CN111894531A - 一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管 - Google Patents
一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管。它解决了现有筛孔井管清堵除塞效果差等技术问题。包括抽水回灌管体、若干筛孔、筒状滤网、环形过水通道和连接固定结构，筒状滤网周向分别具有若干隔水带和过水区域且隔水带和过水区域一一交错分布设置，环形过水通道一侧分别和抽水回灌管体上的筛孔相连通，过水区域靠近隔水带的一侧设有水流斜向引导结构，过水区域另一侧具有水流径向引导结构。优点在于：通过径向水流和斜向水流两股水流的混合冲击下，使筒状滤网外壁、岩土井内壁及其形成的环形空间得到自净清理。实现通过压力水使得回灌井堵塞物得到清理刷新，重新恢复过滤通水功能，使井管达到自净功能。
Description
技术领域
本发明属于中深层地下岩土含水层中采集和回灌地热水的关键设备技术领域，具体涉及一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管。
背景技术
地热能是蕴藏在地球内部的热能，是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源，通常分为浅层地热能、中深层水热型地热能、深层干热岩型地热能。中深层地热能主要是指地下200米至3000米范围内的地层中蕴含的热能资源，中深层地热能以水热型开发为主，中深层地热水的大量集中开采会因其埋藏深、补偿缓慢、再生速度不快而使地热水水位下降形成地热水资源的匮乏。为保护中深层地热储层并解决地热资源的可持续性开发，最有效的途径就是实现地热尾水回灌。回灌就是将使用过的已降温的热水重新注入到地下砂岩含水层中。当前以抽水取水为目的的浅中深层水井，都采用筛孔滤水井管，且常采用类似抽水滤水筛孔井管作为回灌井管，其材质与孔型多种多样。在地热水回灌运行中井的回灌能力经常随着回灌时长逐渐降低，多则一到几年，少则几个月便形成回水井管堵塞，导致常规重力自然回灌失效。回灌井堵塞的原因主要有以下6个方面：50％是悬浮物堵塞、10％是气泡堵塞、5％是颗粒重组、10％是化学沉淀堵塞、15％是微生物堵塞、5％是其他因素。
现有技术中清堵除塞方法主要分为：低压差小流速反洗，稳态/脉冲压力压裂法，高压水力刀/激光切割新通道打通法，化学反应法，超声波法等。传统清堵除塞方法运行成本高，实行困难，因此钻井取水利用工艺的初投资及运行维护费用高，投资回收期长，经济效益不好。
为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案，例如，中国专利文献公开了一种实现淤堵清除的地下水源热泵回灌井及方法[申请号：201910586533.5]：包括回灌井体，回灌井体包括从上而下分布的实管和花管，回灌井体外侧纵向沿圆周方向均匀布设有多根喷射管，各根喷射管之间通过弧形连接件连接形成一个整体，各根喷射管通过连接杆与回灌井体外壁连接，与花管相对应的喷射管的管段上纵向均匀开设有多个喷射孔，同一高度的喷射管的管段上喷射孔的个数为一个；喷射管顶部通过喷射连接管与带高压水泵的清水池连接管连接后与清水池连接；泥浆管一端与放置于回灌井体花管内的潜水泵连接，泥浆管另一端伸出回灌井体外与泥浆池相配合。
上述方案通过将高压水泵和喷射管上的喷射孔相连从而实现清淤和洗井的目的，但是该方案依然存在着：操作不便，需要借助外部设备，成本高，清堵除塞效果差的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种低成本且清淤效果好的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，包括呈竖直设置且中空管状的抽水回灌管体，在抽水回灌管体周向具有若干筛孔，所述的抽水回灌管体周向外侧套设有呈中空筒状且与抽水回灌管体同轴设置的筒状滤网，其特征在于，所述的抽水回灌管体周向外侧和筒状滤网周向内侧之间形成用于水流通过的环形过水通道，且所述的抽水回灌管体和筒状滤网之间设有用于将筒状滤网定位于抽水回灌管体周向外侧的连接固定结构，所述的筒状滤网周向分别具有若干隔水带和过水区域且所述的隔水带和过水区域一一交错分布设置，所述的环形过水通道一侧分别和抽水回灌管体上的筛孔相连通，所述的过水区域靠近隔水带的一侧设有用于将环形过水通道内的水流倾斜引导至筒状滤网外侧形成斜向水流的水流斜向引导结构，且所述的过水区域另一侧具有用于将环形过水通道内的水流径向引导至筒状滤网外侧形成径向水流的水流径向引导结构。
显然，本发明在实际操作中，在封隔器的辅助作用下，当井口加压泵向内注水加压时，封隔器长度范围之内通过水流径向引导结构产生径向水流喷射向井内壁，通过水流斜向引导结构形成斜向水流在井管外环空形成水环流动，在以上两股水流的混合冲击下，使筒状滤网外壁，岩土井内壁及其形成的环形空间得到自净清理。实现通过压力水使得回灌井堵塞物得到清理刷新，重新恢复过滤通水功能，使井管达到自净功能。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，所述的筒状滤网上分布若干滤孔，所述的筒状滤网上具有滤孔的区域形成上述过水区域，且所述的筒状滤网上未具有滤孔的区域形成上述隔水带。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，所述的筒状滤网的过水区域分为供斜向水流通过的通水带以及供径向水流通过的滤水带，且所述的隔水带、通水带和滤水带依次设置在分布设置在筒状滤网周向外侧。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，所述的连接固定结构包括若干竖直设置在环形过水通道内的连接筋，所述的连接筋周向均匀分布设置且所述的连接筋一侧和筒状滤网周向内侧相连，另一侧和抽水回灌管体周向外侧相连。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，所述的筒状滤网周向内侧和抽水回灌管体周向外侧位于隔水带和滤水带之间的位置分别设有连接筋从而将环形过水通道分隔成若干周向依次设置且相互独立的弧形过水腔，且所述的水流斜向引导结构和水流径向引导结构分别设置在弧形过水腔的两侧。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，所述的水流斜向引导结构包括竖直设置在弧形过水腔内且位于隔水带和通水带之间的引流筋体，所述的引流筋体横截面呈非圆形，且所述的引流筋体的一侧和筒状滤网周向内侧相连，另一侧和抽水回灌管体周向外侧相连，且所述的抽水回灌管体上的至少一个筛孔通过设置在引流筋体外侧的水流斜向引导组件和筒状滤网的通水带相连通。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，所述的水流斜向引导组件包括形成于引流筋体一侧的倾斜导水面，所述的倾斜导水面一端延伸至抽水回灌管体上其中一个筛孔外侧，另一端延伸至筒状滤网位于通水带的内侧。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，各个引流筋体的倾斜导水面均朝向同一周向方向倾斜设置，且所述的引流筋体的横截面呈楔形、三角形、多边形、弧形中的任意一种。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，所述的水流径向引导结构包括至少一个设置在抽水回灌管体上且与滤水带相对应的筛孔，且所述的筛孔沿抽水回灌管体径向设置，且所述的筛孔和滤孔对应设置。
在上述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管中，所述的筒状滤网由绕丝周向绕设而成，且所述的筒状滤网周向外侧沿竖直方向依次受力形变形成上述的隔水带、通水带和滤水带。
与现有的技术相比，当本发明的优点在于：
1、通过径向喷射向井内壁的径向水流以及能在在井管外环空形成水环流动的斜向水流实现在以上两股水流的混合冲击下，使筒状滤网外壁、岩土井内壁及其形成的环形空间得到自净清理。实现通过压力水使得回灌井堵塞物得到清理刷新，重新恢复过滤通水功能，使井管达到自净功能。
2、相比以往的清洗方法，不需要额外使用机械设备，减少了井管的清洗工程量，降低了井管的清洗成本，清堵除塞效果好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为图1中A-A处的剖视图；
图3是本发明中筒状筛网的剖面展开图；
图4是本发明中工作状态下的结构示意图；
图中，抽水回灌管体1、筛孔11、筒状滤网2、隔水带21、过水区域22、滤孔23、通水带24、滤水带25、绕丝26、环形过水通道3、弧形过水腔31、连接固定结构4、连接筋41、水流斜向引导结构5、引流筋体51、倾斜导水面52、水流径向引导结构6、斜向水流7、径向水流8、夹角α。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-4所示，本一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，包括呈竖直设置且中空管状的抽水回灌管体1，在抽水回灌管体1周向具有若干筛孔11，抽水回灌管体1周向外侧套设有呈中空筒状且与抽水回灌管体1同轴设置的筒状滤网2，抽水回灌管体1周向外侧和筒状滤网2周向内侧之间形成用于水流通过的环形过水通道3，且抽水回灌管体1和筒状滤网2之间设有用于将筒状滤网2定位于抽水回灌管体1周向外侧的连接固定结构4，筒状滤网2周向分别具有若干隔水带21和过水区域22且隔水带21和过水区域22一一交错分布设置，环形过水通道3一侧分别和抽水回灌管体1上的筛孔11相连通，过水区域22靠近隔水带21的一侧设有用于将环形过水通道3内的水流倾斜引导至筒状滤网2外侧形成斜向水流7的水流斜向引导结构5，且过水区域22另一侧具有用于将环形过水通道3内的水流径向引导至筒状滤网2外侧形成径向水流8的水流径向引导结构6，其中，这里的水流径向引导结构6包括至少一个设置在抽水回灌管体1上且与滤水带25相对应的筛孔11，且筛孔11沿抽水回灌管体1径向设置，且筛孔11和滤孔23对应设置，从而确保径向水流8的产生。
本实施例中，在封隔器的辅助作用下，当井口加压泵向内注水加压时，封隔器长度范围之内通过水流径向引导结构5产生径向水流8喷射向井内壁，通过水流斜向引导结构6形成斜向水流7在井管外环空形成水环流动，在以上两股水流的混合冲击下，使筒状滤网2外壁，岩土井内壁及其形成的环形空间得到自净清理。实现通过压力水使得回灌井堵塞物得到清理刷新，重新恢复过滤通水功能，使井管达到自净功能。
其中，这里的抽水回灌管体1优先采用石油钢管，其在石油钢管上设有多个径向开孔形成筛孔。石油钢管的直径D＝180—400mm，效果最佳值为200mm，厚度P＝8-15mm，效果最佳值为10mm。根据钢管直径D180—400mm将同一截面均匀设有12—18个开孔，每个开孔的直径D0＝6—10mm,最佳值为8mm。并使每组开孔在剖面上的开孔率为30％--50％，详见附图1和2。
进一步地，这里的筒状滤网2上分布若干滤孔23，筒状滤网2上具有滤孔23的区域形成上述过水区域22，且筒状滤网2上未具有滤孔23的区域形成上述隔水带21。其中，筒状滤网2的过水区域22分为供斜向水流7通过的通水带24以及供径向水流8通过的滤水带25，且隔水带21、通水带24和滤水带25依次设置在分布设置在筒状滤网2周向外侧。也就是说，这里的筒状滤网2由绕丝26周向绕设而成，且筒状滤网2周向外侧沿竖直方向依次受力形变形成上述的隔水带21、通水带24和滤水带25。
其中，绕丝26材料为镀锌绕丝。例如，这里的绕丝26的直径为d1＝8—15mm，其效果最佳值为10mm。每层绕丝26之间间隔的滤孔23宽d2＝0.5--1.0mm。在加工筒状滤网2时，绕丝26一段受竖直压力挤压，使其滤孔23宽度增大。例如，在
区域内，这里经竖直压力积压后的绕丝26直径变小，例如，h2＝d1*(0.5—0.7)，其段的滤孔23宽度为h3。这样h3宽度可以明显增大，当绕丝26其中一段受径向挤压，使其消除滤孔宽度，即在
区域中,绕丝26宽度h1＝d1+d2，使其形成隔水段，也就是说这里的上下层绕丝26相互抵靠从而将滤孔23封闭。其结构顺序如图3所示。当然，上述本实施例中隔水带21、通水带24和滤水带25并不局限于上述尺寸，只需要保证隔水带21有足够的长度用于隔离斜向水流7即可以及足够长度的通水带24供斜向水流7通过即可。
优选地，这里的水流斜向引导结构5包括竖直设置在弧形过水腔31内且位于隔水带21和通水带24之间的引流筋体51，引流筋体51横截面呈非圆形，且引流筋体51的一侧和筒状滤网2周向内侧相连，另一侧和抽水回灌管体1周向外侧相连，且抽水回灌管体1上的至少一个筛孔11通过设置在引流筋体51外侧的水流斜向引导组件和筒状滤网2的通水带24相连通。
其中，水流斜向引导组件包括形成于引流筋体51一侧的倾斜导水面52，倾斜导水面52一端延伸至抽水回灌管体1上其中一个筛孔11外侧，另一端延伸至筒状滤网2位于通水带24的内侧。显然，当水流从筛孔11内流出时，在倾斜导水面52的作用下将水流以斜向(优先相对于抽水回灌管体1横截面呈切向方向)从通水带24处流出，同时，为了保证本实施例中在抽水回灌管体1环空形成水环流动，这里的各个引流筋体51的倾斜导水面52均朝向同一周向方向倾斜设置，且引流筋体51的横截面呈楔形、三角形、多边形、弧形中的任意一种。例如，这里的引流筋体51为楔形钢筋2、，其材料为镀锌钢筋。长度与石油钢管的长度一致。根据钢管直径D(180—400mm)均匀且方向一致焊接4—6个上述楔形筋在石油钢管开孔处，详见附图1。当然这里的引流筋体51的横截面并不局限于上述几种，其他具有倾斜导水面52的形状亦可以采用，同时，为了保证径向水流8和斜向水流7相互配合的效果，这里的径向水流8和斜向水流7之间形成夹角α，且这里的夹角α大小为20°-40°。
进一步地，这里的连接固定结构4包括若干竖直设置在环形过水通道3内的连接筋41，连接筋41周向均匀分布设置且连接筋41一侧和筒状滤网2周向内侧相连，另一侧和抽水回灌管体1周向外侧相连。其中，这里的连接筋41为焊接在石油钢管上的圆柱钢筋，其材料为镀锌钢筋，长度与石油钢管的长度一致。其直径d＝10—15mm，效果最佳值为12mm。将上述圆柱钢筋焊接在除需要焊接楔形钢筋外的开孔一侧(圆柱钢筋和楔形钢筋长弧段间隔一个开孔)，详见附图1。也就是说，这里的筒状滤网2周向内侧和抽水回灌管体1周向外侧位于隔水带21和滤水带25之间的位置分别设有连接筋41从而将环形过水通道3分隔成若干周向依次设置且相互独立的弧形过水腔31，且水流斜向引导结构5和水流径向引导结构6分别设置在弧形过水腔31的两侧。这样可以保证水流斜向引导结构5被阻挡不会流入另一个弧形过水腔31内，只能朝向滤水带25流出。
本实施例的工作原理在于：使用本实施例中的滤水筛孔井管作为抽水滤水井管使用时，与其它市售滤水井管功能相同，岩土层裂(孔)隙水在压力(水位)差的驱动下，沿井管径向汇入抽水回灌管体1内。当本井管由抽水转为反向回灌井之用并处于冲洗自净化工作模式时，需要由井口放入压力钢管及其下方端部配置专用井管封隔器，以保证封隔器长度范围内能产生足够的压力水流。当井口加压泵向该封隔器内注水加压时，封隔器长度范围之内的滤水筛孔井管通过抽水回灌管体1(如附图1所示)中的筛孔11形成径向水流8。一部分筛孔形成的径向水流8直接通过筒状滤网2的滤水带25(附图三中未经处理的绕丝26)的形成径向水流8喷射向井内壁，另一部分筛孔11形成的径向水流8在引流筋体51的倾斜导水面52及绕丝26被径向挤压后的隔水段21(如附图3所示)的作用下形成切向水流后经绕丝26被垂直挤压后的过水段24(如附图3所示)水流在井管外环空形成水环流动，在以上两股水流的混合冲击下，使筛孔滤水管外壁，岩土井内壁及其形成的环空得到自净清理，其工作示意图如附图4所示。如若在压力喷流水中加入砂粒时其清理净化效果更好。被清理出来的含泥沙混流水一部分于封隔器上下两个端面位置处的管外环空排向当下的非作业管段区，一部分被推压送入正面清洗出来的裂(孔)隙中。
当本专利技术筛孔滤水管进行自净清洗作业时，另外需要有同步协同运行的其它装置与技术共同作业，倒如：将泥水混合物抽升至井口地面进行净化过滤处理，之后净水被当作加压水反复回用到封隔器内作为压力清洗液之用，井管内壁的清理，等等。这一部分内容不是本案的表述重点，在此不再赘述。
反复上下移动封隔器重复以上操作，将可使设定的管段区域内的滤水井管的堵塞状态得以解除或缓解。
本实施例中的工作运行方式
a、抽水进水过滤工作方法(全有筛孔管程/由封隔器限定范围的管程)：1、全部筛孔管程进水过滤作为抽水井使用时，易堵物质在滤水管的滤水缝隙，井管外侧及其环空中形成。回灌任务另外有他井承担。2、由封隔器限定范围的管程，可在一口井内实行部分区段用于抽水，另外区段进行回水(灌)，即单井抽回灌方式。
b、(反向)压出水流冲洗自净化方式：本工作方式是指定期或者按需要在井口将相关装置管道设置为对本专利技术回灌滤水井管进行压出冲洗自净化工作方式。经过清洗自净化作业后，将相应装置管道重新恢复为a的工作方式。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。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种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了抽水回灌管体1、筛孔11、筒状滤网2、隔水带21、过水区域22、滤孔23、通水带24、滤水带25、绕丝26、环形过水通道3、弧形过水腔31、连接固定结构4、连接筋41、水流斜向引导结构5、引流筋体51、倾斜导水面52、水流径向引导结构6、斜向水流7、径向水流8、夹角α等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，包括呈竖直设置且中空管状的抽水回灌管体(1)，在抽水回灌管体(1)周向具有若干筛孔(11)，所述的抽水回灌管体(1)周向外侧套设有呈中空筒状且与抽水回灌管体(1)同轴设置的筒状滤网(2)，其特征在于，所述的抽水回灌管体(1)周向外侧和筒状滤网(2)周向内侧之间形成环形过水通道(3)，且所述的抽水回灌管体(1)和筒状滤网(2)之间设有连接固定结构(4)，所述的筒状滤网(2)周向分别具有若干隔水带(21)和过水区域(22)且所述的隔水带(21)和过水区域(22)一一交错分布设置，所述的环形过水通道(3)一侧分别和抽水回灌管体(1)上的筛孔(11)相连通，所述的过水区域(22)靠近隔水带(21)的一侧设有水流斜向引导结构(5)，且所述的过水区域(22)另一侧具有水流径向引导结构(6)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，所述的筒状滤网(2)上分布若干滤孔(23)，所述的筒状滤网(2)上具有滤孔(23)的区域形成上述过水区域(22)，且所述的筒状滤网(2)上未具有滤孔(23)的区域形成上述隔水带(21)。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，所述的筒状滤网(2)的过水区域(22)分为供斜向水流通过的通水带(24)以及供径向水流通过的滤水带(25)，且所述的隔水带(21)、通水带(24)和滤水带(25)依次设置在分布设置在筒状滤网(2)周向外侧。
4.根据权利要求3所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，所述的连接固定结构(4)包括若干竖直设置在环形过水通道(3)内的连接筋(41)，所述的连接筋(41)周向均匀分布设置且所述的连接筋(41)一侧和筒状滤网(2)周向内侧相连，另一侧和抽水回灌管体(1)周向外侧相连。
5.根据权利要求4所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，所述的筒状滤网(2)周向内侧和抽水回灌管体(1)周向外侧位于隔水带(21)和滤水带(25)之间的位置分别设有连接筋(41)从而将环形过水通道(3)分隔成若干周向依次设置且相互独立的弧形过水腔(31)，且所述的水流斜向引导结构(5)和水流径向引导结构(6)分别设置在弧形过水腔(31)的两侧。
6.根据权利要求5所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，所述的水流斜向引导结构(5)包括竖直设置在弧形过水腔(31)内且位于隔水带(21)和通水带(24)之间的引流筋体(51)，所述的引流筋体(51)横截面呈非圆形，且所述的引流筋体(51)的一侧和筒状滤网(2)周向内侧相连，另一侧和抽水回灌管体(1)周向外侧相连，且所述的抽水回灌管体(1)上的至少一个筛孔(11)通过设置在引流筋体(51)外侧的水流斜向引导组件和筒状滤网(2)的通水带(24)相连通。
7.根据权利要求5所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，所述的水流斜向引导组件包括形成于引流筋体(51)一侧的倾斜导水面(52)，所述的倾斜导水面(52)一端延伸至抽水回灌管体(1)上其中一个筛孔(11)外侧，另一端延伸至筒状滤网(2)位于通水带(24)的内侧。
8.根据权利要求7所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，各个引流筋体(51)的倾斜导水面(52)均朝向同一周向方向倾斜设置，且所述的引流筋体(51)的横截面呈楔形、三角形、多边形、弧形中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，所述的水流径向引导结构(6)包括至少一个设置在抽水回灌管体(1)上且与滤水带(25)相对应的筛孔(11)，且所述的筛孔(11)沿抽水回灌管体(1)径向设置，且所述的筛孔(11)和滤孔(23)对应设置。
10.根据权利要求3所述的一种适用于中深层地热的带旋流喷射口自净滤水筛孔井管，其特征在于，所述的筒状滤网(2)由绕丝(26)周向绕设而成，且所述的筒状滤网(2)周向外侧沿竖直方向依次受力形变形成上述的隔水带(21)、通水带(24)和滤水带(25)。
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