有第二限位挡圈，所述第二限位挡圈能够对所述限位部形成阻挡使所述上隔热套不能向上脱离所述倒锥形承载面。
14.优选的，所述内隔热层为在所述内管内部衬入聚乙烯管形成，所述外隔热层为在所述内管外壁涂抹粘结剂并喷涂sio2气凝胶粉形成。
15.优选的，所述上隔热套和所述下隔热套均为聚四氟乙烯材质制作而成。
16.优选的，所述管体为无缝钢管，所述公密封套和所述母密封套均为35crmo材质制作而成，所述管体与所述公密封套和所述母密封套焊接固定连接。
17.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.本发明提供的用于地热井上返段的双壁隔热取水管，循环介质在地热井中下部高温区域发生热交换后，从内管中心通道上返至地面热交换器时，内隔热层和外隔热层的设置，提高了内管的隔热性能，而且，外隔热层外表面与外管内壁之间存在的间隙内有空气，空气是热的不良导体，进一步降低了热量由内管传递到外管，从而提高管道的隔热保温性能，降低热水在管道内向上输送时的热损失。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明提供的用于地热井上返段的双壁隔热取水管的结构示意图；
21.图2为图1中用于地热井上返段的双壁隔热取水管中的ⅰ部分的局部放大示意图；
22.图3为本发明提供的用于地热井上返段的双壁隔热取水管中的上隔热套的剖面图；
23.图4为本发明提供的用于地热井上返段的双壁隔热取水管中的下隔热套的剖面
图；
24.图5为本发明提供的用于地热井上返段的双壁隔热取水管相互连接的结构示意图；
25.图6为图5中ⅱ部分的局部放大示意图；
26.图7为采用本发明提供的用于地热井上返段的双壁隔热取水管进行地热井单井取热的结构示意图；
27.图中：100
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用于地热井上返段的双壁隔热取水管、1
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外管、2
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内管、3
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内隔热层、4
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外隔热层、5
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上隔热套、6
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下隔热套、7
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管体、8
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公密封套、9
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母密封套、10
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环形凹槽、11
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密封圈、12
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母连接套、13
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公连接套、14
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环形限位凸起、15
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承载部、16
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倒锥形承载面、17
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隔热承载部、18
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限位部、19
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第一限位凹槽、20
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第一限位挡圈、21
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第二限位凹槽、22
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第二限位挡圈、23
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滤水管、24
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孔口设备、25
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循环介质处理设备、26
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换热器、27
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泵、28
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用户端、29
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环空、30
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地热储层、31
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换热段、32
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上返段。
具体实施方式
28.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。
29.本发明的目的是提供一种用于地热井上返段的双壁隔热取水管，以解决现有技术存在的问题，能够提高管道的隔热保温性能，降低热水在管道内向上输送时的热损失。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.如图1和图7所示，本实施例提供一种用于地热井上返段的双壁隔热取水管100，包括外管1和设置于外管1内的内管2，内管2内壁上固定贴合有内隔热层3，内管2外壁上固定贴合有外隔热层4，外隔热层4外表面与外管1内壁之间存在间隙。
32.使用时，循环介质在地热井中下部高温区域即地热储层30发生热交换后，从内管2中心通道上返至地面换热器26时，内隔热层3和外隔热层4的设置，提高了内管2的隔热性能，而且，外隔热层4外表面与外管1内壁之间存在的间隙(间隙中的空气是热的不良导体)进一步降低了热量由内管2传递到外管1，从而提高管道的隔热保温性能，降低热水在管道内向上输送时的热损失。
33.如图1
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图4所示，本实施例中，还包括上隔热套5和下隔热套6，上隔热套5和下隔热套6分别套设于内管2上下两端并均与外管1内壁相抵接。通过上隔热套5和下隔热套6能够保证内管2和外管1之间的径向相对位置，防止内管2外的外隔热层4和外管1直接接触导致的热传递。
34.如图1
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图2和图5
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图6所示，本实施例中，内管2包括管体7、公密封套8和母密封套9，管体7两端分别与公密封套8和母密封套9密封固定连接，相邻的两个内管2，一个内管2的公密封套8能够密封插接于另一个内管2的母密封套9内，上隔热套5套设于公密封套8外，下隔热套6套设于母密封套9外，方便内管2之间的拆卸和安装，可以多次使用。
35.如图1和图6所示，本实施例中，公密封套8用于插接于母密封套9内的一端外周面
上设有环形凹槽10，环形凹槽10内设有密封圈11，插接连接的公密封套8和母密封套9通过密封圈11密封连接，其中，环形凹槽10设有两个，两个环形凹槽10间隔排列，各环形凹槽10内均设有一个密封圈11，密封圈11为o型密封圈，密封效果更好。
36.如图1和图6所示，本实施例中，外管1两端分别设有母连接套12和公连接套13，相邻的两个外管1，一个外管1的公连接套13能够与另一个外管1的母连接套12螺纹连接，连接方便，便于进行拆卸。
37.如图2
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图3所示，本实施例中，公密封套8外周面上设有环形限位凸起14，环形限位凸起14包括外周面为倒锥面的承载部15，外管1内表面设有与承载部15对应的倒锥形承载面16，上隔热套5包括隔热承载部17，隔热承载部17配合连接于承载部15外周面和倒锥形承载面16之间，隔热承载部17内表面和外表面分别与承载部15外周面和倒锥形承载面16相接触。内管2的承载部15通过上隔热套5的隔热承载部17承载于外管1内的倒锥形承载面16上，起到对内管2进行支撑的作用。
38.如图2
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图3所示，本实施例中，上隔热套5还包括与隔热承载部17固定连接的限位部18，限位部18内表面设有第一限位凹槽19，第一限位凹槽19内设有第一限位挡圈20，第一限位挡圈20能够对环形限位凸起14形成阻挡使环形限位凸起14不能向上脱离出上隔热套5，外管1内表面设有第二限位凹槽21，第二限位凹槽21内设有第二限位挡圈22，第二限位挡圈22能够对限位部18形成阻挡使上隔热套5不能向上脱离倒锥形承载面16，从而将内管2限定于外管1内，保证内管2和外管1的相对位置保持不变。
39.本实施例中，内隔热层3为在内管2内部衬入聚乙烯管形成，外隔热层4为在内管2外壁涂抹粘结剂并喷涂sio2气凝胶粉形成。聚乙烯管的设置不仅提高了内管2的隔热性能，而且，在传输高温循环介质时，聚乙烯管具有良好的耐腐蚀性。其中，外隔热层4的制作工艺为：先在内管2外壁涂抹金属粘结剂，再喷涂sio2气凝胶粉到金属粘结剂上，待sio2气凝胶粉完全覆盖到内管外壁上之后再涂抹金属粘结剂，之后再将喷涂sio2气凝胶粉到金属粘结剂上，如此反复直至达到sio2气凝胶的预定厚度。
40.本实施例中，上隔热套5和下隔热套6均为聚四氟乙烯材质制作而成，隔热效果好，耐高温。
41.本实施例中，管体7为无缝钢管，公密封套8和母密封套9均为35crmo材质制作而成，管体7与公密封套8和母密封套9焊接固定连接，其中，外管1采用石油标准钻杆，结构可靠，相比常规pvc管使用寿命大大提高，并且相对于几乎是一次性的常规pvc管，本取水管可以实现多次多口井长时间使用。
42.如图7所示，本发明适用于中深层单井地热井，取水管柱由多个首尾相连的用于地热井上返段的双壁隔热取水管100和连接在最下端的用于地热井上返段的双壁隔热取水管100的滤水管23(花管)构成，通过孔口设备24将取水管柱上端固定于地热井井口，滤水管23的长度及下放深度应与地热储层30(地热井循环介质换热地层)区域跨度一致，取水管柱包括换热段31和上返段32，换热段31为滤水管23所构成的管段，上返段为取水管柱中的滤水管23上端至地面之间的管段，本装置主要用于升温之后的循环介质的上返传输阶段，即上返段由多个用于地热井上返段的双壁隔热取水管100构成。取热模式为将取水管柱下入到预定位置，将循环介质在泵27的作用下通过取水管柱与井壁之间的环空29注入，直到高温区域(即换热地层区域)，循环介质在地热井中下部高温区域发生热交换后，循环介质经滤
水管23进入并从取水管中心通道(内管2中心通道)上返至地面循环介质处理设备25，经循环介质处理设备25处理后进入换热器26，在换热器26处与用户端28热交换后，循环介质再通过泵27输送至环空29内。循环介质行进路线为：地面—环空—滤水管—双壁隔热取水管—地面。本发明可保证已经升温的循环介质通过本装置中心通道上返时，通过内管、内隔热层、外隔热层、间隙中的空气、外管等多层隔热措施来隔绝热量传递，最大限度减少热量损失。
43.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。