CN209877402U - 地下供暖加热井结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下供暖加热井结构，包括低温加热井和高温加热井组合而成，其中，高温加热井和低温加热井的数量比例≥1:1或低温加热井和高温加热井的数量比例≥1:1，低温加热井下套管后不与地层沟通，高温加热井与地层沟通，位于地面部分的低温加热井和高温加热井之间连通实现冷热水中和及交换。低温加热井和高温加热井均为在套管内下入两层同心管组成的三层同心环型结构，三层同心环型结构从外到内依次是由井筒外层套管、保温管、内层管同心设置而成，低温加热井从外到内依次为注水层、保温层和抽水层，本实用新型解决了现有技术中存在的地热能供暖钻井热值效率低下、维护费用高昂且影响地下水的问题。

Description

地下供暖加热井结构

技术领域

本实用新型属于地热供暖技术领域，具体涉及一种地下供暖加热井结构。

背景技术

随着钻井技术与完井技术的提高，高效利用地下热能的技术逐步成为现实，优化钻井与完井工艺程，合理使用钻井与完井工程合理设计井内管柱结构，使用水平井或直井结构的合理搭配，使用低温高温加热井依次加热的方式达到热效率最大化。

现有方法之一，是使用钻井技术进行钻井后下入套管后下入PVC管，从套管与PVC管中间注入冷水，通过井底循环加入后由PVC管抽入地面，其特点在于不予地层接触，不抽取地下水，同时产生热值效率低下抽到地面后任然需要大型加热设备加热后才能进入孔板，其井内结构简单，在注水与抽水过程中由于冷热水相互影响导致本来温度不高的热水仍然会降温，其采出后任然使用费用昂贵的电能进行加热，其热值效率低下。

其现有方法二，建立地热井后使用电潜泵等手段直接抽取地下水，此方法热值效率高，井内由电潜泵进行抽水，不正反循环。不进行井筒内水里循环，此方法产生热水完全来自地下水，虽然热值效率高，但是其一井内有动力设备后期维护费用昂贵，其二抽采地下水会导致地下水位降低影响地下水，其三长期抽采降低了高温加热井井内温度，使得形成温度漏斗效应及地底能量亏空。

现有方法三，使用压裂技术对储层进行改造，使用水平井结构进行分段压裂后产出高温热水，其出水方式与方法二相同，但是由于使用储层改造技术费用昂贵，普通小区难以普及且地下热能不需要大面积扩散造成消费比地下。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种地下供暖加热井结构，解决了现有技术中存在的地热能供暖钻井热值效率低下、维护费用高昂且影响地下水的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种地下供暖加热井结构，包括低温加热井和高温加热井组合而成，其中，高温加热井和低温加热井的数量比例≥1:1或低温加热井和高温加热井的数量比例≥1:1，低温加热井下套管后不与地层沟通，高温加热井与地层沟通，位于地面部分的低温加热井和高温加热井之间连通实现冷热水中和及交换。

低温加热井和高温加热井均为在套管内下入两层同心管组成的三层同心环型结构，三层同心环型结构从外到内依次是由井筒外层套管、保温管、内层管同心设置而成，低温加热井从外到内依次为注水层、保温层和抽水层，其中，注水层与保温层之间形成外层通道，该外层通道为加热通道，保温层和抽水层之间形成内层通道，该内层通道为保温通道；高温加热井从外到内依次为抽水层、保温层和注水层，其中，抽水层和保温层之间形成外层通道，该外层通道为加热通道，注水层与保温层之间形成内层通道，该内层通道为保温通道，低温加热井注水层及高温加热井抽水层均是由井筒外层套管内壁与保温管外壁形成的环形空腔保温管内壁与内层管外壁之间形成的环形空腔为保温层。

保温管与内层管为一体结构的耐压管。

井筒外层套管与保温管之间分段间隔设置有螺旋扶正器，使井筒外层套管与保温管之间保持固定间距，螺旋扶正器包括管装的环形通道，环形通道周围排布有环形螺旋环绕的连续支撑叶片，螺旋扶正器可以独立安装与管壁外，也可与管材一体成型，管壁外螺旋下降的连续叶片使水流通过叶片后形成顺叶片方向向下的水流，保温管与内层管之间也设置有扶正器。

本实用新型的特点还在于，

螺旋扶正器沿管轴向方向的设置间隔为每5～20m设置一个或一组。

低温加热井和高温加热井为直井、水平井任意组合。

本实用新型的有益效果是，一种地下供暖加热井结构：

(1)包括低温加热井和高温加热井组合而成，其中，高温加热井和低温加热井的数量比例≥1:1或低温加热井和高温加热井的数量比例≥1:1，低温加热井和高温加热井为直井、水平井任意组合而不受井型限制；

(2)常温水由常温水入口注入到低温加热井后，由低温加热井注水层循环出加热水，然后由低温加热井抽水泵通过地面低温加热井抽水层地面通道抽出口通过地面热力补偿装置保温后加压注入高温加热井内，通过循环高温加热井井底后由高温加热井抽水泵抽出至孔板。这样的配合使得热水经过两口地热井逐步加热后达到热效率最大化的目的；同时，从井底出水后经过地面管网后进入高温加热过程中使用热力补偿的装置在地面不损失热量，并且根据需要进行热量补偿；

(3)每组相连通的低温加热井和高温加热井之间均形成三个同心环通道，通过地面保温层泵抽到保温层排水通道与常温水入口混合提高初始水温；此方式既可以在井底隔绝循环水过程中的热量传递导致的损失，又可以使用此热水提高初始水的热容；

(4)低温加热井下套管后不予地层沟通，高温加热井下入筛管或割缝管也可以使用套管完井进行射孔压裂，其高温加热井总循环水量大致相同；低温加热井可以进行初步加热后不予地层沟通，降低对地层及地层水的伤害；高温加热井与地层沟通但是仍然进行循环，不但可以进一步提高水温而且可不抽采地下水只进行热力循环；

(5)低温加热井和高温加热井均为在套管内下入两层同心管组成的三层同心环型结构，三层同心环管结构从外到内依次是由井筒外层套管、保温管、内层管同心设置而成，井筒套管与保温层管之间使用螺旋扶正器，始终使井下管串扶正与井筒内并使套管中热液水形成紊流、端流提高热效率；保温管与保温管与内层管由保温层支架支撑，保温层管与保温管与内层管为一体成型；此方法使井下不产生动力工具，最大限度减少井下复杂结构，利用流体力学与工程力学方式优化形成井底最优热液接触方式。

附图说明

图1是本实用新型一种地下供暖加热井结构其中一组独立井组结构示意图；

图2是本实用新型一种地下供暖加热井结构中螺旋扶正器结构示意图。

图中，1.低温加热井，2.高温加热井，3.井筒外层套管，4.保温管，5.内层管，6.注水层，7.保温层，8.抽水层，9.螺旋扶正器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种地下供暖加热井结构，结构如图1所示，包括低温加热井1和高温加热井2组合而成，其中，高温加热井2和低温加热井1的数量比例≥1:1或低温加热井1和高温加热井2的数量比例≥1:1，低温加热井1下套管后不与地层沟通，高温加热井2与地层沟通，位于地面部分的低温加热井1和高温加热井2之间连通实现冷热水中和及交换。

低温加热井1和高温加热井2均为在套管内下入两层同心管组成的三层同心环型结构，三层同心环型结构从外到内依次是由井筒外层套管3、保温管4、内层管5同心设置而成，低温加热井1从外到内依次为注水层6、保温层7和抽水层8，其中，注水层6和保温层7之间形成外层通道，该外层通道为加热通道，保温层7和抽水层8之间形成内层通道，该内层通道为保温通道；高温加热井2从外到内依次为抽水层8、保温层7和注水层6，其中，抽水层8和保温层7之间形成外层通道，该外层通道为加热通道，保温层7和注水层6之间形成内层通道，该内层通道为保温通道，低温加热井1的注水层6及高温加热井2的抽水层8均是由井筒外层套管内壁与保温管外壁形成的环形空腔，保温管4内壁与内层管5外壁之间形成的环形空腔为保温层7。

保温管4与内层管5为一体结构的耐压管。

如图2所示，井筒外层套管3与保温管4之间分段间隔设置有螺旋扶正器9，使井筒外层套管3与保温管4之间保持固定间距，螺旋扶正器9包括管装的环形通道，环形通道周围排布有环形螺旋环绕的连续支撑叶片，螺旋扶正器可以独立安装与管壁外，也可与管材一体成型，管壁外螺旋下降的连续叶片使水流通过叶片后形成顺叶片方向向下的水流，保温管4与内层管5之间也设置有扶正器。

螺旋扶正器9沿管轴向方向的设置间隔为每5～20m设置一个或一组。

低温加热井1和高温加热井2为直井、水平井任意组合。

本实用新型一种地下供暖加热井结构，高温加热井和低温加热井的数量比例≥1:1或低温加热井和高温加热井的数量比例≥1:1，低温加热井下套管后不与地层沟通，高温加热井根据情况使用筛管或套管完井后射孔进行小规模高效储层改造与地层沟通，使常温水由低温加热井循环加热后通过地面管网进入高温加热井与地层循环后进入地面孔板获得高热值水，其低温加热井特点为不予地层液体交换，井底无动力工具，使用保温层隔绝冷热水避免热力互相传递导致热力损失；高温加热井同样使用三层同心环管结构，保温层隔绝冷热水温度，最大限度保留高温热水热量，其地热井结构也分为直井与水平井，可以使用直井与直井、水平井与水平井、直井与水平井混合使用的方式；都使用三层同心环管结构，其保温管与内层抽(注)层可为一体结构根据井深使用耐压管降低成本，保温层与内层水平段使用保温层支架结构，保温层外层与井筒外层套管使用分段保温层支撑螺旋扶正器使内管与井壁保持固定间距，同时使水流通过螺旋结构形成紊流与端流的不同流体力学结构使水最大能与井壁(储层)接触吸收更多热能，提高热能效率。

低温加热井由常温水入口进入由低温加热井井筒外层套管与低温加热井保温层管组成的低温加热井环空注水层(外层环)循环至井底后分成两股，其主要作用是加热后的水流进入低温加热井抽水层管形成的低温加热井抽水层(内层)到达地面通过闸门后进入管网，另一股水流从井底通过低温加热井井底后通过低温加热井保温层管与低温加热井抽水层管形成的低温加热井保温层(中层环)通过闸门进入地面管网。

高温加热井由地面热力补偿装置注入高温加热井注水层管形成的高温加热井注水层(内层)循环至井底后分成两股，其主要加热水通过高温加热井套管与高温加热井保温层管组成的高温加热井环空抽水层(外层环)通过闸门到达地面，另一股水流从井底通过由高温加热井保温层管与高温加热井注水层管形成的高温加热井保温层(中层环)通过闸门到达地面管网。

井筒外层套管与保温管之间分段间隔设置有螺旋扶正器，使内管与井壁保持固定间距，同时使水流通过螺旋结构形成紊流与端流的不同流体力学结构使水最大能与井壁(储层)接触吸收更多热能，提高热能效率。

高温加热井结构由表层套管封固上部松软地层，二开钻进到目的层(使用水平井为例)完钻，下入高温加热井完井套管，下入筛管或者割缝管可以不进固井，按照实际情况如果需要进行沟通热岩层，如需沟通热盐岩裂缝可进行射孔、加沙压裂压裂作业，再下入双层管。

保温层管与高温层抽水层管形成保温层抽水通道，保温层抽水通道使用保温层泵由地面从井底抽出热水，作用隔绝两个温度区间水互相影响，避免最后出水热量散失；高温加热井注水层管在最内层形成内通道，通过地面后注入井底；其高温加热井注水与抽出量保证大致相同，确保不开采地下水，只进行地下水热力交换。

本实用新型一种地下供暖加热井结构，三层同心环管结构，在井筒内管串为一体成型或安装井下没有动力设备及动力部件，仅依靠流体力学原理及结构学构件进行加热、保温。对井底结构进行优化，制作出合理高效的井底加热手段，同时不在井底形成动力装置(减少后期维护)。即解决常规地层不沟通、套管内循环法地层热能交换效率低的问题，又解决地下水抽采过程中破坏地底水资源及危害储层造成地层能量损失，地层能量降低等弊病。

Claims (3)

1.一种地下供暖加热井结构，其特征在于，包括低温加热井(1)和高温加热井(2)组合而成，其中，高温加热井(2)和低温加热井(1)的数量比例≥1:1或低温加热井(1)和高温加热井(2)的数量比例≥1:1，低温加热井(1)下套管后不与地层沟通，高温加热井(2)与地层沟通，位于地面部分的低温加热井(1)和高温加热井(2)之间连通实现冷热水中和及交换；

所述低温加热井(1)和高温加热井(2)均为在套管内下入两层同心管组成的三层同心环型结构，所述三层同心环型结构从外到内依次是由井筒外层套管(3)、保温管(4)、内层管(5)同心设置而成，低温加热井(1)从外到内依次为注水层(6)、保温层(7)和抽水层(8)，其中，注水层(6)和保温层(7)之间形成外层通道，该外层通道为加热通道，保温层(7)和抽水层(8)之间形成内层通道，该内层通道为保温通道；高温加热井(2)从外到内依次为抽水层(8)、保温层(7)和注水层(6)，其中，抽水层(8)和保温层(7)之间形成外层通道，该外层通道为加热通道，保温层(7)和注水层(6)之间形成内层通道，该内层通道为保温通道，低温加热井(1)的注水层(6)及高温加热井(2)的抽水层(8)均是由井筒外层套管内壁与保温管外壁形成的环形空腔，保温管(4)内壁与内层管(5)外壁之间形成的环形空腔为保温层(7)；

所述保温管(4)和内层管(5)为一体结构的耐压管；

所述井筒外层套管(3)与保温管(4)之间分段间隔设置有螺旋扶正器(9)，使井筒外层套管(3)与保温管(4)之间保持固定间距，螺旋扶正器(9)包括管装的环形通道，环形通道周围排布有环形螺旋环绕的连续支撑叶片，螺旋扶正器可以独立安装与管壁外，也可与管材一体成型，管壁外螺旋下降的连续叶片使水流通过叶片后形成顺叶片方向向下的水流，保温管(4)与内层管(5)之间也设置有扶正器。

2.根据权利要求1所述的一种地下供暖加热井结构，其特征在于，所述螺旋扶正器(9)沿管轴向方向的设置间隔为每5～20m设置一个或一组。

3.根据权利要求1～2任一项所述的一种地下供暖加热井结构，其特征在于，所述低温加热井(1)和高温加热井(2)为直井、水平井任意组合。