一种中深层地热井同井采灌装置的制作方法

1.本发明涉及地热开发技术领域，具体涉及一种中深层地热井同井采灌装置。


背景技术：

2.地热是能够经济地为人类所利用的地球内部的热资源，位于中深层的地热温度较低层更高，可用于发电、房屋供暖等，和燃煤、石油等能源相比，地热不仅清洁，而且能反复利用，属于可再生资源，深层地下水有其自身的循环系统，一部分热水被抽上来之后，会从远方不断地得到补给，但是由于近几年来各地超采地热严重，造成一些地区地质沉降，因此，在利用好地热水的同时，必须进行回灌，用过的热水经处理后，重新注回到含水层中，可提高再生的性能，这样才可使含水层不枯竭。
3.如申请号为cn201810216900.8，授权公告号为cn108412462b，名称为“一种同井回灌开发地热能的方法”的中国发明专利，其公开了抽水通道与注水通道，抽水通道与注水通道同井间隔设置，下层抽取高温水、上层回灌低温水同时进行，实现同井回灌高效取热，其取热效率可达常规单井取热不取水方法的4—5倍，进而实现水热型地热资源的经济可持续开发。
4.再如申请号为cn201911173286.2，授权公告号为cn110924865b，名称为“水平井同井循环开发利用水热型地热能的方法及系统”的中国发明专利，其同样利用一口井同时实现了采水和回灌，降低了钻井数量，有利于大幅度削减初期高昂的钻完井成本，经济性好，同时也减少了占地面积，提升了井场管理效率，并实现在采出地热水的同时进行地热尾水100％回灌，避免由于地下水直接大量开采引发的地下水位下降、地面塌陷等问题，确保地热资源可持续开发。
5.上述发明专利提供的地热开发的方法都可以利用一口井同时实现采水和回灌，进而更加经济的实现地热资源的可持续开发，但是其弊端在于：由于地热井中含沙量较多，会影响热水的正常使用，所以在采水的过程中现有技术均需要通过过滤机构对沙子进行过滤，若地热井中的含沙量过多，在采水时沙子会在抽水泵的吸力作用下牢牢地吸附在过滤机构的过滤孔上无法脱离，从而造成过滤孔的堵塞，过滤孔一旦被堵塞会造成抽水通道无法流通而导致采水失败，甚至造成抽水泵的空转而损坏。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种中深层地热井同井采灌装置，以解决现有技术中的上述不足之处。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种中深层地热井同井采灌装置，包括设置在地热井中的尾管，所述尾管的内腔中设置有抽水泵，所述尾管的底部开设有环槽，所述尾管上开设有穿过环槽并与尾管的内腔相连通的采水过滤孔，所述尾管的底部通过环槽弹性动密封插接有与尾管的内腔相连通的除沙管，所述采水过滤孔被沙子堵塞时，在所述抽水泵的作用下驱使除沙管朝向环槽的内部滑动以使沙子与采水过滤孔分离。
8.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述环槽将尾管的下半部分隔为外侧的外围板和内侧的内围板，所述采水过滤孔贯穿外围板和内围板。
9.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述除沙管包括顶部敞开底部密封的内套管，所述内套管通过设置在内围板上的密封垫与环槽动密封插接，所述尾管的内腔通过贯穿孔与内套管的内腔相连通，所述尾管的底部与内套管的内腔之间连接有复位弹簧，所述除沙管朝向环槽内部滑动的过程中内套管的顶部将堵塞在采水过滤孔中的沙子推出。
10.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述内套管上开设有内通孔，所述密封垫位于采水过滤孔的下方以及内通孔的上方，所述采水过滤孔未被堵塞的状态下，所述采水过滤孔位于内套管的上方，所述除沙管朝向环槽内部滑动的过程中采水过滤孔与内通孔导通。
11.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述除沙管还包括位于内套管外部且顶部敞开的外套管，所述外套管的底部与内套管内腔的底部固定连接，所述外围板滑动插接在内套管和外套管之间的滑动槽内，所述外套管上设置有与内通孔正对应的外通孔，所述除沙管朝向环槽内部滑动的过程中驱使外套管将粘附在外围板外壁上的沙子刮除。
12.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述内套管的顶部高度大于外套管的顶部高度以使外套管将被内套管从采水过滤孔中推出的沙子刮除。
13.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述外通孔的长度大于采水过滤孔的直径，且宽度等于采水过滤孔的直径。
14.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述外通孔的数量为若干个并呈多组上下排列，每组所述外通孔周向阵列，所述外套管的外周面从上至下朝向外套管的中心倾斜以使各外通孔的顶部高度大于其底部高度。
15.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述尾管上开设有与采水过滤孔通过上下设置的第二密封圈和第一密封圈密封隔开设置的回灌过滤孔，所述第二密封圈和第一密封圈之间设置有隔离空间。
16.上述的中深层地热井同井采灌装置，所述除沙管还包括固定安装在外套管上的多个顶部敞开的连接管，所述第二密封圈位于第一密封圈的上方，所述连接管的顶部与第一密封圈动密封插接。
17.在上述技术方案中，本发明提供的一种中深层地热井同井采灌装置，通过在尾管的底部开设环槽使得采水过滤孔被环槽在垂直方向上一分为二，并在尾管的底部通过环槽弹性动密封插接与尾管的内腔相连通的除沙管，使得当采水过滤孔被沙子堵塞时，在抽水泵的吸力作用下会驱使除沙管逐渐向环槽的内部方向滑动，滑动的过程中除沙管的顶部从一分为二的采水过滤孔之间穿过，进而将堵塞在采水过滤孔上的沙子从采水过滤孔中推出以使采水过滤孔重新导通，使采水过滤孔能够自动解决堵塞的问题。与现有技术相比，本发明在尾管的底部通过环槽弹性动密封插接与尾管的内腔相连通的除沙管，可使采水过滤孔在被沙子堵塞时自动使除沙管将采水过滤孔中堵塞的沙子推出从而使采水过滤孔重新导通，进而抽水通道保持流通状态，不会出现采水失败的情况以及抽水泵因空转而损坏的情况，可有效解决现有技术中的不足之处；
18.同时，解决采水过滤孔堵塞问题时，本发明不需要使抽水泵停止工作，在此期间能够正常采水，不会使采水工作中断，以保证采水效率。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的中深层地热井同井采灌装置的正视剖视图；
21.图2为本发明实施例提供的图1中的a部放大结构示意图；
22.图3为本发明实施例提供的连接管与隔离空间导通时的正视剖视图；
23.图4为本发明实施例提供的第一密封圈、尾管以及除沙管的拆分结构示意图；
24.图5为本发明实施例提供的第一密封圈的结构示意图；
25.图6为本发明实施例提供的尾管的第一视角的结构示意图；
26.图7为本发明实施例提供的尾管的第二视角的结构示意图；
27.图8为本发明实施例提供的尾管的正视剖视图；
28.图9为本发明实施例提供的除沙管的结构示意图；
29.图10为本发明实施例提供的除沙管的三维剖视图；
30.图11为本发明实施例提供的图10中的b部放大结构示意图；
31.图12为本发明实施例提供的除沙管的正视剖视图；
32.图13为本发明实施例提供的图11中的c部放大结构示意图。
33.附图标记说明：
34.1、地热井；101、缓冲空间；2、混凝土层；3、抽水泵；4、尾管；401、内围板；402、外围板；403、环槽；404、采水过滤孔；405、回灌过滤孔；406、贯穿孔；5、回灌管；6、采水管；7、注水通道；8、抽水通道；9、除沙管；901、内套管；9011、内通孔；902、外套管；9021、外通孔；903、滑动槽；904、连接管；9041、通水孔；10、隔离空间；11、第一密封圈；1101、本体；1102、转轴；1103、密封盖；1104、插接孔；12、第二密封圈；13、封隔器；14、密封垫；15、复位弹簧。
具体实施方式
35.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
36.如图1-13所示，本发明实施例提供的一种中深层地热井同井采灌装置，包括设置在地热井1中的尾管4，尾管4的内腔中设置有抽水泵3，尾管4的底部开设有环槽403，尾管4上开设有穿过环槽403并与尾管4的内腔相连通的采水过滤孔404，尾管4的底部通过环槽403弹性动密封插接有与尾管4的内腔相连通的除沙管9，采水过滤孔404被沙子堵塞时，在抽水泵3的作用下驱使除沙管9朝向环槽403的内部滑动以使沙子与采水过滤孔404分离。
37.本实施例提供的中深层地热井同井采灌装置用于对地热能进行同井采取和回灌，本实施例中涉及的“上”、“下”、“内”、“外”等位置关系的词是相对于附图而言的。具体的，尾管4位于地热井1的下半部，尾管4的外表面与地热井1的内壁之间设置有缓冲空间101以便于采水和回灌水，地热井1内壁的上半部填充有混凝土层2对地热井1进行加固，尾管4的顶部密封连接有回灌管5(尾管4和回灌管5的具体连接结构为现有技术不赘述)，回灌管5位于混凝土层2的位置，且回灌管5的进水口延伸至地表面的上方并与循环泵(图中未给出)连接，循环泵用于将提取热量后的地热水回灌至地热井中，抽水泵3与采水管6固定连接用于
将地热井1中的热水采出，采水管6从回灌管5中密封穿过，采水管6的出水口延伸至地表面的上方并与换热器(图中未给出)连接，换热器与循环泵通过管道连接从而实现地热的提取和回灌(换热器与循环泵的设置均为现有技术，在此不赘述)。尾管4的内腔被封隔器13密封隔开，使得尾管4内腔的下半部与采水管6的内腔组成抽水通道8，尾管4内腔的上半部与回灌管5的内腔组成注水通道7，采水过滤孔404与尾管4内腔的下半部相连通，以使采水过滤孔404与抽水通道8相连通，在抽水泵3的作用下将地热井1中的地热水经过采水过滤孔404吸入抽水通道8中并沿着抽水通道8进入换热器中提取热量，提取热量后的地热水经过循环泵进入注水通道7中，尾管4上开设有供提取热量后的地热水通过的回灌过滤孔405，使得在循环泵的作用下将提取热量后的地热水沿着注水通道7经过回灌过滤孔405后重新注入土壤中。采水过滤孔404的数量为若干个，若干个采水过滤孔404分为多组，多组采水过滤孔404呈上下方向间隔设置，每组采水过滤孔404的数量有多个并围绕尾管4的轴心线周向等距排列，环槽403从尾管4的底部向上垂直延伸至采水过滤孔404的上方以使环槽403将各采水过滤孔404在垂直方向上一分为二，被一分为二的尾管4的壁厚小于沙子的半径，使得堵塞在采水过滤孔404中的沙子能够凸出于环槽403中，由于尾管4的底部通过环槽403弹性动密封插接有与尾管4的内腔相连通的除沙管9，即除沙管9滑动插接在环槽403中，所以当除沙管9朝向环槽403的内部方向(即向上)滑动时，除沙管9的顶部能够将堵塞在采水过滤孔404中的沙子推出，因为除沙管9与尾管4的内腔动密封(即滑动密封)插接，所述当采水过滤孔404被沙子堵塞时，在抽水泵3的作用下能够将除沙管9向上吸附滑动以使除沙管9朝向环槽403的内部滑动。本发明提供的中深层地热井同井采灌装置的工作原理为：首先因为除沙管9与尾管4的内腔相连通，所以地热水经过采水过滤孔404进入尾管4内腔的下半部(尾管4内腔的下半部为抽水通道8的一部分)后会进入除沙管9的内腔中，直至尾管4内腔的下半部以及除沙管9的内腔均灌满地热水，当采水过滤孔404被堵塞后，抽水泵3继续工作，此时抽水泵3产生的吸力使尾管4内腔的下半部中的压力逐渐减小，进而使得除沙管9克服弹力后逐渐向上滑动，向上滑动的过程中除沙管9将其内腔中的地热水输送至尾管4内腔的下半部中供抽水泵3抽取以防止抽水泵3空转，同时除沙管9向上滑动的过程中其顶部不断将堵塞在采水过滤孔404中的沙子推出以使沙子与采水过滤孔404之间产生供地热水通过的空间，此时采水过滤孔404从下之上逐渐导通，地热井1中的地热水重新经过采水过滤孔404进入抽水通道8中，当尾管4内腔下半部的压力值逐渐增大时，除沙管9逐渐复位。现有技术中，采水时沙子会在抽水泵的吸力作用下牢牢地吸附在过滤机构的过滤孔上无法脱离，从而造成过滤孔的堵塞，过滤孔一旦被堵塞会造成抽水通道无法流通而导致采水失败，甚至造成抽水泵的空转而损坏。本发明的主要创新点在于：对尾管4的底部以开设环槽403的方式改进，利用尾管4上开设的采水过滤孔404使其成为过滤沙子的过滤机构，并在尾管4的底部设置与环槽403滑动插接的除沙管9，使得当采水过滤孔404堵塞时，利用抽水泵3的吸力可使除沙管9向上滑动以使堵塞在采水过滤孔404中的沙子堆出，从而自动解决采水过滤孔404的堵塞问题。
38.本实施例中，通过在尾管4的底部开设环槽403使得采水过滤孔404被环槽403在垂直方向上一分为二，并在尾管4的底部通过环槽403弹性动密封插接与尾管4的内腔相连通的除沙管9，使得当采水过滤孔404被沙子堵塞时，在抽水泵3的吸力作用下会驱使除沙管9逐渐向环槽403的内部方向滑动，滑动的过程中除沙管9的顶部从一分为二的采水过滤孔
404之间穿过，进而将堵塞在采水过滤孔404上的沙子从采水过滤孔404中推出以使采水过滤孔404重新导通，使采水过滤孔404能够自动解决堵塞的问题。与现有技术相比，本发明在尾管4的底部通过环槽403弹性动密封插接与尾管4的内腔相连通的除沙管9，可使采水过滤孔404在被沙子堵塞时自动使除沙管9将采水过滤孔404中堵塞的沙子推出从而使采水过滤孔404重新导通，进而抽水通道8保持流通状态，不会出现采水失败的情况以及抽水泵因空转而损坏的情况；
39.同时，解决采水过滤孔404堵塞问题时，本发明不需要使抽水泵3停止工作，在此期间能够正常采水，不会使采水工作中断，以保证采水效率；
40.再者，采水过滤孔404为尾管4的一部分，从而不需要在尾管4上设置额外的过滤机构，以减少生产成本。
41.本实施例中，环槽403将尾管4的下半部分隔为外侧的外围板402和内侧的内围板401，采水过滤孔404贯穿外围板402和内围板401，采水过滤孔404被沙子堵塞时，沙子被卡在外围板402上的采水过滤孔404中并凸出于环槽403内，而不会卡在内围板401上的采水过滤孔404中，否则沙子会直接进入尾管4的内腔中而不会出现堵塞，所以除沙管9朝向环槽403的方向滑动时可以实现推动堵塞在采水过滤孔404中的沙子的目的，沙子被推动后向采水过滤孔404的外部移动使其与采水过滤孔404之间产生空间，从而使采水过滤孔404导通。
42.本实施例中，除沙管9包括顶部敞开底部密封的内套管901，内套管901通过设置在内围板401上的密封垫14与环槽403动密封插接，内围板401的外表面开设有放置密封垫14的内凹槽，密封垫14压紧卡设在内凹槽中，尾管4的内腔通过贯穿孔406与内套管901的内腔相连通，贯穿孔406的中心轴线与内套管901的中心轴线重合，以使内套管901朝向环槽403的方向滑动时的受力均匀，尾管4的底部与内套管901的内腔之间连接有复位弹簧15，复位弹簧15的一端与尾管4的底部固定连接，另一端与内套管901的内腔固定连接，在复位弹簧15的作用下可在尾管4内腔下半部的压力增大后使内套管901复位，除沙管9朝向环槽403内部滑动的过程中内套管901的顶部将堵塞在采水过滤孔404中的沙子推出。
43.本实施例中，内套管901上开设有内通孔9011，密封垫14位于采水过滤孔404的下方以及内通孔9011的上方，以使内套管901的内腔除与贯穿孔406导通之外其余的各个位置均处于密封状态，采水过滤孔404未被堵塞的状态下，采水过滤孔404位于内套管901的上方，以使内套管901不会影响采水过滤孔404的导通，除沙管9朝向环槽403内部滑动的过程中采水过滤孔404与内通孔9011导通，以使内套管901将沙子从采水过滤孔404中推出后内套管901不会对采水过滤孔404造成遮挡，进而不会影响采水过滤孔404的导通。
44.进一步的，除沙管9还包括位于内套管901外部且顶部敞开的外套管902，外套管902的底部与内套管901内腔的底部固定连接，外围板402滑动插接在内套管901和外套管902之间的滑动槽903内，以使外套管902的内壁与外围板402的外表面滑动抵接，外套管902上设置有与内通孔9011正对应的外通孔9021，以使外套管902不会对采水过滤孔404造成遮挡而影响采水过滤孔404的导通，除沙管9朝向环槽403内部滑动的过程中驱使外套管902将粘附在外围板402外壁上的沙子刮除，从而除沙管9在解决堵塞问题的同时可以对外围板402外壁上的沙子进行清理，以使位于采水过滤孔404周边的沙子远离采水过滤孔404，防止位于采水过滤孔404周边的沙子进入采水过滤孔404中堵塞采水过滤孔404。
45.再进一步的，内套管901的顶部高度大于外套管902的顶部高度以使外套管902将
被内套管901从采水过滤孔404中推出的沙子刮除，因为堵塞在采水过滤孔404中的沙子被内套管901推动后会向外部移动并凸出于外围板402的外部，此时在外套管902的作用下，能够顺势将沙子向上推走以实现对堵塞采水过滤孔404的沙子的清理，使其远离采水过滤孔404，防止堵塞采水过滤孔404的沙子再次进入采水过滤孔404中而又堵塞采水过滤孔404。
46.再进一步的，外通孔9021的长度大于采水过滤孔404的直径，且宽度等于采水过滤孔404的直径，因为外套管902在清理沙子的过程中，一部分沙子会在水流的作用下，贴附在外套管902的外壁上，由于外通孔9021的宽度等于采水过滤孔404的直径，使得沙子不会穿过外通孔9021重新进入采水过滤孔404中，同时，外通孔9021的长度大于采水过滤孔404的直径使得沙子不易堵塞外通孔9021，只会堵住外通孔9021的一部分，以使外通孔9021保持导通，进而使采水过滤孔404保持导通。
47.再进一步的，外通孔9021的数量为若干个并呈多组上下排列，每组外通孔9021周向阵列，外通孔9021、采水过滤孔404以及内通孔9011的排列方式相似，外套管902的外周面从上至下朝向外套管902的中心倾斜以使各外通孔9021的顶部高度大于其底部高度，外通孔9021的顶部高度大于其底部高度的作用是：由于在清理沙子的过程中，在抽水泵3的吸力作用下会有一部分沙子随着水流堵住外通孔9021的一部分，而当除沙管9复位时，会带动外套管902向下移动，所以此时堵在外通孔9021中的沙子会被外套管902带至尾管4的下方，以使沙子远离采水过滤孔404，大大降低沙子再次堵塞采水过滤孔404的机率。
48.本实施例中，尾管4上开设有与采水过滤孔404通过上下设置的第二密封圈12和第一密封圈11密封隔开设置的回灌过滤孔405，第二密封圈12和第一密封圈11之间设置有隔离空间10，利用隔离空间10使得回灌水经过回灌过滤孔405进入缓冲空间101中后不会与地热水混合，从而使抽出的地热水保持高温。
49.进一步的，除沙管9还包括固定安装在外套管902上的多个顶部敞开的连接管904，第二密封圈12位于第一密封圈11的上方，第一密封圈11与尾管4固接，连接管904的顶部与第一密封圈11动密封插接，使得隔离空间10保持密封的同时，利用多个连接管904与第一密封圈11的插接可对除沙管9进行限位，防止除沙管9出现转动，使除沙管9只能上下滑动，从而可避免影响采水过滤孔404与内通孔9011以及外通孔9021之间的导通关系。
50.再进一步的，连接管904上开设有与其内腔相连通的多个通水孔9041，通水孔9041与采水过滤孔404正对应以使两者连通，第一密封圈11包括本体1101，本体1101上贯穿开设有与多个连接管904一一对应的多个插接孔1104，插接孔1104贯穿本体1101的顶面和底面，本体1101上通过转轴1102转动设置有与多个插接孔1104一一对应的密封盖1103，密封盖1103用于密封各个插接孔1104的顶部端口，密封盖1103位于隔离空间10中，当采水过滤孔404导通时，在抽水泵3的作用下以及密封盖1103自身重力的作用下使得密封盖1103的底面与插接孔1104的顶部端口紧贴，以使插接孔1104被密封盖1103密封，从而使得隔离空间10中的地热水不会进入抽水通道8中；而当采水过滤孔404被堵塞且除沙管9的除沙效果不理想时，尾管4内腔的下半部中的压力会进一步增大，从而使得除沙管9进一步向上移动(如图3所示)，此时各个连接管904的顶部推动对应的密封盖1103向上转动以使连接管904顶部的敞开口与隔离空间10导通，此时在抽水泵3的作用下使得隔离空间10中的地热水依次经过连接管904的内腔、通水孔9041以及采水过滤孔404进入到抽水通道8内以防止抽水泵3空转损坏。从而通过上述结构可在采水过滤孔404的除沙效果不理想的情况下依然保证抽水泵3
的正常抽水，不会造成抽水泵3出现空转而损坏的情况。
51.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。