【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于地熱井施工，具體涉及一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備。
技術介紹
1、隨著全球能源結構的轉型和環境保護的日益迫切，地熱作為一種清潔、可再生的能源形式，正逐漸受到人們的關注和青睞。地熱能具有無處不在、連續穩定、開發成本低、環境友好等顯著優點，是一種零碳或近零碳、綠色清潔型可再生能源，具有廣闊的開發利用前景。根據取熱方式可以將地熱能分為取水型和取熱型，取水型地熱主要是通過開采地下熱水，提取地下熱水中的熱能進行發電、供暖、洗浴等，換熱效率高，應用靈活，可以持續供應，不受季節性變化的影響，且運行穩定可靠。但是地熱流體資源有限，回灌難度大，容易對地下巖層構造造成破壞；取熱型地熱是利用地下高溫巖石或者地熱流體為熱源，通過套管內的換熱流體，一般為軟化后的清水，以熱傳導和熱對流的方式將地下熱能攜帶至地表，再通過板式換熱器、熱泵機組等調節至用戶所需溫度，這種取熱技術也稱為“取熱不取水”型地下換熱技術，主要優點有：1)高效節能，地源熱泵系統利用地下恒定的溫度進行熱交換，其能效比(cop)通常高于傳統空調和供暖系統；2)綠色環保，該系統運行時不燃燒化石燃料，減少了溫室氣體和其他污染物的排放，不抽取地下熱水，對環境影響極小；3)穩定性強，地下溫度相對穩定，不受外界極端天氣的影響；4)維護成本低，系統的主要部件位于室內，避免了惡劣天氣的侵蝕，且運動部件較少，減少了磨損和維護的需求，長期運營成本低；5)壽命長，地源熱泵系統的地下部分設計壽命長達50年，地上部分可達30年以上，遠超常規空調和供暖設備的壽命；6)可再生性，地源熱泵利用的
2、單井閉式循環取熱技術需要營造閉式循環的環境，主要是利用外套管和內保溫套管建立閉式循環空間。具體流程為：首先鉆井工作完成后，下入外套管；外套管下井完畢后，注入特殊固井水泥(高導熱系數)進行固井；固井完畢后下入保溫內管，為了保證外套管和保溫內管的同心度，需要每隔特定間距下入扶正器，以確保形成閉式循環的環境，供循環工質(軟化后的清水)進行換熱和循環流動。整個下套管過程需要重復進行兩次，而且還需要不斷的下入扶正器調整內外管的同心度，延長施工工期，對鉆井工作而言，施工周期越長，鉆探成本越高，而且重復下套作業提高了施工人員的勞動強度。為解決上述問題，有必要開發一次性下套和自動調整內外套管同心度的套管結構，采用雙套管結構，理論上可以實現一次性下套、自動調整內外套管同心度、縮短施工周期、降低勞動強度的目的。
3、有鑒于此，專利技術人期望設計一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服傳統技術中存在的上述問題，提供一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備。
2、為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本專利技術是通過以下技術方案實現：
3、本專利技術提供一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，包括外套管、內保溫套管、限位扶正架、同軸扶正架、多功能浮鞋、內六角螺絲、彈簧固定螺絲、壓縮彈簧、半球閥、拉伸彈簧和燕尾板；所述外套管的內部由上至下安裝有內保溫套管、限位扶正架、同軸扶正架和燕尾板，所述限位扶正架與內保溫套管固定連接，所述同軸扶正架安裝在限位扶正架的外側，所述燕尾板通過拉伸彈簧與外套管的內壁連接，所述外套管的底端安裝有多功能浮鞋，所述多功能浮鞋的內部通過內六角螺絲安裝有彈簧支承板，所述彈簧支承板通過彈簧固定螺絲和安裝有壓縮彈簧，所述壓縮彈簧遠離彈簧支承板的一端安裝有半球閥。
4、進一步地，上述用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備中，所述外套管的上端內側環向均布有至少三處限位槽，所述外套管的上端設有內螺紋a，且該螺紋處設置有上加厚環；所述外套管下端設有外螺紋a，且該螺紋處設置有下加厚環；兩個加厚環均設有降低外套管下井時摩擦阻力和注漿固井時流動阻力用的倒角；所述外套管相互之間通過螺紋固定連接。
5、進一步地，上述用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備中，所述內保溫套管沿徑向分三層，內層為抗壓層，中間層為保溫填充材料，外層為定型層；所述內保溫套管的上端外側設有與限位扶正架固定連接用的外螺紋b，下端外側設有與同軸扶正架配合的變徑凹槽a，所述變徑凹槽的上部內側有內螺紋b，下端外側除最下層內保溫套管外均設有有外螺紋c；所述內保溫套管之間通過螺紋固定連接；當進行水泥固井時，會對所述內保溫套管產生較高壓力，抗壓層為高強度鋼材，可以防止高壓對內保溫套管整體產生的破壞；中層為保溫填充材料，起到保溫隔熱的作用；外層為定型層，確定內保溫套管的整體形狀；同時內保溫套管、限位扶正架、同軸扶正架、多功能浮鞋組合安裝可實現上下一徑，保證循環工質循環的流暢性。
6、進一步地，上述用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備中，所述限位扶正架的連接環內側有內螺紋c，外側環向均布有至少三處限位架；所述限位架呈能夠提高軸向限位能力的三角形，所述限位架整體呈中間厚兩邊薄的特征，降低循環工質循環阻力；所述限位架末端設有限位塊，所述限位塊與外套管的限位槽緊密配合；當所述外套管之間相互連接時，所述限位塊會被完全封鎖，起到限位的作用，此時所述內保溫套管的上部因限位扶正架的存在只能居中。
7、進一步地，上述用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備中，所述同軸扶正架設有與內保溫套管中變徑凹槽a配合的內扶正環以及與外套管貼合的外扶正環，所述外扶正環上端設有降低循環工質流動阻力用的倒角，所述內扶正環和外扶正環之間設有至少三處扶正臂，所述扶正臂整體呈現中間厚兩邊薄的特征，降低循環工質循環阻力；當所述內保溫套管之間相互連接時，所述內扶正環會被兩內保溫套管軸向限位，所述外扶正環的外徑與外套管的內徑相同，在所述扶正臂的作用下扶正內保溫套管，使所述內保溫套管與外套管保持同軸。
8、進一步地，上述用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備中，所述多功能浮鞋的上端外側設有與外套管固定連接用的內螺紋d，上端內側設有與內保溫套管插接固定用的變徑凹槽b，所述多功能浮鞋的外壁內側環向均布有至少一處拉伸彈簧固定環，所述拉伸彈簧固定環的下端設有導向圓角；所述多功能浮鞋內壁環向均布若干與燕尾板緊密配合的燕尾槽，所述燕尾槽外側設有對循環工質進行導向和減阻用的減阻圓角a；所述多功能浮鞋的下半段包括兩個對立的圓臺結構，上圓臺縮徑，下圓臺直徑逐漸擴大至能夠與半球閥配合可形成單向閥；所述多功能浮鞋的下端設有減小下套管阻力和固井水泥上返阻力用的減阻圓角b，所述多功能浮鞋的下端底部設有兩個對稱凹槽和盲孔，所述凹槽和盲孔能夠固定彈簧支承板，進而為壓縮彈簧提供支承力。
9、進一步地，上述用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備中，所述燕尾板的外側設有拉伸彈簧固定環，所述拉伸彈簧固定環整體呈現外徑窄、內徑寬的結構，與多功能浮鞋上的燕尾槽緊密配合；當水泥固井時，所述燕尾板與燕尾槽在拉伸彈簧的作用下處于閉合狀態；當固井完成后進行熱循環時，所述拉伸彈簧在壓力的作用下進一步被拉伸直至破壞，此時燕尾板在重力本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，包括外套管(1)、內保溫套管(2)、限位扶正架(3)、同軸扶正架(4)、多功能浮鞋(5)、內六角螺絲(6)、彈簧固定螺絲(8)、壓縮彈簧(9)、半球閥(10)、拉伸彈簧(11)和燕尾板(12)；所述外套管(1)的內部由上至下安裝有內保溫套管(2)、限位扶正架(3)、同軸扶正架(4)和燕尾板(12)，所述限位扶正架(3)與內保溫套管(2)固定連接，所述同軸扶正架(4)安裝在限位扶正架(3)的外側，所述燕尾板(12)通過拉伸彈簧(11)與外套管(1)的內壁連接，所述外套管(1)的底端安裝有多功能浮鞋(5)，所述多功能浮鞋(5)的內部通過內六角螺絲(6)安裝有彈簧支承板(7)，所述彈簧支承板(7)通過彈簧固定螺絲(8)和安裝有壓縮彈簧(9)，所述壓縮彈簧(9)遠離彈簧支承板(7)的一端安裝有半球閥(10)。
2.根據權利要求1所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述外套管(1)的上端內側環向均布有至少三處限位槽(101)，所述外套管(1)的上端設有內螺紋A(102)，且該螺紋處設置有上加厚
3.根據權利要求2所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述內保溫套管(2)沿徑向分三層，內層為抗壓層(205)，中間層為保溫填充材料(206)，外層為定型層(207)；所述內保溫套管(2)的上端外側設有與限位扶正架(3)固定連接用的外螺紋B(201)，下端外側設有與同軸扶正架(4)配合的變徑凹槽A(203)，所述變徑凹槽(203)的上部內側有內螺紋B(202)，下端外側除最下層內保溫套管(2)外均設有有外螺紋C(204)；所述內保溫套管(2)之間通過螺紋固定連接。
4.根據權利要求3所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述限位扶正架(3)的連接環內側有內螺紋C(301)，外側環向均布有至少三處限位架(302)；所述限位架(302)呈能夠提高軸向限位能力的三角形，所述限位架(302)整體呈中間厚兩邊薄的特征，降低循環工質循環阻力；所述限位架(302)末端設有限位塊(303)，所述限位塊(303)與外套管(1)的限位槽(101)緊密配合；當所述外套管(1)之間相互連接時，所述限位塊(303)會被完全封鎖，起到限位的作用，此時所述內保溫套管(2)的上部因限位扶正架(3)的存在只能居中。
5.根據權利要求4所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述同軸扶正架(4)設有與內保溫套管(2)中變徑凹槽A(203)配合的內扶正環(403)以及與外套管(1)貼合的外扶正環(401)，所述外扶正環(401)上端設有降低循環工質流動阻力用的倒角，所述內扶正環(403)和外扶正環(401)之間設有至少三處扶正臂(402)，所述扶正臂(402)整體呈現中間厚兩邊薄的特征，降低循環工質循環阻力；當所述內保溫套管(2)之間相互連接時，所述內扶正環(403)會被兩內保溫套管(2)軸向限位，所述外扶正環(401)的外徑與外套管(1)的內徑相同，在所述扶正臂(402)的作用下扶正內保溫套管(2)，使所述內保溫套管(2)與外套管(1)保持同軸。
6.根據權利要求5所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述多功能浮鞋(5)的上端外側設有與外套管(1)固定連接用的內螺紋D(501)，上端內側設有與內保溫套管(2)插接固定用的變徑凹槽B(511)，所述多功能浮鞋(5)的外壁內側環向均布有至少一處拉伸彈簧固定環(502)，所述拉伸彈簧固定環(502)的下端設有導向圓角(503)；所述多功能浮鞋(5)內壁環向均布若干與燕尾板(12)緊密配合的燕尾槽(509)，所述燕尾槽(509)外側設有對循環工質進行導向和減阻用的減阻圓角A(510)；所述多功能浮鞋(5)的下半段包括兩個對立的圓臺結構，上圓臺(504)縮徑，下圓臺(505)直徑逐漸擴大至能夠與半球閥(10)配合可形成單向閥；所述多功能浮鞋(5)的下端設有減小下套管阻力和固井水泥上返阻力用的減阻圓角B(506)，所述多功能浮鞋(5)的下端底部設有兩個對稱凹槽(507)和盲孔(508)，所述凹槽(507)和盲孔(508)能夠固定彈簧支承板(7)，進而為壓縮彈簧(9)提供支承力。
7.根據權利要求6所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述燕尾板(12)...
【技術特征摘要】
1.一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，包括外套管(1)、內保溫套管(2)、限位扶正架(3)、同軸扶正架(4)、多功能浮鞋(5)、內六角螺絲(6)、彈簧固定螺絲(8)、壓縮彈簧(9)、半球閥(10)、拉伸彈簧(11)和燕尾板(12)；所述外套管(1)的內部由上至下安裝有內保溫套管(2)、限位扶正架(3)、同軸扶正架(4)和燕尾板(12)，所述限位扶正架(3)與內保溫套管(2)固定連接，所述同軸扶正架(4)安裝在限位扶正架(3)的外側，所述燕尾板(12)通過拉伸彈簧(11)與外套管(1)的內壁連接，所述外套管(1)的底端安裝有多功能浮鞋(5)，所述多功能浮鞋(5)的內部通過內六角螺絲(6)安裝有彈簧支承板(7)，所述彈簧支承板(7)通過彈簧固定螺絲(8)和安裝有壓縮彈簧(9)，所述壓縮彈簧(9)遠離彈簧支承板(7)的一端安裝有半球閥(10)。
2.根據權利要求1所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述外套管(1)的上端內側環向均布有至少三處限位槽(101)，所述外套管(1)的上端設有內螺紋a(102)，且該螺紋處設置有上加厚環(103)；所述外套管(1)下端設有外螺紋a(106)，且該螺紋處設置有下加厚環(105)；兩個加厚環均設有降低外套管下井時摩擦阻力和注漿固井時流動阻力用的倒角(104)；所述外套管(1)相互之間通過螺紋固定連接。
3.根據權利要求2所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述內保溫套管(2)沿徑向分三層，內層為抗壓層(205)，中間層為保溫填充材料(206)，外層為定型層(207)；所述內保溫套管(2)的上端外側設有與限位扶正架(3)固定連接用的外螺紋b(201)，下端外側設有與同軸扶正架(4)配合的變徑凹槽a(203)，所述變徑凹槽(203)的上部內側有內螺紋b(202)，下端外側除最下層內保溫套管(2)外均設有有外螺紋c(204)；所述內保溫套管(2)之間通過螺紋固定連接。
4.根據權利要求3所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述限位扶正架(3)的連接環內側有內螺紋c(301)，外側環向均布有至少三處限位架(302)；所述限位架(302)呈能夠提高軸向限位能力的三角形，所述限位架(302)整體呈中間厚兩邊薄的特征，降低循環工質循環阻力；所述限位架(302)末端設有限位塊(303)，所述限位塊(303)與外套管(1)的限位槽(101)緊密配合；當所述外套管(1)之間相互連接時，所述限位塊(303)會被完全封鎖，起到限位的作用，此時所述內保溫套管(2)的上部因限位扶正架(3)的存在只能居中。
5.根據權利要求4所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其特征在于，所述同軸扶正架(4)設有與內保溫套管(2)中變徑凹槽a(203)配合的內扶正環(403)以及與外套管(1)貼合的外扶正環(401)，所述外扶正環(401)上端設有降低循環工質流動阻力用的倒角，所述內扶正環(403)和外扶正環(401)之間設有至少三處扶正臂(402)，所述扶正臂(402)整體呈現中間厚兩邊薄的特征，降低循環工質循環阻力；當所述內保溫套管(2)之間相互連接時，所述內扶正環(403)會被兩內保溫套管(2)軸向限位，所述外扶正環(401)的外徑與外套管(1)的內徑相同，在所述扶正臂(402)的作用下扶正內保溫套管(2)，使所述內保溫套管(2)與外套管(1)保持同軸。
6.根據權利要求5所述的一種用于地熱井單井閉式循環取熱的雙套管設備，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王金龍，孫政，梁滿福，李松，張偉，劉偉洋，于翼嘉，蘇慶，
申請(專利權)人：中水東北勘測設計研究有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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