一种用于地层深部取热的保温管连接结构

本发明涉及一种保温管连接结构，尤其是一种用于地层深部取热的保温管连接结构。

背景技术：

1、在向地层深部取热过程中，为降低热损失，提高取热效率，通常采用双层真空保温管柱作为取热通道。但是经研究发现，该保温管柱工作时70%-80%的散热量集中在保温管的连接部位，为了改善该位置处的保温效果，有人提出了与保温管体同样结构的双层真空保温结构，并在抽真空的同时环空填充保温材料和吸氢剂，通过内外管双级螺纹连接；还有一种解决方法是将管体与连接结构作为一个整体，通过内外管螺纹连接。

2、上述保温管连接结构虽具有一定的保温效果，但随着时间推移，氢气会逐渐侵入保温管体，由于受到空间限制，吸氢剂量非常少，很快会消耗殆尽，因此氢气与钢管表面还会发生氢化反应，降低环空真空度，导致保温性能下降。此外，以上结构对制造工艺要求很高，安装复杂，会降低入井效率。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于地层深部取热的保温管连接结构，它在保温管柱连接部位通过三层套管形成两个环形空间，利用两道保温屏障阻断热传导、对流和辐射三种方式的热传递，达到提高保温管柱保温性能的目的。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于地层深部取热的保温管连接结构，包括由内向外依次套装的第一内管、第二内管和外管，在三层套管之间形成两个环形空间，并在两个环形空间的两端设置封隔板；所述第一内管、第二内管和外管均采用钛合金材质，在第一内管、第二内管之间的环形空间中填充二氧化硅气凝胶毛毡并抽真空处理，在第二内管和外管之间的环形空间中填充吸氢剂并抽真空处理；所述第一内管两端内壁为与保温管配合的锥形连接面，在锥形连接面上设有与保温管配合的内螺纹。

4、上述用于地层深部取热的保温管连接结构，所述第一内管、第二内管之间的环形空间内真空度、二氧化硅气凝胶毛毡填充的紧密度及导热系数之间相互关联，具体为：当第一内管、第二内管之间的环形空间内真空度为9998.9pa时，填充二氧化硅气凝胶毛毡的紧密度对导热系数无影响；当第一内管、第二内管之间的环形空间内真空度为1000pa或小于9998.9pa时，随着填充二氧化硅气凝胶毛毡的紧密度的增大，导热系数增大；当第一内管、第二内管之间的环形空间内真空度大于9998.9pa或为100000pa时，随着填充二氧化硅气凝胶毛毡的紧密度的增大，导热系数减小。

5、上述用于地层深部取热的保温管连接结构，所述第一内管的外壁与第二内管的内壁进行抛光处理。

6、上述用于地层深部取热的保温管连接结构，填充在第一内管、第二内管之间环形空间内的二氧化硅气凝胶毛毡内、外侧均用铝箔纸包裹。

7、上述用于地层深部取热的保温管连接结构，所述第二内管外壁与外管内壁均设置阻氢镀层。

8、上述用于地层深部取热的保温管连接结构，所述阻氢镀层采用cu或ni钝性金属。

9、上述用于地层深部取热的保温管连接结构，所述阻氢镀层采用al2o3/zro2复合层、tic、sic无机非金属类材料。

10、本发明提供一种用于地层深部取热的保温管连接结构，它通过三层套管形成两个环形空间，利用两道保温屏障阻断热传导、对流和辐射三种方式的热传递，达到提高保温管柱保温性能的目的；在本发明结构中，管体材料采用钛合金材料代替传统钢材，与钢材相比钛合金材料具有更大的抗拉强度和更小的密度，另外采用钛合金制作保温连接结构，在保证连接结构外径尺寸和抗拉强度不变的情况下可适当减小管材壁厚，由此增大了三层套管之间两个环形空间的容积，为保温连接结构第一保温屏障与第二保温屏障建立了结构基础。

技术特征：

1.一种用于地层深部取热的保温管连接结构，其特征在于：它包括由内向外依次套装的第一内管（1）、第二内管（2）和外管（3），在三层套管之间形成两个环形空间，并在两个环形空间的两端设置封隔板（8）；所述第一内管（1）、第二内管（2）和外管（3）均采用钛合金材质，在第一内管（1）、第二内管（2）之间的环形空间中填充二氧化硅气凝胶毛毡（4）并抽真空处理，在第二内管（2）和外管（3）之间的环形空间中填充吸氢剂（5）并抽真空处理；所述第一内管（1）两端内壁为与保温管配合的锥形连接面，在锥形连接面上设有与保温管配合的内螺纹（1-1）。

2.根据权利要求1所述的用于地层深部取热的保温管连接结构，其特征在于：所述第一内管（1）、第二内管（2）之间的环形空间内真空度、二氧化硅气凝胶毛毡填充的紧密度及导热系数之间相互关联，具体为：当第一内管（1）、第二内管（2）之间的环形空间内真空度为9998.9pa时，填充二氧化硅气凝胶毛毡（4）的紧密度对导热系数无影响；当第一内管（1）、第二内管（2）之间的环形空间内真空度为1000pa或小于9998.9pa时，随着填充二氧化硅气凝胶毛毡（4）的紧密度的增大，导热系数增大；当第一内管（1）、第二内管（2）之间的环形空间内真空度大于9998.9pa或为100000pa时，随着填充二氧化硅气凝胶毛毡（4）的紧密度的增大，导热系数减小。

3.根据权利要求2所述的用于地层深部取热的保温管连接结构，其特征在于：所述第一内管（1）的外壁与第二内管（2）的内壁进行抛光处理。

4.根据权利要求3所述的用于地层深部取热的保温管连接结构，其特征在于：填充在第一内管（1）、第二内管（2）之间环形空间内的二氧化硅气凝胶毛毡（4）内、外侧均用铝箔纸（6）包裹。

5.根据权利要求3或4所述的用于地层深部取热的保温管连接结构，其特征在于：所述第二内管（2）外壁与外管（3）内壁均设置阻氢镀层（7）。

6.根据权利要求5所述的用于地层深部取热的保温管连接结构，其特征在于：所述阻氢镀层（7）采用cu或ni钝性金属。

7.根据权利要求5所述的用于地层深部取热的保温管连接结构，其特征在于：所述阻氢镀层（7）采用al2o3/zro2复合层、tic、sic无机非金属类材料。

技术总结
一种用于地层深部取热的保温管连接结构，包括由内向外依次套装的第一内管、第二内管和外管，在三层套管之间形成两个环形空间，并在两个环形空间的两端设置封隔板；所述第一内管、第二内管和外管均采用钛合金材质，在第一内管、第二内管之间的环形空间中填充二氧化硅气凝胶毛毡并抽真空处理，在第二内管和外管之间的环形空间中填充吸氢剂并抽真空处理；所述第一内管两端内壁为与保温管配合的锥形连接面，在锥形连接面上设有与保温管配合的内螺纹。本发明在保温管柱连接部位通过三层套管形成两个环形空间，利用两道保温屏障阻断热传导、对流和辐射三种方式的热传递，达到了提高保温管柱保温性能的目的。

技术研发人员：杜垚森,伍晓龙,高鹏举,赵远,王晓赛,汤小仁,董向宇,王庆晓
受保护的技术使用者：中国地质科学院勘探技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12