CN113622877A - 一种疏松砂岩热储地热开采井井下多级过滤-沉淀装置 - Google Patents
一种疏松砂岩热储地热开采井井下多级过滤-沉淀装置 Download PDFInfo
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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多级过滤‑沉淀装置，包括地热井直井孔口管、二层井管、三层井管，在二层井管和三层井管底部环空处设置有砾料充填，实现初级过滤大颗粒砾石、砂粒的作用，井底段三层井管自下而上依次设置有沉砂管、滤水管，实现继续挡砂和过滤功能，与孔口管接触部位利用止水物进行止水处理，三层井管内设置有两个深井潜水泵，底部都装有滤水网，通过单向阀和下部潜水泵以及携带的扬水管，控制储层中的地热水流入到在大肚子井眼段改造完成的过滤‑沉淀池中，在充填有吸附特性的填料的过滤‑沉淀中过滤后的水，经上部装有反渗透材料的出水口排出到三层井管中，利用上部潜水泵将水经扬水管提升到地表。
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多级过滤-沉淀装置，适用于对高含砂粒、细颗粒悬浮物的采出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，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，而气体及一些微小砂粒和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口周围的热储中，造成热储的堵塞和回灌能力的降低。
发明内容
针对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，本发明的目的在于提供一种疏松砂岩热储地热开采井井下多级过滤-沉淀装置，能够对地热水进行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。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种疏松砂岩热储地热开采井井下多级过滤-沉淀装置，包括地热井直井孔口管、二层井管、三层井管，在二层井管和三层井管底部环空处设置有砾料充填，实现初级过滤大颗粒砾石、砂粒的作用。井底段三层井管自下而上依次设置有沉砂管、滤水管，实现继续挡砂和过滤功能。与孔口管接触部位利用止水物进行止水处理。三层井管内设置有两个深井潜水泵，底部都装有滤水网，通过单向阀和下部潜水泵以及携带的扬水管，控制储层中的地热水流入到在大肚子井眼段改造完成的过滤-沉淀池中，在充填有吸附特性的填料的过滤-沉淀中过滤后的水，经上部装有反渗透材料的出水口排出到三层井管中，利用上部潜水泵将水经扬水管提升到地表，与地面管道连接后进而加以利用。过滤-沉淀池和井筒定期利用冲洗装置进行冲洗和排砂，以提高井下过滤-沉淀系统的利用效率。
如上所述的井下过滤-沉淀池是在疏松砂岩钻井过程中常出现的破坏性大肚子井眼段进一步技术改造后形成的。
如上所述的井下过滤-沉淀池中充填有吸附功能的填料，将地热水中的化学悬浮物质吸附在填料上面。
如上所述的两个深井潜水泵系统，下部潜水泵用于向过滤-沉淀池中抽水，上部深井潜水泵用于将过滤后的热水抽提到地表。
与现有地面过滤技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、该井下多级过滤-沉淀系统真正实现了地热水的多级井下过滤功能，井底设有滤水管和沉砂管能有效过滤砾石、砂，使大部分砂滞留在井底，并且在环空内填设砾料有效防止大颗粒砂进入井筒内。地热开采井井下过滤-沉淀池的新颖设计理念实现了地热水在井下的过滤和沉淀，将细砂沉降在过滤-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，大大的减少了回灌过程中储层砂堵的问题。
2、井下多级过滤-沉淀系统大大减少了地面过滤系统庞大的占地面积需求。
3、过滤沉淀池出水口反渗透材料和池内吸附填料型过滤网的双重防护能有效控制地热水中的大量悬浮盐类进入井管，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伤。
4、经井下多级过滤-沉淀系统精细过滤后的地热水利用后经回灌井注入到热储中的效率将大大提高。
附图说明
图1为本发明专利井下多级过滤-沉淀系统的结构示意图。
图2为图1中单向阀的局部放大示意图。
图3为本发明的冲洗装置的结构示意图。
图中：1-孔口管；2-二层井管；3-三层井管；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；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。
如图1-3所示，一种疏松砂岩热储地热开采井井下多级过滤-沉淀装置，包括两个深井潜水泵系统，上部潜水泵4泵体和叶轮等与下部潜水泵6泵体和叶轮等通过封隔器13隔开。三层井管3上装有2个扶正器，用于矫正下部潜水泵 6和上部潜水泵4在井管3中的位置。下部潜水泵的扬水管601沿孔口管1二层井管2和三层井管3管壁上的钻孔与过滤-沉淀池入水口1202连通，并固定到过滤池内壁上。沉淀池出水口1201钻孔经过孔口管1二层井管2和三层井管3与过滤-沉淀池相连，并设有反渗透膜15。启动下部深井泵，使热储中的地热水经井底砾料7、沉砂管8和滤水管9过滤后，进入扬水管中601，注入到过滤-沉淀池12，此时出水口阀门1201处于关闭状态。待过滤几个小时后，悬浮物吸附到填料滤网上，控制出水口阀门打开，使水经出口处的反渗透性材料流入到封隔器的上部空间，上部潜水泵4启动，叶轮转动，推动过滤后的水进入到扬水管 402抽提到地表。过滤-沉淀池12的建设是基于疏松砂岩热储钻井过程中天然垮塌形成的大肚子井眼技术改造，池壁与疏松砂岩之间的结合采用水泥固定，池内充填包裹有吸附特性填料(如石英和锰砂等)的滤网。
利用单向阀5来控制过滤-沉淀池入水端的进水，工作原理如图2所示：
当下部潜水泵6启动后，水流经过下部潜水泵扬水管601从单向阀5的流体入口502经流体通道507和阀体过滤网504进入到过滤-沉淀池12内。当第下部潜水泵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端5。
经一段时间的地热水开采后，需对井筒3以及过滤-沉淀池12进行清洗，清洗装置如图3所示，包括高压水枪18、高压水枪孔19、排水通道17。排水排砂阀11沿孔口管1、二层井管2和三层井管3管壁上钻孔与过滤沉淀池连接。将潜水泵等井内设备取出并将冲洗设备放入井内，同时排水排砂阀11的活塞1101 被高压水枪18顶住打开。水流从高压水枪18流经高压水枪孔19经过过滤-沉淀池出水孔1201对过滤-沉淀池12自上而下进行冲洗。此时单向阀5的阀芯501 在弹簧505的作用下关闭，而排水排砂阀的活塞1101在冲洗设备顶端作用下打开，水流对过滤沉淀池冲洗后经过排水排砂阀11流到井底，再由潜水泵将水流从冲洗设备的排水通道排出，实现对井筒和过滤-沉淀池的定期清洗作业。
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 (6)
1.一种疏松砂岩热储地热开采井井下多级过滤-沉淀装置，包括地热井直井孔口管(1)，二层井管(2)，三层井管(3)，中间采用多层的技术套管保证了深井管外牢固的密封，同时在二层井管(2)和三层井管(3)底部环空处设有砾料(7)充填，保证大颗粒砂砾不会进入井筒中，实现井下过滤系统的初级过滤功能，井底段三层井管自下而上依次设置有沉砂管(8)、滤水管(9)，与孔口管接触处利用止水物(10)进行止水处理，三层井管内设置有两个深井潜水泵，即下部潜水泵(6)，含多级叶轮、扬水管(601)和电缆(602)，上部潜水泵(4)，含多级叶轮、滤水网(401)、扬水管(402)和电缆(403)，上部潜水泵和三层井管之间利用上部扶正器(14)固定，下部潜水泵(6)与三层井管之间利用下部扶正器(603)固定，利用疏松砂岩钻进过程中的大肚子井眼段技术改造后形成过滤-沉淀池(12)，内面充填具吸附特性的填料，通过单向阀(5)和下部潜水泵(6)以及携带的扬水管(602)，控制储层中的地热水流入到过滤-沉淀池中，在过滤-沉淀中过滤后的水，经上部的出水口(1201)排出到三层井管(3)中，出水口的部位配置有反渗透材料(15)，以便充当三次过滤功能，沉淀-过滤池定期的清砂作业通过排砂口(11)排入到二层井管中，再排出地层，三次过滤后的水充满封隔器以上到与出水口齐平的空间，利用上部潜水泵(4)将水经扬水管提升到地表，与地面管道连接后进而加以利用，利用清洗装置(18)对井筒(3)和过滤-沉淀池(12)定期进行清洗集中除砂。
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多级过滤-沉淀装置，其特征在于，所述的过滤-沉淀池(5)为疏松砂岩热储大肚子井眼段技术改造后的空间，过滤-沉淀池四壁与疏松砂岩层接触面利用水泥固结防护后被特殊吸附性填料充填。
3.根据权利要求2所述的一种疏松砂岩热储地热开采井井下多级过滤-沉淀装置，其特征在于，利用下部潜水泵和扬水管，将地热水抽采进过滤-沉淀池中，并经上部出水孔流入到封隔器封堵的井管底部空间。
4.根据权利要求3所述的一种疏松砂岩热储地热开采井井下多级过滤-沉淀装置，其特征在于，上部潜水泵携带扬水管，将多次过滤后的地热水抽采到地表，与地表管道相连后，加以利用。
5.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多级过滤-沉淀装置，其特征在于，所述的三层井管底部自下而上依次设置有沉砂管(8)、滤水管(9)，与孔口管接触处利用止水物(10)进行止水处理。
6.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多级过滤-沉淀装置，其特征在于，需定期进行对井管(3)和过滤-沉淀池(12)进行清洗，清洗装置与排水排砂阀(11)配合使用。
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