CN109879465B - 一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤-沉淀装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤‑沉淀装置，包括竖直设置的第三层井管，第三层井管的底端位于地热水含水层内，第二层井管套设在第三层井管外，孔口管套设在第二层井管外，第三层井管底部外壁与地热水含水层之间的环形腔内填充有砾料，孔口管和第二层井管底端均与砾料的顶面相抵，第二层井管的底端内壁与对应的第三层井管的外壁之间的环形腔填充有止水物，第二层井管的底端外壁与孔口管的底端内壁之间的环形腔填充有止水物，孔口管侧部设置有过滤沉淀池，过滤沉淀池内设置有填料。本发明利用冲洗装置对定期过滤沉淀池和第三层井管进行冲洗和排砂，以提高井下过滤沉淀系统的利用效率。
Description
技术领域
本发明属于地热开采井井下工具技术领域，具体涉及一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤-沉淀装置，适用于对高含砂、细微颗粒悬浮物的地热水进行井下过滤以及井下沉淀。
背景技术
随着地热田的大规模且长期开发，高回灌率的岩溶型碳酸盐岩热储已不能满足日益增长的地热开采需求。砂岩热储，特别是浅埋藏的疏松砂岩热储近年来也逐渐的被重视和开发。然而，疏松砂岩热储在其开采过程中涌砂量显著，导致地面过滤器基本失效，这使得回灌过程中由于地热尾水中含大量的微小悬浮物或砂粒存在，致使回灌井周围的热储堵塞严重，回灌率普遍偏低，长期会造成热储的压力衰竭而使得产能急剧下降，不利于该类型热储地热能的经济可持续开发。高温地热水中除具有较高的矿化度外，还常含H2S、CO2等气体，富含腐蚀性气体的地热水沿地热开采井的井筒运移会造成对管柱的腐蚀，甚至会造成管柱脱落，导致必须进行定期修井，从而极大地影响地热田的开发效率。地热流体从井底到井口迁移过程中，由于温度和压力的下降也会导致某些矿物沿井壁发生沉淀（结垢），而影响地热能的经济开发效益。针对以上问题，现有的解决方案主要是在井底的井管与套管之间添加砾料，安装滤水管。一般采用单层滤网或者过滤筛管，这能将大颗粒物过滤掉挡在井底，而气体及一些微小砂粒和微细悬浮物还会进一步迁移到井管中，造成对井管的腐蚀以及沿井壁的结垢。地面的过滤和沉淀装置可在一定程度上缓解回灌井井管的腐蚀和回灌热储的堵塞等问题，但未从根本上解决开采井井筒的腐蚀和结垢问题。地热采出水在地面完成热能交换之后沿回灌井回注的过程，由于过滤不充分使得细小悬浮物在常压回灌条件下沉淀在井底附近的热储中，而造成热储的堵塞和回灌能力的降低。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的疏松砂岩热储中采出水含砂量高，采出水矿化度高，采出井井筒腐蚀和结垢等问题，提供一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤-沉淀装置，能够对含砂及微小悬浮物含量高的地热水实现井下过滤和井下沉淀，从而可大大延长地热开采井的使用寿命。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤-沉淀装置，包括竖直设置的第三层井管，第三层井管的底端位于地热水含水层内，第二层井管套设在第三层井管外，孔口管套设在第二层井管外，第三层井管底部外壁与地热水含水层之间的环形腔内填充有砾料，孔口管和第二层井管底端均与砾料的顶面相抵，第二层井管的底端内壁与对应的第三层井管的外壁之间的环形腔填充有止水物，第二层井管的底端外壁与孔口管的底端内壁之间的环形腔填充有止水物，孔口管侧部设置有过滤沉淀池，过滤沉淀池内设置有填料，过滤沉淀池上开设有过滤沉淀池入水孔和位于过滤沉淀池入水孔上方的过滤沉淀池出水孔，第三层井管管壁上相应开设有第三层井管入水孔和位于第三层井管入水孔上方的第三层井管出水孔，第三层井管内设置有封隔器，封隔器位于第三层井管出水孔的下方且位于第三层井管入水孔的上方，第三层井管内设置有位于封隔器下方的下部潜水泵和封隔器上方的上部潜水泵，下部潜水泵与下部潜水泵扬水管一端连接，下部潜水泵扬水管另一端依次穿过第三层井管入水孔、第二层井管管壁和孔口管管壁与过滤沉淀池入水孔处设置的单向阀连通，上部潜水泵与上部潜水泵扬水管一端连接，上部潜水泵扬水管另一端与地面管道连接，过滤沉淀池出水孔与出水管一端连通，出水管上设置有阀门，出水管另一端设置有反渗透材料，出水管设置有反渗透材料的一端依次穿过孔口管管壁、第二层井管管壁和第三层井管出水孔伸入到第三层井管内。
如上所述的单向阀包括设置在过滤沉淀池内的阀体外壳和设置在阀体外壳内的阀缸筒，阀体外壳与阀缸筒之间形成流体通道，阀缸筒通过连接柱与阀体外壳的内壁连接，阀体外壳一端开设有流体入口，阀体外壳另一端设置有阀体过滤网，流体入口与过滤沉淀池入水孔连通，阀缸筒一端封闭，另一端开放，阀芯的活塞部设置在阀缸筒内，单向阀弹簧设置在阀缸筒内且两端分别与阀缸筒的封闭端内壁和阀芯的活塞部相抵，在单向阀弹簧的弹力作用下，阀芯的堵头部穿出阀缸筒的开口端堵住流体入口。
如上所述的第三层井管底端从下至上设置有沉砂管和滤水管。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、第三层井管底部与地热水含水层之间的环形腔内填充有砾料能有效防止大颗粒砂进入各个井管内实现一级挡砾，第三层井管底端自下至上设置有沉砂管和滤水管，能进一步有效的促使细砂、粉砂等细小颗粒物，以及微小悬浮物沉降在过滤-沉淀池底部，而不在地热水向地面管道输送的过程中随热流体向井口迁移，大大的减少了地热开采井筒中的结垢和腐蚀问题，进一步缓解了回灌过程中储层砂堵的问题。
2、节约资源，大大减少了地面过滤系统庞大的占地面积需求。
3、反渗透材料的设置和过滤沉淀池内填料的双重防护能有效控制地热水中的大量悬浮盐类进入第三层井管内，从而能有效控制地热水对开采井井管、井下仪器和设备的长期腐蚀，以及有效缓解地热开采井的井下装置结垢损害。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1中单向阀的局部放大示意图。
图3为本发明的清洗装置的结构示意图。
图中：1-孔口管；2-第二层井管；3-第三层井管；4-上部潜水泵；401-上部潜水泵滤水网；402-上部潜水泵扬水管；403-上部潜水泵电缆；5-单向阀；501-阀芯；502-流体入口；503-螺栓；504-阀体过滤网；505-单向阀弹簧；506-阀缸筒；507-流体通道；508-阀体外壳；6-下部潜水泵；601-下部潜水泵扬水管；602-下部潜水泵电缆；603-下部潜水泵扶正器；7-砾料；8-沉砂管；9-滤水管；10-止水物；11-排水排砂阀；1101-活塞；12-过滤沉淀池；1201-过滤沉淀池出水孔；1202-过滤沉淀池入水孔；1203-填料；1204-出水管；13-封隔器；14-上部潜水泵扶正器；15-反渗透材料；16-地热水含水层；17-排水通道；18-高压水枪；19-高压水枪孔。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤-沉淀装置，包括竖直设置的第三层井管3，第三层井管3的底端位于地热水含水层16内，第二层井管2套设在第三层井管3外，孔口管1套设在第二层井管2外，第三层井管3底部外壁与地热水含水层16之间的环形腔内填充有砾料7，孔口管1和第二层井管2底端均与砾料7的顶面相抵，第二层井管2的底端内壁与对应的第三层井管3的外壁之间的环形腔填充有止水物10，第二层井管2的底端外壁与孔口管1的底端内壁之间的环形腔填充有止水物10，孔口管1侧部设置有过滤沉淀池12，过滤沉淀池12内设置有填料1203，过滤沉淀池12上开设有过滤沉淀池入水孔1202和位于过滤沉淀池入水孔1202上方的过滤沉淀池出水孔1201，第三层井管3管壁上相应开设有第三层井管入水孔和位于第三层井管入水孔上方的第三层井管出水孔，第三层井管3内设置有封隔器13，封隔器13位于第三层井管出水孔的下方且位于第三层井管入水孔的上方，第三层井管3内设置有位于封隔器13下方的下部潜水泵6和封隔器13上方的上部潜水泵4，下部潜水泵6与下部潜水泵扬水管601一端连接，下部潜水泵扬水管601另一端依次穿过第三层井管入水孔、第二层井管2管壁和孔口管1管壁与过滤沉淀池入水孔1202处设置的单向阀5连通，上部潜水泵4与上部潜水泵扬水管402一端连接，上部潜水泵扬水管402另一端与地面管道连接，过滤沉淀池出水孔1201与出水管1204一端连通，出水管1204上设置有阀门，出水管1204另一端设置有反渗透材料15，出水管1204设置有反渗透材料15的一端依次穿过孔口管1管壁、第二层井管2管壁和第三层井管出水孔伸入到第三层井管3内。反渗透材料15可以采用反渗透膜。
单向阀5包括设置在过滤沉淀池12内的阀体外壳508和设置在阀体外壳508内的阀缸筒506，阀体外壳508与阀缸筒506之间形成流体通道507，阀缸筒506通过连接柱与阀体外壳508的内壁连接，阀体外壳508一端开设有流体入口502，阀体外壳508另一端设置有阀体过滤网504，流体入口502与过滤沉淀池入水孔1202连通，阀缸筒506一端封闭，另一端开放，即阀缸筒506一端为封闭端，另一端为开口端，阀芯501的活塞部设置在阀缸筒506内，单向阀弹簧505设置在阀缸筒506内且两端分别与阀缸筒506的封闭端内壁和阀芯501的活塞部相抵，在单向阀弹簧505的弹力作用下，阀芯501的堵头部穿出阀缸筒506的开口端堵住流体入口502。
第三层井管3底端从下至上设置有沉砂管8和滤水管9。
如图1所示，上部潜水泵4上套设有上部潜水泵扶正器14，下部潜水泵6上套设有下部潜水泵扶正器603，上部潜水泵扶正器14用于矫正上部潜水泵4在第三层井管3内的位置，下部潜水泵扶正器603用于矫正下部潜水泵6在第三层井管3内的位置。过滤沉淀池12内设置的填料1203为具有吸附功能的石英或锰砂，能将地热水中的悬浮物质吸附在填料上。
如图2所示，单向阀5的工作原理：
当下部潜水泵6启动后，经过沉砂管8挡砂、滤水管9过滤后的地热水进入下部潜水泵扬水管601中后作用于单向阀弹簧505，在水压作用下单向阀弹簧505被压缩，单向阀5的阀芯501朝着单向阀弹簧505压缩的方向移动，水从单向阀5的流体入口502流经流体通道507和阀体过滤网504流入到过滤沉淀池12内。当下部潜水泵6停止工作时，在单向阀弹簧505的弹力作用下阀芯501的堵头穿出阀缸筒506的开口端堵住流体入口502。
如图1所示，井下过滤沉淀装置的工作原理：
首先启动下部潜水泵6，在水压作用下单向阀5会打开，使经过沉砂管8挡砂、滤水管9过滤后的地热水通过单向阀5流入过滤沉淀池12中，待过滤沉淀池12水满后即停止下部潜水泵6的工作，此时在单向阀弹簧505的弹力作用下阀芯501的堵头部穿出阀缸筒506的开口端堵住流体入口502。过滤沉淀池12内设置有具有吸附功能的石英或者锰砂能很好的去除水中的悬浮颗粒和细小砂砾，待水中的悬浮物和杂质沉淀并吸附于石英或者锰砂表面后，打开控制出水管1204的阀门，使水经过滤沉淀池12出水孔后流入到出水管1204中，进而流入到第三层井管3内，由于设置有封隔器13，第三层井管3内的水则存放在封隔器13上方，启动上部潜水泵4，叶轮转动，推动过滤后的水通过上部潜水泵扬水管402提升到地表，通过与上部潜水泵扬水管402连接的地面管道进行输送。反渗透材料15能进一步有效过滤地热流体中的微小悬浮物和盐类物质。
如图3所示，经一段时间的地热水开采后，需对第三层井管3以及过滤沉淀池12进行清洗，清洗装置包括排水通道17和高压水枪18，高压水枪18上设置有凸部且凸部紧贴反渗透材料15，凸部上开设有高压水枪孔19，随着清洗装置的向下移动，高压水枪18的弧形头部会挤压活塞1101，使得活塞1101被打开。
清洗装置与排水排砂阀11配合使用，排水排砂阀11位于单向阀5下部，排水排砂阀11一端设置有活塞1101，排水排砂阀11另一端设置有过滤网以防止大颗粒砂体堵塞排水通道17。排水排砂阀11设置有活塞1101的一端延伸至第三层井管3内，排水排砂阀11另一端贯穿第三层井管3、第二层井管2、孔口管1以及过滤沉淀池12侧壁延伸至过滤沉淀池12内，排水排砂阀11延伸至过滤沉淀池12内的一端设置有过滤网。
清洗装置工作原理：
取出第三层井管3中的上部潜水泵4、上部潜水泵扬水管402、封隔器13、下部潜水泵6和下部潜水泵扬水管601，将清洗装置放入第三层井管3中，随着清洗装置的向下移动，高压水枪18的弧形头部会挤压活塞1101，使得活塞1101被打开。高压水枪18内的水流依次流经高压水枪孔19、第三层井管出水孔、出水管1204流入过滤沉淀池12内，水流在压力和重力作用下对快速冲洗过滤沉淀池12冲洗后通过排水排砂阀11流入第三层井管3井底，再通过潜水泵将水流从排水通道17排出，从而实现对第三层井管3和过滤沉淀池12的定期清洗作业，对排出的水还可以在地面净化过滤再回注到井下实现水资源的节约利用。
本发明中所描述的具体实施例仅仅是对发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各样的修改，补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。
Claims (3)
1.一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤-沉淀装置，包括竖直设置的第三层井管（3），其特征在于，第三层井管（3）的底端位于地热水含水层（16）内，第二层井管（2）套设在第三层井管（3）外，孔口管（1）套设在第二层井管（2）外，第三层井管（3）底部外壁与地热水含水层（16）之间的环形腔内填充有砾料（7），孔口管（1）和第二层井管（2）底端均与砾料（7）的顶面相抵，第二层井管（2）的底端内壁与对应的第三层井管（3）的外壁之间的环形腔填充有止水物（10），第二层井管（2）的底端外壁与孔口管（1）的底端内壁之间的环形腔填充有止水物（10），孔口管（1）侧部设置有过滤沉淀池（12），过滤沉淀池（12）内设置有填料（1203），过滤沉淀池（12）上开设有过滤沉淀池入水孔（1202）和位于过滤沉淀池入水孔（1202）上方的过滤沉淀池出水孔（1201），第三层井管（3）管壁上相应开设有第三层井管入水孔和位于第三层井管入水孔上方的第三层井管出水孔，第三层井管（3）内设置有封隔器（13），封隔器（13）位于第三层井管出水孔的下方且位于第三层井管入水孔的上方，第三层井管（3）内设置有位于封隔器（13）下方的下部潜水泵（6）和封隔器（13）上方的上部潜水泵（4），下部潜水泵（6）与下部潜水泵扬水管（601）一端连接，下部潜水泵扬水管（601）另一端依次穿过第三层井管入水孔、第二层井管（2）管壁和孔口管（1）管壁与过滤沉淀池入水孔（1202）处设置的单向阀（5）连通，上部潜水泵（4）与上部潜水泵扬水管（402）一端连接，上部潜水泵扬水管（402）另一端与地面管道连接，过滤沉淀池出水孔（1201）与出水管（1204）一端连通，出水管（1204）上设置有阀门，出水管（1204）另一端设置有反渗透材料（15），出水管（1204）设置有反渗透材料（15）的一端依次穿过孔口管（1）管壁、第二层井管（2）管壁和第三层井管出水孔伸入到第三层井管（3）内。
2.根据权利要求1所述的一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤-沉淀装置，其特征在于，所述的单向阀（5）包括设置在过滤沉淀池（12）内的阀体外壳（508）和设置在阀体外壳（508）内的阀缸筒（506），阀体外壳（508）与阀缸筒（506）之间形成流体通道（507），阀缸筒（506）通过连接柱与阀体外壳（508）的内壁连接，阀体外壳（508）一端开设有流体入口（502），阀体外壳（508）另一端设置有阀体过滤网（504），流体入口（502）与过滤沉淀池入水孔（1202）连通，阀缸筒（506）一端封闭，另一端开放，阀芯（501）的活塞部设置在阀缸筒（506）内，单向阀弹簧（505）设置在阀缸筒（506）内且两端分别与阀缸筒（506）的封闭端内壁和阀芯（501）的活塞部相抵，在单向阀弹簧（505）的弹力作用下，阀芯（501）的堵头部穿出阀缸筒（506）的开口端堵住流体入口（502）。
3.根据权利要求1所述的一种疏松砂岩热储地热开采井井下过滤-沉淀装置，其特征在于，所述的第三层井管（3）底端从下至上设置有沉砂管（8）和滤水管（9）。
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