CN113124579A - 一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于废弃井地热能的开发和利用技术领域，涉及井下换热器，特别涉及一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器。一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，包括外套管以及设置在外套管内的中心管；还包括多孔换热管，所述多孔换热管包括内环壁以及外环壁，其内环设有一内径与中心管内径一致的中间孔道，内环壁与外环壁之间设有毛细孔道；多孔换热管其上端分别与外套管及中心管连接，多孔换热管其下端设有堵头；内环壁设有绝热层。本发明通过特有的井下换热器结构，只需利用废弃井现有的井身结构，大大降低了地热井开发成本。

Description

一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器

技术领域

本发明属于废弃井地热能的开发和利用技术领域，涉及井下换热器，特别涉及一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器。

背景技术

近年来，化石能源需求量逐年增大，导致供需压力不断加大，由其引起的环境污染也日益加剧，可再生能源的开发利用是解决上述问题的有效途径。与太阳能、风能和潮汐能等其他可再生资源相比，地热资源具有地域分布广、资源量大、清洁环保和热能连续性好等优势。然而，地热能仅占全球可再生能源消费量的2%。地热能市场份额低的重要原因就是其开发成本高昂，其中钻探成本更是占地热项目总成本的50%，而利用废弃井开发地热资源可望成为解决地热井开发成本问题的有效途径，据统计，目前我国废弃井数已突破10万口。

目前废弃井改地热井工程面临着许多急需解决的问题，如需要一种适用于废弃井改地热井工程的高效的井下换热器，目前常用的地热井换热器存在换热效率低，需要特殊的井身结构等问题，不适用于废弃井改地热井工程。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，该井下换热器通过合理的结构设计和选取特殊的材料，能够有效的解决目前井下换热器换热效率低的问题，且提高了地热资源综合利用效率，同时也满足废弃井改地热井工程的要求。

本发明的技术方案在于：

一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，包括外套管以及设置在外套管内的中心管；还包括多孔换热管，所述多孔换热管包括内环壁以及外环壁，其内环设有一内径与中心管内径一致的中间孔道，内环壁与外环壁之间设有毛细孔道；多孔换热管其上端分别与外套管及中心管连接，多孔换热管其下端设有堵头；内环壁设有绝热层。

所述内环壁上端依次通过中心管接头及丝扣与中心管连接，外环壁依次通过外套管接头及丝扣与外套管连接。

所述堵头为中空半球型结构，其半球型外壁与外环壁连接。

所述多孔换热管由4段多孔换热管焊接而成，每一段多孔换热管的上下两端均设有凹槽；位于顶端的多孔换热管其内环壁上端依次通过中心管接头及丝扣与中心管连接，外环壁上端依次通过外套管接头及丝扣与外套管连接。

所述堵头与位于底端的多孔换热管连接。

所述多孔换热管之间、堵头与位于最底部的多孔换热管之间均通过摩擦焊的方式进行焊接。

所述毛细孔道的孔径为φ8~φ10mm。

本发明的技术效果在于：

1、通过独有的多孔换热管结构设计和材料选择，不但达到了取热不取水的目的，还提高了井下换热器的换热效率；

2、多孔换热管的中间孔壁涂有的绝热材料，较好的解决了井下换热器得回水管热损失问题；

3、特有的井下换热器结构，只需利用废弃井现有的井身结构，大大降低了地热井开发成本；

4、结构简单，易加工，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的井下结构示意图。

图2是多孔换热管的各段多孔管示意图。

图3是多孔换热管的轴向剖面图。

图4是多孔换热管与中心管、外套管的连接示意图。

图5是多孔换热管各段多孔管的连接示意图。

图6是堵头结构及其与多孔换热管的连接示意图。

附图标记：1、循环工质；2、中心管；3、外套管；4、套管；5、外套管接头；6、中心管接头；7、多孔换热管；8、堵头；9、环空密封；10、水泥；11、人工井底；12、绝热层；13、毛细孔道；14、凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，主要用于废弃井改地热井工程。包括外套管3以及设置在外套管3内的中心管2；还包括多孔换热管7，所述多孔换热管7包括内环壁以及外环壁，其内环设有一内径与中心管2内径一致的中间孔道，内环壁与外环壁之间设有毛细孔道13，有利于增大循环工质1与导热材料的接触面积，提高换热效率；多孔换热管7其上端分别与外套管3及中心管2连接，多孔换热管7其下端设有堵头8；内环壁设有绝热层12，其目的是防止循环工质1流入中心管2过程中热量流失。

本实施例的具体实施过程为：循环工质1由外套管3流入多孔换热管7的毛细孔道13中，地热层的热通过热传导的方式传给多孔换热管7，多孔换热管7再经过热传递的方式把热传递给毛细孔道13中的循环工质1，加热后的循环工质1进入多孔换热管7下端的堵头8，然后循环工质1通过多孔换热管7的中间孔道进入中心管2，最后循环工质1经中心管2返回地面。

利用该井下换热器进行废弃井的改造过程为：在原有的井身结构基础上对废弃井的原生产层进行封堵产生一个人工井底11，其目的是便于换热器的井下安装和防止油气外窜；利用水泥10进行二次固井，其目的是将目的地热层分隔开，避免水层互窜；泵室底部套管4进行环空密封9，防止产出水窜入地表水层。

实施例2

在实施例1的基础上，还包括：所述内环壁上端依次通过中心管接头6及丝扣与中心管2连接，外环壁依次通过外套管接头5及丝扣与外套管3连接。堵头8为中空半球型结构，其半球型外壁与外环壁连接，设计为半球型，有利于热量的集中。

实施例3

在实施例2的基础上，还包括：所述多孔换热管7由4段多孔换热管7焊接而成，每一段多孔换热管7的上下两端均设有凹槽14，便于焊接；位于顶端的多孔换热管7其内环壁上端依次通过中心管接头6及丝扣与中心管2连接，外环壁上端依次通过外套管接头5及丝扣与外套管3连接。所述堵头8与位于底端的多孔换热管7连接。

其中，每一段多孔换热管7的加工方法为：在实心棒材上打中间孔道和周围的毛细孔道13，然后将其延展拉伸成所需的多孔换热管7。其目的是当循环工质1流入多孔换热管7中时增大循环工质1与导热管的接触面积提高换热效率，为保证多孔换热管7的换热效率和延展拉伸要求，其材料选用纯铜。每段多孔换热管7的两端都设有凹槽14，其目的是在焊接时不用对准各段毛细孔道13的位置方便焊接。

实施例4

在实施例3的基础上，还包括：所述多孔换热管7之间、内环壁与中心管接头6之间、外环壁与外套管接头5之间、堵头8与位于最底部的多孔换热管7之间为保证连接强度，均通过摩擦焊的方式进行焊接。保证井下连接方便可靠，中心管2和中心管接头6、外套管3和外套管接头5都采用丝扣连接的方式。

实施例5

在实施例4的基础上，还包括：所述毛细孔道13的孔径为φ8~φ10mm。另外，外套管3为J55的石油套管4，中心管2为隔热性能好的隔热油管。使用本发明无需另外打井，只需利用废弃井下入套管4。然后将无干扰井下换热器下入井内即可。

本发明用简单的机械结构，满足了井下换热器取热不取水的工艺要求，且整个过程循环工质1不与地下水接触对地下环境没有造成污染，换热效率大大提高，因不需要另外打井，只需要改造现有的废弃井即可，大大降低了地热井的开发成本，可应用于废弃井改地热井工程，具有极大的实际意义和应用价值。

Claims (7)

1.一种用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，包括外套管(3)以及设置在外套管(3)内的中心管(2)；其特征在于：还包括多孔换热管(7)，所述多孔换热管(7)包括内环壁以及外环壁，其内环设有一内径与中心管(2)内径一致的中间孔道，内环壁与外环壁之间设有毛细孔道(13)；多孔换热管(7)其上端分别与外套管(3)及中心管(2)连接，多孔换热管(7)其下端设有堵头(8)；内环壁设有绝热层(12)。

2.根据权利要求1所述用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，其特征在于：所述内环壁上端依次通过中心管接头(6)及丝扣与中心管(2)连接，外环壁依次通过外套管接头(5)及丝扣与外套管(3)连接。

3.根据权利要求2所述用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，其特征在于：所述堵头(8)为中空半球型结构，其半球型外壁与外环壁连接。

4.根据权利要求3所述用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，其特征在于：所述多孔换热管(7)由4段多孔换热管(7)焊接而成，每一段多孔换热管(7)的上下两端均设有凹槽(14)；位于顶端的多孔换热管(7)其内环壁上端依次通过中心管接头(6)及丝扣与中心管(2)连接，外环壁上端依次通过外套管接头(5)及丝扣与外套管(3)连接。

5.根据权利要求4所述用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，其特征在于：所述堵头(8)与位于底端的多孔换热管(7)连接。

6.根据权利要求5所述用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，其特征在于：所述多孔换热管(7)之间、堵头(8)与位于最底部的多孔换热管(7)之间均通过摩擦焊的方式进行焊接。

7.根据权利要求6所述用于废弃井改地热井的无干扰井下换热器，其特征在于：所述毛细孔道(13)的孔径为φ8~φ10mm。

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