一种地热井井筒保温结构及其施工方法与流程

本发明属于地热能开发领域，具体涉及一种地热井井筒保温结构及其施工方法。

背景技术：

地热资源是一种清洁可再生能源，在中国分布广泛，储量丰富、开发潜力大且可直接利用。目前被广泛使用的化石燃料由于其不可再生性，以及使用过程中严重污染环境等特征，依靠化石燃料不可作为社会发展的长久之计。因此开发清洁环保的取暖方式刻不容缓。地热能供热清洁可再生的优点将很好的解决能源与环境的问题。

在地热开发过程中，对换热后的流体采出时进行保温隔热十分重要，直接关系到采出水温度和取热功率。研究表明，由于近地面的岩土层与地面的温度相近且远低于换热后的流体的温度，因此地热能开采中流体在井深较大处热量损失较少，大部分热量损失发生在井深较小处，因此在深度（井深）较小处设置保温层，可以有效提高井筒的保温性能，减少热量流失，提高采出流体温度，同时降低成本。

目前在地热能开采中，管道保温材料和保温方案的选择不仅关系到系统运行效率，也与前期投入和运行过程中的经济因素相关。为了减少设备及管道热损失，提高热能利用率，很多学者已经提出了一些井筒保温技术，但存在施工复杂，成本较高，或难以实现等问题。在此提出一种新型地热井井筒保温技术，能有效提高井深较小处井筒的保温性能，提高采出水温度，既能够起到保温隔热的目的又能降低使用成本。

技术实现要素：

本发明是为了解决地热能开发过程中，热量在井筒中流失导致生产井出水温度过低，热能利用率过低的问题。本发明提供了一种地热井井筒保温结构及其施工方法，使用该施工方法能简单方便的给地热出水井管道制作保温层，且该工艺经济实用，易于操作。

本发明采用以下技术手段解决上述技术问题：一种地热井井筒保温结构及其施工方法，保温结构包括保温中心管、套管和夹在保温中心管和套管之间的保温层，其施工方法包括以下步骤：井筒完井施工结束后，在套管深度h处安装止浆塞，在保温中心管底部设置中心管止浆塞，中心管止浆塞上设有恰好能容纳钻杆的孔洞；将保温中心管下放到深度为h处，中心管止浆塞位于止浆塞的上方，且二者之间存在间隙，保温中心管安装完成后，保温中心管和套管之间形成环状空腔，将钻杆的底部通过中心管止浆塞的孔洞伸入中心管止浆塞和止浆塞之间的间隙中，保温砂浆通过钻杆先进入两止浆塞间隙随后进入空腔内，通过调整注浆压力，使保温砂浆自下而上的将空腔填充密实，同时将空腔内的液体排出，待保温结构稳定后，拆除两个止浆塞以及两止浆塞间隙中形成的砂浆层，保温砂浆将保温中心管与套管连接形成保温层。

上述的一种地热井井筒保温结构及其施工方法，在下放保温中心管的过程中每隔一段距离在管外围设置限位装置，使保温中心管位于地热井井筒中心，确保保温砂浆均匀分布。

上述的一种地热井井筒保温结构及其施工方法，深度h根据现场地质条件、地层温度因素确定。

上述的一种地热井井筒保温结构及其施工方法，所述套管内直径与保温中心管外直径相差50-60mm，形成所述保温层的厚度为50mm-60mm，所述保温砂浆的导热系数不大于0.1w/m·k。

上述的一种地热井井筒保温结构及其施工方法，保温中心管内设置有防腐涂层，防腐涂层的厚度为0.1～4mm。

本发明的优点是：本保温层制作施工方法操作简单，经济实用，且保温结构整体性好，避免了连接处保温效果差等弊端。充分利用地层自身热量，可以有效提高井筒的保温性能，减少热量流失，提高采出流体温度，同时能降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式以及现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式以及现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

附图1为本发明提供的一种地热管道保温层施工过程的剖面图。

附图2为本发明提供的一种地热管道保温层施工过程的俯视图。

附图3为本发明提供的一种地热管道保温层制作完成的剖面图。

附图4为本发明提供的一种地热管道保温层制作完成的俯视图。

附图标记：1-保温中心管；2-套管；3-保温层；4-止浆塞；5-中心管止浆塞；6-钻杆；7-限位装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述，便于解释说明本发明的设计原理及技术方案。

现有地热供暖示范工程，设计井深为3000m，地面高程770m，地热井开孔直径为450mm，井筒钻完井下套管2工艺结束后井筒内径为426mm（也即套管2内径），地热井终孔直径300mm（也即保温中心管1内径）。

如附图1所示，设计深度为3000m的井筒完井工艺施工结束后，在套管2内深1000m处安装单向水平的止浆塞4，在保温中心管1壁面喷涂（有）防腐涂层，在保温中心管1底端端部设置水平的中心管止浆塞5，中心管止浆塞5中心预留有直径为100mm的圆孔，确保钻杆6可以通过止浆塞圆孔，在下放过程中，在保温中心管1外侧以100米为间隔设置限位装置7，将保温中心管1沿套管2下放到深度为1000m处，使保温中心管1位于套管2的正中间。保温中心管1为内径为300mm，外径为320mm的钢管，在套管2和保温中心管1间留有53mm宽的空腔3。

将直径为100mm的钻杆6过中心管止浆塞5伸入两止浆塞之间的间隙，将保温砂浆通过钻杆6压入保温中心管1与套管2中间的空腔3内，保温砂浆在注浆压力作用下自下而上均匀填充满空腔3，同时排出空腔3内的水，如附图1。注浆结束后，取出钻杆6，止浆塞的存在阻止了保温材料渗出。2～3天后保温材料养护成型形成保温层3。

待保温层结构稳定后，将两止浆塞以及之间砂浆层拆除，保温层3制作完成，如附图3，附图4。

所述保温砂浆选用无机保温砂浆，以无机玻化微珠（又称闭孔膨胀珍珠岩）作为轻骨料，加由胶凝材料、抗裂添加剂及其他填充料等组成的干粉砂浆。

最后应说明的是：以上实施案例仅用以解释说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：施工人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：

1.一种地热井井筒保温结构及其施工方法，其特征在于：保温结构包括保温中心管(1)、套管(2)和夹在保温中心管(1)和套管(2)之间的保温层(3)，其施工方法包括以下步骤：井筒完井施工结束后，在套管(2)深度h处安装止浆塞(4)，在保温中心管(1)底部设置中心管止浆塞(5)，中心管止浆塞(5)上设有恰好能容纳钻杆(6)的孔洞；将保温中心管(1)下放到深度为h处，中心管止浆塞(5)位于止浆塞(4)的上方，且二者之间存在间隙，保温中心管(1)安装完成后，保温中心管(1)和套管(2)之间形成环状空腔(3)，将钻杆(6)的底部通过中心管止浆塞(5)的孔洞伸入中心管止浆塞(5)和止浆塞(4)之间的间隙中，保温砂浆通过钻杆(6)先进入两止浆塞间隙随后进入空腔(3)内，通过调整注浆压力，使保温砂浆自下而上的将空腔(3)填充密实，同时将空腔(3)内的液体排出，待保温结构稳定后，拆除两个止浆塞以及两止浆塞间隙中形成的砂浆层，保温砂浆将保温中心管(1)与套管(2)连接形成保温层(3)。

2.根据权利要求1所述的一种地热井井筒保温结构及其施工方法，其特征在于：在下放保温中心管(1)的过程中每隔一段距离在管外围设置限位装置(7)。

3.根据权利要求1或2所述的一种地热井井筒保温结构及其施工方法，其特征在于：深度h根据现场地质条件、地层温度因素确定。

4.根据权利要求1或2所述的一种地热井井筒保温结构及其施工方法，其特征在于：所述保温层(3)的厚度为50mm-60mm，所述保温砂浆的导热系数不大于0.1w/m·k。

5.根据权利要求1或2所述的一种地热井井筒保温结构及其施工方法，其特征在于：保温中心管(1)内设置有防腐涂层，防腐涂层的厚度为0.1～4mm。

技术总结
本发明属于地热井井下换热技术领域，具体涉及一种新型地热井井筒保温结构及其施工方法，包括保温中心管，地热井套管，钻杆。具体涉及一种在保温中心管与地热井套管间预留空腔，现场将保温砂浆通过钻杆中心自下而上压入空腔制作保温层的方法，所述中心管壁面内设置有防腐涂层。本申请提供了一种新型地热井井筒保温结构及其施工方法，简化了施工工艺，提高了保温层的整体性，增加了保温隔热的性能，减少热损耗，提高出水温度，能有效提高地热能的利用率。

技术研发人员：郤保平;杨欣欣;何水鑫;辛国旭;董赟盛;成泽鹏;李晓雪
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2020.09.21
技术公布日：2021.01.15