CN102102380A - 同井回灌井分层采灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明属水源热泵对井回灌或同井回灌领域，尤其涉及同井回灌井分层采灌系统，包括套筛管；套筛管包括套管(2)、上筛管(801)、坐封座(5)、下筛管(802)及沉砂管(9)；在套筛管外环空区域设有下砾料层(1001)、下粘土球层(601)、上砾料层(1002)、上粘土球层(602)及固井层(1)；下砾料层(1001)高于下筛管(802)；上砾料层(1002)高于上筛管(801)；在坐封面(12)上配接坐封头(4)；坐封头(4)包括坐封头本体(13)、偏心扬水管(3)及电潜泵(7)；在坐封座(5)的上部配接普通扬水管(14)及电潜泵(7)。本发明采灌、成井工艺简单，成本低廉，回灌效率高。

Description

同井回灌井分层采灌系统

技术领域

本发明属水源热泵对井回灌或同井回灌技术领域，尤其涉及一种同井回灌井分层采灌系统。

背景技术

水源热泵是一种高效、环保、节能的空调系统可用于居民采暖及制冷。但这种技术需要动用大量的低温低位热能(主要为地下水)，而大量开采地下水的同时势必引起地面沉降、海水倒灌等地质灾害。因此，各地在利用热泵技术时一般采用对井回灌或同井回灌。

目前，我国各地在利用热泵技术时对提热后的热源水均采取回灌措施，以防止地面沉降、保护环境。但许多地区由于地下地质条件限制，使地下水的回灌无法进行。而同井回灌模式作为一种新技术虽然使地下水回灌受地质条件限制降低，而且在同一井内可同时完成抽水与注水，实现一井多用。但也正是由于要在同一井内完成抽水与注水，因此该模式需要双层套管完井。其中回灌水由套管外管回注至上部含水层；下部含水层中水则由潜水泵通过套管内管抽至地面，导致施工工艺复杂。同时还需要套管外管与套管内管封隔，以防止热贯通。此外，在回灌一定时间后，还需对回灌水层采取回扬措施，以解决水层堵塞问题，提高回灌效率。但由于该模式采用双层套管结构，内、外套管间环空较小，通常只能采用下入小口径风管并利用压风机进行回扬。因此，可以看出目前同井回灌技术不仅成井施工难度巨大，而且在实际生产运行中操作复杂。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种采灌、成井工艺简单，成本低廉，回灌效率高的同井回灌井分层采灌系统。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：

同井回灌井分层采灌系统，它包括配于井下的套筛管；所述套筛管包括套管、上筛管、坐封座、下筛管及沉砂管；所述坐封座固接于上筛管与下筛管之间；所述上筛管的上部与套管固定相接；所述下筛管的下部与沉砂管固定相接；在所述套筛管外环空区域设有下砾料层、下粘土球层、上砾料层、上粘土球层及固井层；所述下粘土球层位于下砾料层与上砾料层之间；所述上粘土球层位于固井层之下；所述下砾料层高于下筛管；所述上砾料层高于上筛管；所述坐封座包括坐封座本体；在所述坐封座本体内设有坐封面；在所述坐封面上配接坐封头；所述坐封头包括坐封头本体、固定套接于坐封头本体上的偏心扬水管及与偏心扬水管下端部相接的电潜泵；在所述坐封座的上部配接普通扬水管及电潜泵。

作为一种优选方案，本发明所述坐封头本体的底端部呈45°锥面；所述坐封面呈45°斜面；在坐封头本体与坐封面之间配有O型密封圈。

作为另一种优选方案，本发明所述下砾料层高于下筛管2m；所述上砾料层高于上筛管2m；所述下粘土球层的高度为8m。

本发明采用单层套筛管即可满足同井即采又灌要加，彻底颠覆了原同井回灌必须采用双层套管的井身结构设计，不仅施工工序简单，而且还使完井成本大大降低。同时也避免了因采用双层套管导致的套管内、外管环空较小，只能利用压风机下小口径风管回扬的技术难题。此外，本发明通过下入两套电潜泵，可随时改变抽、灌水层(即由抽上灌下改变为抽下灌上)，这是现有同井回灌技术所无法实现的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明坐封座结构示意图；

图3为本发明偏心扬水管结构示意图；

图4为本发明坐封头结构示意图。

图中：1为固井层；2为套管；3为偏心扬水管；4为坐封头；5为坐封座；601为下粘土球层；602为上粘土球层；7为电潜泵；801为上筛管；802为下筛管；9为沉砂管；1001为下砾料层；1002为上砾料层；11为坐封座本体；12为坐封面；13为坐封头本体；14为普通扬水管；15为扬水管法兰；16为坐封斜面；17为电缆密封压盖；18为扬水管法兰；19为套管外螺纹；20为套管内螺纹；21为O型密封圈。

具体实施方式

如图所示，同井回灌井分层采灌系统，它包括配于井下的套筛管；所述套筛管包括套管2、上筛管801、坐封座5、下筛管802及沉砂管9；所述坐封座5固接于上筛管801与下筛管802之间；所述上筛管801的上部与套管2固定相接；所述下筛管802的下部与沉砂管9固定相接；在所述套筛管外环空区域设有下砾料层1001、下粘土球层601、上砾料层1002、上粘土球层602及固井层1；所述下粘土球层601位于下砾料层1001与上砾料层1002之间；所述上粘土球层602位于固井层1之下；所述下砾料层1001高于下筛管802；所述上砾料层1002高于上筛管801；所述坐封座5包括坐封座本体11；在所述坐封座本体11内设有坐封面12；在所述坐封面12上配接坐封头；所述坐封头包括坐封头本体13、固定套接于坐封头本体13上的偏心扬水管3及与偏心扬水管3下端部相接的电潜泵7；在所述坐封座5的上部配接普通扬水管14及电潜泵7。本发明所述坐封头本体13的底端部呈45°锥面；所述坐封面12呈45°斜面；在坐封头本体13与坐封面12之间配有O型密封圈21。本发明所述下砾料层1001高于下筛管2m；所述上砾料层1002高于上筛管2m；所述下粘土球层601的高度为8m。

本发明针对原同井回灌中出现的采灌结构繁琐(双层套管)、回扬工艺复杂(压风机气举)等技术问题，本本发明主要采用偏心扬水管设计，通过下入两套电潜泵7，解决利用压风机分层回扬技术难题，并实现同井回灌井身结构由双层套管简化为单层套管，节约完井成本。同时在成井技术工艺上，为防止热贯通，在套管外上、下水层封隔上，采用在套管外环空投放8m粘土球进行封隔；在套管内抽、灌腔封隔上，通过在偏心扬水管3上加装封隔器，并利用电潜泵7与偏心扬水管重量使坐封座(参见图2)与坐封头(参见图4)密封，实现套管内抽、灌腔分隔。(详见图1)

本发明关键技术：

1、套管外上、下含水层封隔

(1)在同井回灌井成井上，选取具有一定厚度且相对连续含水层，并采用600mm钻头成井。

(2)成井后下入Φ339.7mm套筛管，并使上下两层筛管(上筛管801及下筛管802)间距大于10m。同时在上下两套筛管中间安装坐封座5(图1及图2)与套筛管一起下入井内。具体套筛管结构为：Φ339.7mm套管+Φ339.7mm上筛管+Φ339.7mm套管(5m)+坐封座+Φ339.7mm套管(5m)+Φ339.7mm下筛管+Φ339.7mm沉砂管。(详见图1)

(3)下管后向套筛管外环空投放砾料(砾径根据含水层岩性确定)形成下砾料层1001，使砾料高度高于下部筛管2m后，投放8m粘土球形成下粘土球层601，然后继续投放砾料使砾料高度高于上部筛管2m后(形成上砾料层1002)，再投放一定厚度粘土球后(形成上粘土球层602)上部固井，完成套管外水层封隔。

坐封座(参见图2)：

安装在上筛管801与下筛管802中间，总长500mm。

上部为母扣，扣型为长圆扣(正扣)，扣长150mm，可与上部Φ339.7mm套管相连。

中部上、下内径以45°锥面由Φ320mm变为Φ260mm，厚度100mm，以便入井工具提下，避免刮碰。并在上部锥面嵌有O型密封圈(图2中21)，与坐封头配合完成抽、灌水腔封隔。

下部为公扣，扣型为长圆扣(正扣)，扣长100mm，与下部Φ339.7mm套管相连。

2、偏心扬水管(参见图3)

使下部扬水管居于套管中心以便连接坐封头4，完成与坐封座5密封。并使上部扬水管尽可能贴近套管壁，实现在小口径井中下入两套电潜泵7，完成同井回灌及回扬。

3、套管内抽、灌水腔封隔

通过在偏心扬水管3下部安装坐封头装置，利用电潜泵7与扬水管3重量，实现坐封座与坐封头密封，完成抽灌水腔封隔，以避免热贯通。

坐封头(参见图4)：

上部、下部为普通扬水管，分别连接偏心扬水管3与下部电潜泵7。

中部外径300mm，厚度50mm。底部以45°锥面由Φ300mm变为Ф250mm，与坐封座45°锥面配合。同时坐封头留有电缆孔，并用O型密封圈、压盖(图4中17)实现下部电潜泵电缆密封。

本发明坐封座(图2)与上、下两层筛管连接，在回灌井成井后与套筛管一起下入井内，并通过投放砾料、粘土球、水泥固井完成套管外上、下含水层封隔(详见图1)。完井后，首先依次下入电潜泵(深层)、坐封头(图4)、偏心扬水管(图3)、普通扬水管，利用电潜泵与扬水管重量，使坐封头坐封斜面坐于坐封座45°斜面上，并通过坐封座45°斜面上的O型密封圈(图2中21)，实现密封，从而形成抽、灌水腔封隔。然后再下入第二套电潜泵(浅层)，并通过密封井口，完成整体流程安装。

当需要抽上、灌下时，只需启动浅层电潜泵，关闭深层电潜泵即可。回灌一定周期后关闭浅层电潜泵，开启深层电潜泵可进行回扬。当需要抽下灌上时，反之亦然。

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.同井回灌井分层采灌系统，其特征在于，包括配于井下的套筛管；所述套筛管包括套管(2)、上筛管(801)、坐封座(5)、下筛管(802)及沉砂管(9)；所述坐封座(5)固接于上筛管(801)与下筛管(802)之间；所述上筛管(801)的上部与套管(2)固定相接；所述下筛管(802)的下部与沉砂管(9)固定相接；在所述套筛管外环空区域设有下砾料层(1001)、下粘土球层(601)、上砾料层(1002)、上粘土球层(602)及固井层(1)；所述下粘土球层(601)位于下砾料层(1001)与上砾料层(1002)之间；所述上粘土球层(602)位于固井层(1)之下；所述下砾料层(1001)高于下筛管(802)；所述上砾料层(1002)高于上筛管(801)；所述坐封座(5)包括坐封座本体(11)；在所述坐封座本体(11)内设有坐封面(12)；在所述坐封面(12)上配接坐封头(4)；所述坐封头(4)包括坐封头本体(13)、固定套接于坐封头本体(13)上的偏心扬水管(3)及与偏心扬水管(3)下端部相接的电潜泵(7)；在所述坐封座(5)的上部配接普通扬水管(14)及电潜泵(7)。

2.根据权利要求1所述的同井回灌井分层采灌系统，其特征在于：所述坐封头本体(13)的底端部呈45°锥面；所述坐封面(12)呈45°斜面；在坐封头本体(13)与坐封面(12)之间配有O型密封圈(21)。

3.根据权利要求2所述的同井回灌井分层采灌系统，其特征在于：所述下砾料层(1001)高于下筛管2m；所述上砾料层(1002)高于上筛管2m；所述下粘土球层(601)的高度为8m。

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