一种超声波振动复合式洗井器及洗井方法与流程

本发明涉及供水井及地热井洗井领域，具体涉及一种超声波振动复合式洗井器及洗井方法。

背景技术：

供水井及地热井在经过一定时间抽采及回灌后，由于地下水通常含有矿物、有机物质和特殊组分等，容易腐蚀井内管道，且回灌水温度降低，水中矿物质容易产生结晶现象，因此，供暖尾水在井内产生的腐蚀结垢是引起地热井采灌量衰减和堵塞的主要原因。循环系统中结垢物的堆积会大大降低系统传热效率，据试验数据可知，每0.6mm的结垢可使系统的传热系数降低20％，与此同时，结垢导致的低回灌率也将影响地下水位并诱导产生污染，无法形成地下热能开发良性循环。因此需要采用洗井工艺清除井管内结垢物质。

目前洗井主要采用高压水射流法、气举反循环洗井及活塞洗井法进行洗井，前者通过水力冲刷作用清除附着物，后两者通过流体产生的激动压力，形成高压或抽吸状态，在压力差的作用下清除井底结垢。如“一种高压水动旋转射流洗井装置，申请号201711068609.2”，“砂岩地热井气举反循环冲砂洗井工艺及设备，申请号201810104853.8”，“一种新型活塞式洗井装置，申请号201621385252.1”等。但单一的洗井方式存在作用效率低、作用效果差、作业时间长等问题。

超声波振动在除垢领域已有较多的应用，在管道外部安装超声波换能器，使管道内结垢脱离管壁，而后通过泵组循环排出结垢，主要用于架设于地表管道。如“一种用于热水循环管道的超声波除垢装置，申请号201720178453.2”、“一种用于地热空调系统中的水垢处理装置，申请号：201320303576.6”，“一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统，申请号201710401053.8”等。现有技术主要针对地表循环管道，且多针对于进水管、回水管管道转弯处及换热器，对于地下供水井及回灌井的洗井鲜有问津。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超声波振动复合式洗井器及洗井方法，用于供水井及地热井井壁除垢，通过对过滤器施加超声波振动，清除过滤器结垢，辅以活塞洗井带出泥砂，疏通孔隙。用于解决现有洗井工艺洗井效率低、反复次数多等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供的一种超声波振动复合式洗井器，其特征在于，包括：超声波振动洗井机构和活塞洗井机构；

所述超声波振动洗井机构包括电源箱、输电线、钻杆、第二过水通道、连杆、第二支杆、超声波振动器、第一支杆、底板、弹簧及承压板，输电线的一端连接放置在地面的电源箱，输电线的另一端经设置在钻杆内壁的电线槽与超声波振动器相连；钻杆的内壁呈阶梯状，钻杆的上部内径小于下部内径，钻杆下部内凹区域为第二过水通道，钻杆底部设有底板，钻杆的底部两侧各通过铰链连接有一个第二支杆，两个第二支杆远离钻杆底部的一端各通过铰链连接有一个超声波振动器；承压板设置在钻杆内下部，且承压板与钻杆同轴布置，承压板的直径与钻杆上部内径相同，弹簧设置在底板和承压板之间，同时弹簧的底端固定在底板上；连杆的一端固定在承压板底端中心位置，连杆的另一端穿过底板中央通孔通过铰链与两个第一支杆的内端铰接于一点；两个第一支杆的外端分别与两个第二支杆中部通过铰链连接；

所述活塞洗井机构包括活塞、第一过水通道及活门，活塞固定在钻杆上部，活塞上设有第一过水通道，第一过水通道的顶部设有活门，活门用于控制第一过水通道的开启与关闭。

所述弹簧数量为2n个，n≥1，弹簧均分为两组，两组弹簧对称的分居在底板中心线两侧。

本发明还提供了一种超声波振动复合式洗井方法，该方法采用所述的超声波振动复合式洗井器，其特征在于，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：

a)超声波振动复合式洗井器处于非工作状态时，固定在底板上的弹簧将承压板向上顶起，承压板位于钻杆的变径处，承压板挡住第二过水通道，超声波振动器在第二支杆的带动下向内收敛；

b)钻杆上部通过螺纹与常规钻杆柱连接，通过操作地表升降机下放钻具，将超声波振动复合式洗井器下放至井底，下放过程中，井内液体经第一过水通道上返；

c)超声波振动复合式洗井器下放至工作位置后，活门关闭，通过泥浆泵向钻杆内泵入洗井液，当钻杆内洗井液压力大于弹簧作用力时，承压板向下移动，第二过水通道打开，洗井液输送至井底进行循环排碴，承压板向下移动带动连杆、第一支杆、第二支杆将超声波振动器压在过滤器内壁上；

d)启动电源箱电源，超声波振动器产生超声波频率的振动，作用在过滤器内壁上，清除过滤器上的结垢；

e)上下反复移动超声波振动复合式洗井器，直至清除过虑器上的全部结垢；

f)清除完成后，关闭电源及泥浆泵，承压板上移，超声波振动器向内收敛；

g)改变升降机的卷筒缠绕速度，使得钻杆的提升速度在安全范围内高于常规速度，操纵升降机上下移动超声波振动复合式洗井器，通过活塞的密封作用，井内液体产生循环的高压和低压，地层孔隙内的水产生的双向流动，带出泥砂，疏通孔隙，完成洗井。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明将超声波振动洗井与传统洗井方式结合，通过超声波振动快速清除过滤器上的结垢，伴随液体产生的空化效应对井管的结垢、地层孔隙内的淤堵物起到弱化作用，而后辅以活塞洗井工艺，提高洗井效率和质量，最终获得良好的经济效益。本发明的洗井方法清除过滤器结垢安全、快速、低消耗，可完全恢复过滤器的孔隙率，可降低洗井时间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明超声波振动复合式洗井器工作状态示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3为本发明超声波振动复合式洗井器非工作状态示意图。

图中各标记如下：1-电源箱；2-输电线；3-钻杆；4-活塞；5-电线槽；6-第二过水通道；7-连杆；8-第二支杆；9-超声波振动器；10-过滤器；11-第一支杆；12-底板；13-弹簧；14-承压板；15-第一过水通道；16-活门。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和图1、图2及图3对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

本发明的工作原理：通过超声波振动器9产生的超声波频率的振动，作用在过滤器10内壁上，清除过滤器10上的结垢，伴随液体产生的空化效应对井管的结垢、地层孔隙内的淤堵物起到弱化作用，而后辅以活塞洗井工艺，上下快速升降超声波振动复合式洗井器，井内液体产生循环的高压和低压，地层孔隙内的水产生快速的双向流动，带出泥砂，疏通孔隙，完成洗井。

本发明提出的超声波振动复合式洗井器包括超声波振动洗井机构和活塞洗井机构。

所述超声波振动洗井机构包括电源箱1、输电线2、钻杆3、第二过水通道6、连杆7、第二支杆8、超声波振动器9、第一支杆11、底板12、弹簧13及承压板14，输电线2的一端连接放置在地面的电源箱1，输电线2的另一端经设置在钻杆3内壁的电线槽5与超声波振动器9相连，为超声波振动器9供电；钻杆3的顶部通过螺纹与常规钻杆柱连接，钻杆3的内壁呈阶梯状，钻杆3的上部内径小于下部内径，钻杆3下部内凹区域为第二过水通道6，钻杆3底部设有底板12，钻杆3的底部两侧各通过铰链连接有一个第二支杆8，两个第二支杆8远离钻杆3底部的一端各通过铰链连接有一个超声波振动器9；超声波振动器9与第二支杆8连接铰链的摆角度受限，以确保超声波振动器9能完全压在过滤器10的内壁上；承压板14设置在钻杆3内下部，且承压板14与钻杆3同轴布置，承压板14的直径与钻杆3上部内径相同，弹簧13设置在底板12和承压板14之间，同时弹簧13的底端固定在底板12上，弹簧13数量为2n个，n≥1，弹簧13均分为两组，两组弹簧13对称的分居在底板12中心线两侧，弹簧13将承压板14向上顶起，通过调节钻杆3内洗井液压力，控制承压板14上下移动，从而实现第二过水通道6的打开与关闭；连杆7的一端固定在承压板14底端中心位置，连杆7的另一端穿过底板12中央通孔通过铰链与两个第一支杆11的内端铰接于一点；两个第一支杆11的外端分别与两个第二支杆8中部通过铰链连接。

所述活塞洗井机构包括活塞4、第一过水通道15及活门16，活塞4固定在钻杆3上部，活塞4上设有第一过水通道15，第一过水通道15顶部设有活门16，活门16用于控制第一过水通道15的开启与关闭。

本发明提出的超声波振动复合式洗井方法，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：

a)超声波振动复合式洗井器处于非工作状态时，固定在底板12上的弹簧13将承压板14向上顶起，承压板14位于钻杆3的变径处，承压板14挡住第二过水通道6，超声波振动器9在第二支杆8的带动下向内收敛；

b)钻杆3上部通过螺纹与常规钻杆柱连接，通过操作地表升降机下放钻具，将超声波振动复合式洗井器下放至井底，下放过程中，井内液体经第一过水通道15上返，超声波振动复合式洗井器快速下放；

c)超声波振动复合式洗井器下放至工作位置后，活门16关闭，通过泥浆泵向钻杆3内泵入洗井液，当钻杆3内洗井液压力大于弹簧13作用力时，承压板14向下移动，打开第二过水通道6，洗井液输送至井底进行循环排碴，承压板14向下移动带动连杆7、第一支杆11、第二支杆8将超声波振动器9压在过滤器10内壁上；

d)启动电源箱1电源，超声波振动器9产生超声波频率的振动，作用在过滤器10内壁上，可快速清除过滤器10上的结垢；同时，在超声波振动下，液体产生的空化效应对井管的结垢、地层孔隙内的淤堵物也会产生清除或液化作用；

e)上下反复移动超声波振动复合式洗井器，即可清除过虑器10上的全部结垢；

f)清除完成后，关闭电源及泥浆泵，承压板14上移，超声波振动器9向内收敛；

g)改变升降机的卷筒缠绕速度，使得钻杆3的提升速度在安全范围内显著高于常规速度，操纵升降机上下快速移动超声波振动复合式洗井器，通过活塞4的密封作用，井内液体产生循环的高压和低压，地层孔隙内的水产生快速的双向流动，带出泥砂，疏通孔隙，完成洗井。