地热开采用隔热保温管及其制造方法与流程

本发明涉及一种地热开采用隔热保温管及其制造方法，属于地热开采利用技术领域。

背景技术：

地热能是一种清洁可再生能源。随着能源结构调整以及愈加严峻的环保压力，地热能的利用正在受到重视。据国土资源部中国地质调查局2015年调查评价结果，全国336个地级以上城市浅层地热能年可开采资源量折合7亿吨标准煤；全国水热型地热资源量折合1.25万亿吨标准煤，年可开采资源量折合19亿吨标准煤；埋深在3000-10000米的干热岩资源量折合856万亿吨标准煤。

地热井分为多种，通常，中深度的地热井，有2000-3000米，浅层地热井有1000米左右，还有一些用于科研的地热井，达到4000-5000米。目前，大多采用聚乙烯管作为保温管柱，存在以下缺陷：

(1)拉伸强度低，仅有几十mpa，下井深度受限；

(2)易老化、使用寿命短(大约1年)；

(3)现场融化焊接，质量不可控，易导致掉井；

(4)抗内压外挤能力差，注水启动时，内外压力差易导致管柱变形，无法正常运行；

(5)聚乙烯管柱自重轻，水循环时存在管柱摆动，造成水运行参数不稳定，效率低下。

为保证地热能源的热利用率，研发隔热性能优良、管柱重量轻、螺纹连接强度高、具有防腐蚀、防结垢性能共存的地热井专用保温管柱刻不容缓。

技术实现要素：

根据以上现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种地热开采用隔热保温管，具有重量轻、隔热性能好、螺纹连接强度高、耐腐蚀、自润滑、防结垢、可下井深度深、使用寿命长的特点，本发明还提供其制造方法，科学合理、简单易行。

本发明所述的地热开采用隔热保温管，包括内衬管、外管和隔热材料，内衬管两端加热弯折成型有外翻边，外管套接在内衬管外部，外管的两端分别压靠在内衬管两端的外翻边上，内衬管与外管之间的空腔中填充有隔热材料。

其中：

隔热材料为发泡聚氨酯、玻璃纤维或气凝胶中的一种。

外管两端设置有外螺纹，不同外管之间采用接箍连接，将单个的地热开采用隔热保温管连接成整体，即地热开采用隔热保温管柱。

内衬管为高密度聚乙烯管，外管为钢制管。

外管的内径与内衬管的外径之间的差值为2-5mm，用于填充隔热材料。

本发明所述的地热开采用隔热保温管的制造方法，包括以下步骤：

1)按尺寸加工外管，在外管两端加工外螺纹；

2)按尺寸切取高密度聚乙烯内衬管；

3)在高密度聚乙烯内衬管外侧包裹隔热材料，将包裹了隔热材料的高密度聚乙烯内衬管通过机械缩径后，牵引进钢制外管内，得组合管体；

或者，

将高密度聚乙烯内衬管套装到钢制外管内，在高密度聚乙烯内衬管与钢制外管之间的空腔内填充隔热材料，得组合管体；

4)将组合管体加热至70-90℃，保持0.5-1小时，使内衬管充分膨胀恢复至缩径前的尺寸，使内衬管、隔热材料、外管管体紧密结合，然后，对两端进行翻边成型加工，冷却后，端部定型的高密度聚乙烯内衬管与钢制外管的螺纹端紧密贴合。

高密度聚乙烯内衬管外侧包裹隔热材料的厚度为2-6毫米。

翻边成型加工时，采用热辐射加热至280-300℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明制备的地热开采用隔热保温管，具有明显的隔热效果，高分子聚乙烯导热系数约为0.5w/(m·℃)，本发明的产品导热系数低于0.05w/(m·℃)，地热利用率提高20％以上。

2、本发明在翻边成型之前，对高密度聚乙烯内衬管进行加热，由于热胀冷缩的作用，加热后的聚乙烯内管在伸长的状态下翻边成型，制备的地热开采用隔热保温管存在一定的预应力，使高密度聚乙烯内衬管外翻边与外管管端在使用条件下依然紧密贴合，井液无法渗入外管与聚乙烯内衬管形成的空腔，保证了隔热层的使用寿命及隔热性能。

3、本发明制备的地热开采用隔热保温管，相较于目前普遍应用的塑料管，具有重量轻、隔热性能好、螺纹连接强度高、耐腐蚀、自润滑、防结垢、可下井深度深、使用寿命长的特点。

4、本发明的制造方法，科学合理、简单易行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：1、内衬管；11、外翻边；2、外管；3、隔热材料；4、接箍。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：

实施例1

如图1所示，所述的地热开采用隔热保温管，包括内衬管1、外管2和隔热材料3，内衬管1两端弯折成型有外翻边11，外管2套接在内衬管1外部，外管2的两端分别压靠在内衬管1两端的外翻边11上，内衬管1与外管2之间的空腔中填充有隔热材料3。

隔热材料3为玻璃纤维。

外管2两端设置有外螺纹，不同外管2之间采用接箍4连接，将单个的地热开采用隔热保温管连接成整体，即地热开采用隔热保温管柱。

内衬管1为高密度聚乙烯管，外管2为钢制管。

外管2的内径与内衬管1的外径之间的差值为2mm。

其制造方法，由以下步骤组成：

1)按尺寸加工外管2，在外管2两端加工外螺纹；

2)按尺寸切取高密度聚乙烯内衬管1；

3)在内衬管1外侧包裹厚度4mm的玻璃纤维，将包裹了玻璃纤维的高密度聚乙烯内衬管1，通过机械缩径后，牵引进钢制外管2内，得组合管体；

4)将组合管体加热至80℃，保持45分钟，使内衬管1充分膨胀恢复至缩径前的尺寸，使内衬管1、隔热材料3、外管管体2紧密结合；

5)出炉后，根据工艺要求端部预留内衬管1长于钢制外管220mm，通过热辐射加热至290℃，然后使用翻边模具对内衬管1进行翻边成型加工，冷却后，内衬管1与钢制外管2螺纹部分紧密结合，形成端部结构。

实施例2

所述的地热开采用隔热保温管的结构如实施例1所示。

不同之处在于，隔热材料3为发泡聚氨酯。

外管2的内径与内衬管1的外径之间的差值为5mm。

其制造方法，由以下步骤组成：

1)按尺寸加工外管2，在外管2两端加工外螺纹；

2)按尺寸切取高密度聚乙烯内衬管1；

3)将高密度聚乙烯内衬管1套装到钢制外管2内，在高密度聚乙烯内衬管1与钢制外管2之间的空腔内填充发泡聚氨酯进行发泡，得组合管体；

4)将组合管体加热至90℃，保持30分钟，内衬管1膨胀与外管2结合紧密。

5)出炉后，根据工艺要求端部预留内衬管1长于钢制外管215mm，通过热辐射加热至300℃，然后使用翻边模具对内衬管1进行翻边成型加工，冷却后内衬管1与钢制外管2螺纹部分紧密结合，形成端部结构。

实施例3

所述的地热开采用隔热保温管的结构如实施例1所示。

不同之处在于，隔热材料3为气凝胶。

外管2的内径与内衬管1的外径之间的差值为4mm。

其制造方法，由以下步骤组成：

1)按尺寸加工外管2，在外管2两端加工外螺纹；

2)按尺寸切取高密度聚乙烯内衬管1；

3)内衬管1外侧包裹厚度6mm的气凝胶，将包裹了气凝胶的高密度聚乙烯内衬管1，通过机械缩径后，牵引进钢制外管2内，得组合管体；

4)将组合管体加热至70℃，保持60分钟，内衬管1膨胀与外管2结合紧密；

5)出炉后，根据工艺要求端部预留内衬管1长于钢制外管218mm，通过热辐射加热至280℃，然后使用翻边模具对内衬管1进行翻边成型加工，冷却后，内衬管1与钢制外管2螺纹部分紧密结合，形成端部结构。

表1是本发明地热开采用隔热保温管的性能及使用效果。循环水使用纯净水，对钢制外管腐蚀很小，管柱的重量完全由钢制外管承担，高密度聚乙烯内管受力很小，在此种情况下本发明地热开采用隔热保温管的使用寿命可达40-50年。

表1本发明地热开采用隔热保温管的性能及使用效果