CN114061159A - 地热管用堵头、地热管和地热提取系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地热管用堵头、地热管和地热提取系统，所述地热管用堵头包括外固定管和活动管，所述外固定管具有在上下方向上相对的第一下端和第一上端，所述第一上端用于与地热管的底部相连；所述活动管的至少一部分沿上下方向可移动地设置在所述外固定管内，以便所述活动管在伸出位置和缩回位置之间移动，所述活动管具有在上下方向上相对的第二下端和第二上端，所述第二下端封堵，所述第二上端敞开，所述活动管的管壁上设有沿内外方向贯通的连通孔，位于所述伸出位置的所述活动管的连通孔位于所述第一下端的下方，位于所述缩回位置的所述活动管的所述连通孔位于所述第一下端的上方。具有本发明实施例的堵头的地热管具有下井操作简单等优点。

Description

地热管用堵头、地热管和地热提取系统

技术领域

本发明涉及地热开采技术领域，具体涉及一种地热管用堵头、地热管和地热提取系统。

背景技术

地热是集热、矿、水为一体的矿产资源，和燃煤、石油等能源相比，地热不仅清洁，而且能反复利用，属于可再生资源。地热资源功能多，用途广，不仅在供暖、制冷和洗浴等领域有着广泛的应用；而且还是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源，同时还是宝贵的医疗热矿水和饮用矿泉水资源以及生活供水水源。

“取水型”地热能利用技术需要利用钻机打地热井和回灌井，通过地热井采集地下水以采集地热，通过回灌井将利用后的水回灌到地下，存在地表沉降和污染地下水的问题。为了解决上述问题，近些年，“取热不取水”的地热能利用技术开始得到应用。“取热不取水”的地热能利用技术利用封闭管道内的换热介质采集地热井内的热能(地下土壤热量、岩层热量、地热矿热量)，而无需抽取地下水不仅不会对地下水和地表水造成污染,而且还能避免地表沉降的问题。

“取热不取水”的地热提取系统包括地热管，地热管包括同心设置的内管和外管，内管和外管之间形成环空，地热管的下端通过堵头封堵。通过环空向地热井内注入循环水，到达地热管底部的循环水经内管返回地面，利用注入地热井内的循环水与地热井内的热能(地下土壤、岩层、地热矿、水)换热，而将地热资源提取到地面上。相关技术中的地热管存在下井操作繁琐的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种地热管用堵头、地热管和地热提取系统，以使地热管在下井过程中操作简单。

根据本发明实施例的地热管用堵头包括：

外固定管，所述外固定管具有在上下方向上相对的第一下端和第一上端，所述第一上端用于与地热管的底部相连；和

活动管，所述活动管的至少一部分沿上下方向可移动地设置在所述外固定管内，以便所述活动管在伸出位置和缩回位置之间移动，所述活动管具有在上下方向上相对的第二下端和第二上端，所述第二下端封堵，所述第二上端敞开，所述活动管的管壁上设有沿内外方向贯通的连通孔，位于所述伸出位置的所述活动管的连通孔位于所述第一下端的下方，以便所述地热管用堵头的内部和外部连通，位于所述缩回位置的所述活动管的所述连通孔位于所述第一下端的上方，以便所述地热管用堵头的内部和外部隔开。

具有根据本发明实施例的堵头的地热管具有下井操作简单等优点。

在一些实施例中，所述地热管用堵头进一步包括内固定管，所述内固定管设置在所述外固定管的内部，所述内固定管与所述外固定管相连，所述活动管的所述至少一部分沿上下方向可移动地设置在所述内固定管内，所述活动管的所述至少一部分的外周面与所述内固定管的内周面配合。

在一些实施例中，所述内固定管和所述外固定管沿内外方向间隔开地设置，所述内固定管和所述外固定管之间限定出堵头环空，进一步包括转接头，所述转接头与所述内固定管和所述外固定管中的每一者相连，以便利用所述转接头封堵所述堵头环空的底部。

在一些实施例中，所述转接头具有在上下方向上相对的大径端和小径端，所述大径端设置在所述小径端的上方，所述大径端与所述外固定管相连，所述小径端与所述内固定管相连。

在一些实施例中，所述地热管用堵头进一步包括固定套，所述固定套包括：

外套体，所述外固定管套设在所述外套体上，所述外套体与所述外固定管相连；

内套体，所述内套体套设在所述内固定管上，所述内套体与所述内固定管相连；和

多个板体，多个所述板体设置在所述外套体和所述内套体之间，多个所述板体沿所述内套体的周向间隔布置，多个所述板体中的每一者的内端与所述内套体相连，多个所述板体中的每一者的外端与所述外套体相连。

在一些实施例中，所述地热管用堵头进一步包括顶部挡止件，所述顶部挡止件设置在所述第二上端上，所述外固定管的内部设有上挡止面，所述活动管位于所述伸出位置时，所述顶部挡止件的下端面抵靠在所述上挡止面上。

在一些实施例中，所述地热管用堵头进一步包括底部挡止件，所述底部挡止件设置在所述第二下端上，所述第一下端上设有下挡止面，所述活动管位于所述缩回位置时，所述底部挡止件的上端面抵靠在所述下挡止面上。

在一些实施例中，所述底部挡止件封堵所述活动管的所述第二下端。

根据本发明实施例的地热管包括：

内管；

外管，所述外管套设在所述内管上，所述外管具有在上下方向上相对的外管上端和外管下端；和

堵头，所述堵头为根据本发明任一实施例所述的地热管用堵头，所述外固定管的所述第一上端与所述外管下端相连。

根据本发明实施例的地热管具有下井操作简单等优点。

根据本发明实施例的地热提取系统包括换热器和地热管，所述换热器与所述地热管相连，所述地热管为根据本发明实施例所述的地热管。

根据本发明实施例的地热提取系统具有地热管下井操作简单等优点。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的地热管的结构示意图。

图2是根据本发明一个实施例的地热管用堵头的结构示意图。

图3是图2中转接头的结构示意图。

图4是图2中固定套的结构示意图。

附图标记：

堵头100；

地热管200；

外固定管1；第一下端101；第一上端102；

内固定管2；上挡止面201；下挡止面202；堵头环空203；

活动管3；第二下端301；第二上端302；连通孔303；

转接头4；大径端401；小径端402；变径段403；

固定套5；外套体501；内套体502；板体503；

顶部挡止件6；

底部挡止件7；

内管10；

外管20；外管下端2001；管道环空2002。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明实施例的地热管200包括内管10、外管20和堵头100(地热管用堵头)，外管20套设在内管10上，外管20具有在上下方向上相对的外管上端和外管下端2001。

外管20套设在内管10上，使内管10和外管20之间形成管道环空2002。由此，当地热管200下入地热井内后，地面上的换热流体可以通过地热管200的管道环空2002流入地热管底部，之后换热流体从地热管200的内管10流回地面。夏天，环境温度较高，地面上的换热流体的温度高于地热井内的温度，换热流体在流经地热管200的过程中与地热井处的物质(土壤和/或流体)换热，从而温度较低的换热流体流回地面，利用该温度较低的换热流体可以对环境进行制冷；冬天，环境温度较低，地面上的换热流体的温度低于地热井内的温度，换热流体在流经地热管200的过程中与地热井处的物质(土壤和/或流体)换热，从而温度较高的换热流体流回地面，利用该温度较高的换热流体可以对环境进行制热。

上述换热流体可以是水等其他流体。

下面参考图1至图4描述本发明实施例的堵头100。

根据本发明实施例的堵头100包括外固定管1和活动管3。外固定管1具有在上下方向上相对的第一下端101和第一上端102，第一上端102与外管20的外管下端2001相连。

可选地，外固定管1第一上端102与外管20的外管下端2001通过热熔的方式相连。

活动管3的至少一部分沿上下方向可移动地设置在外固定管1内，以便活动管3在伸出位置和缩回位置之间移动。活动管3具有在上下方向上相对的第二下端301和第二上端302，第二下端301封堵，第二上端302敞开，活动管3的管壁上设有沿内外方向贯通的连通孔303。位于伸出位置的活动管3的连通孔303位于第一下端101的下方，以便堵头100的内部和外部连通。位于缩回位置的活动管3的连通孔303位于第一下端101的上方，以便堵头100的内部和外部隔开。

地热管200在下井过程中，活动管3可以依靠自身重力相对于外固定管1向下移动至伸出位置。此时，活动管3的连通孔303位于第一下端101的下方，使得堵头100的内部和外部连通，从而使得地热管200的内部和外部连通，地热井内的流体(流体可以为水或者泥浆)可以进入地热管200内，地热管200内的流体的重量与地热管200的自身重量之和可以抵消一部分地热井内流体施加给地热管200的浮力，避免地热管200因受地热井内的流体的浮力作用而难以下入地热井内。

地热管200下入地热井内预设深度后，活动管3的底部与地热井的井底接触，利用地热井的井底推动活动管3向上移动至缩回位置。此时，连通孔303位于第一下端101的上方，即连通孔303全部进入外固定管1内，使得连通孔303被外固定管1封堵上，堵头的内部和外部隔开，从而使得地热管200的内部和外部隔开，地热井内的流体无法通过连通孔303进入活动管3内，活动管3内的流体也无法进入地热管200内，使得内管10的内部和管道环空2002形成循环流通的流道。

相关技术中，地热管下井过程中，堵头的下端敞开，使得地热管内部与外部连通，避免地热管因井内流体的浮力作用难以下入地热井内。当地热管下入地热井内预设深度后，通过向地热管内注浆等操作将堵头的下端封堵上，避免地热管与地热井内的流体连通，使得内管与管道环空之间形成循环流通的流道。综上所述，在将地热管下入预设深度后，还需要对堵头进行封堵操作，导致地热管存在下井操作繁琐的技术问题。

具有本发明实施例的堵头100的地热管200在下井时，活动管3在自身重力作用下移动至伸出位置，使得地热管200的内部和外部连通，以便地热管200顺利下入地热井内。

当地热管200下到预设深度后，活动管3的第二下端301与井底接触移动至缩回位置，实现地热管200的自动封堵。由此，在地热管200下至地热井的预设深度后，地热管200的堵头100可以实现自动封堵，无需额外对堵头100进行封堵操作，从而地热管200下井操作简单。

因此，具有本发明实施例的堵头100的地热管200具有下井操作简单等优点。

可选地，连通孔303设有多个，以便地热井内的流体可以快速进入活动管3内。

可选地，活动管3具有封堵段和连通段，封堵段设置在连通段的下部，多个连通孔中的每一者设置在连通段上，多个连通孔均匀布置在活动管3的连通段上。在一些实施例中，堵头100进一步包括内固定管2，内固定管2设置在外固定管1的内部，内固定管2与外固定管1相连，活动管3的至少一部分沿上下方向可移动地设置在内固定管2内，活动管3的至少一部分的外周面与内固定管2的内周面配合。

由此，通过外固定管1内连接一个内固定管2，增强了外固定管1的结构强度，活动管3的外周面与内固定管2的内周面可以滑动接触。当活动管3在内固定管2的限位下沿上下方向移动时，内固定管2有效保证了活动管3在上下移动过程中的稳定性。

在一些实施例中，内固定管2和外固定管1沿内外方向间隔开地设置，内固定管2和外固定管1之间限定出堵头环空203。堵头100进一步包括转接头4，转接头4与内固定管2和外固定管1中的每一者相连，以便利用转接头4封堵堵头环空203的底部。

由此，内固定管2和活动管3的尺寸可以设置的较小，有利于节省材料。

可选地，转接头4的上端部与外固定管1的第一下端101相连，转接头4的下端部与内固定管2的第二下端302相连。

如图3所示，在一些实施例中，转接头4具有在上下方向上相对的大径端401和小径端402，大径端401设置在小径端402的上方，大径端401与外固定管1相连，小径端402与内固定管2相连。

可选地，转接头4包括大径段、小径段和包括变径段403，大径段设置在小径段的上方，变径段403的上端与大径段相连，变径段403的下端与小径段相连，大径段的上端面构成大径端401，小径段的下端面构成小径端402。由此，利用变径段实现大径端401和小径端402的过渡连接，且转接头4整体结构强度较高。

可选地，转接头4的大径端与外固定管1的第一下端101通过热熔的方式相连；转接头4的小径端402与内固定管2的第二下端201通过热熔的方式相连。

可选地，外固定管1、内固定管2、转接头4和活动管3同轴布置。

如图4所示，在一些实施例中，堵头100进一步包括固定套5，固定套5包括外套体501、内套体502和多个板体503。外固定管1套设在外套体501上，外套体501与外固定管1相连；内套体502套设在内固定管2上，内套体502与内固定管2相连；多个板体503中的每一者设置在外套体501和内套体502之间，多个板体503沿内套体502的周向间隔布置，多个板体503中的每一者的内端与内套体502相连，多个板体503中的每一者的外端与外套体501相连。

由此，利用固定套5可以增强内固定管2和外固定管1之间的连接强度，以及外固定管1、内固定管2、转接头4和固定套5组成的整体的结构强度。另一方面，当活动管3在内固定管2上下移动时，利用固定套5对内固定管2的支撑作用，可以防止内固定管2晃动，进而可以防止活动管3晃动，保证了活动管3上下移动的稳定性。

可选地，固定套5与转接头3在上下方向上间隔开地设置，内套体502套设在内固定管2的上端部。

在一些实施例中，堵头100进一步包括顶部挡止件6，顶部挡止件6设置在第二上端302上，外固定管1的内部设有上挡止面201，活动管3位于伸出位置时，顶部挡止件6的下端面抵靠在上挡止面201上。

例如，顶部挡止件6包括外径较大段和外径较小段，外径较小段设置在外径较大段的下部，外径较小段的下端面为顶部挡止件6的下端面。

可选地，上挡止面201由内固定管2的上端面构成。

在一些实施例中，堵头100进一步包括底部挡止件7，底部挡止件7设置在第二下端301上，第一下端101上设有下挡止面202，活动管3位于缩回位置时，底部挡止件7的上端面抵靠在下挡止面202上。

可选地，下挡止面202由内固定管2的下端面构成。

在一些实施例中，堵头100，底部挡止件7封堵活动管3的第二下端301。

由此，底部挡止件7防止地热井内流入活动管3的流体流出活动管3。例如，底部挡止件7整体呈盖状，底部挡止件7盖装在活动管3的下端口处。

下面参照图1至图4描述本发明实施例的地热管200的下井过程：

首先，将堵头100连接在外管下端2001，使得内管10、外管20和堵头100组成地热管200。

然后，地热管200以堵头100朝下的状态下入地热井中，地热管200在下入地热井的过程中，活动管3靠自身重力作用移动至伸出位置，使地热管200的内外连通，从而方便地热管200下入地热井内。

最后，当地热管200下至地热井内预设深度时，活动管3在井底的推动下移动至缩回位置，实现堵头100的自动封堵，使地热管200的内外隔开，下井操作简单。

根据本发明实施例的地热提取系统包括换热器和地热管200，换热器与地热管200相连，地热管200为根据本发明任一实施例所述的地热管200。

因此，根据本发明实施例的地热提取系统具有地热管200下井操作简单等优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种地热管用堵头，其特征在于，包括：

外固定管，所述外固定管具有在上下方向上相对的第一下端和第一上端，所述第一上端用于与地热管的底部相连；和

活动管，所述活动管的至少一部分沿上下方向可移动地设置在所述外固定管内，以便所述活动管在伸出位置和缩回位置之间移动，所述活动管具有在上下方向上相对的第二下端和第二上端，所述第二下端封堵，所述第二上端敞开，所述活动管的管壁上设有沿内外方向贯通的连通孔，位于所述伸出位置的所述活动管的连通孔位于所述第一下端的下方，以便所述地热管用堵头的内部和外部连通，位于所述缩回位置的所述活动管的所述连通孔位于所述第一下端的上方，以便所述地热管用堵头的内部和外部隔开。

2.根据权利要求1所述的地热管用堵头，其特征在于，进一步包括内固定管，所述内固定管设置在所述外固定管的内部，所述内固定管与所述外固定管相连，所述活动管的所述至少一部分沿上下方向可移动地设置在所述内固定管内，所述活动管的所述至少一部分的外周面与所述内固定管的内周面配合。

3.根据权利要求2所述的地热管用堵头，其特征在于，所述内固定管和所述外固定管沿内外方向间隔开地设置，所述内固定管和所述外固定管之间限定出堵头环空，进一步包括转接头，所述转接头与所述内固定管和所述外固定管中的每一者相连，以便利用所述转接头封堵所述堵头环空的底部。

4.根据权利要求3所述的地热管用堵头，其特征在于，所述转接头具有在上下方向上相对的大径端和小径端，所述大径端设置在所述小径端的上方，所述大径端与所述外固定管相连，所述小径端与所述内固定管相连。

5.根据权利要求3所述的地热管用堵头，其特征在于，进一步包括固定套，所述固定套包括：

外套体，所述外固定管套设在所述外套体上，所述外套体与所述外固定管相连；

内套体，所述内套体套设在所述内固定管上，所述内套体与所述内固定管相连；和

多个板体，多个所述板体设置在所述外套体和所述内套体之间，多个所述板体沿所述内套体的周向间隔布置，多个所述板体中的每一者的内端与所述内套体相连，多个所述板体中的每一者的外端与所述外套体相连。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的地热管用堵头，其特征在于，进一步包括顶部挡止件，所述顶部挡止件设置在所述第二上端上，所述外固定管的内部设有上挡止面，所述活动管位于所述伸出位置时，所述顶部挡止件的下端面抵靠在所述上挡止面上。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的地热管用堵头，其特征在于，进一步包括底部挡止件，所述底部挡止件设置在所述第二下端上，所述第一下端上设有下挡止面，所述活动管位于所述缩回位置时，所述底部挡止件的上端面抵靠在所述下挡止面上。

8.根据权利要求7所述的地热管用堵头，其特征在于，所述底部挡止件封堵所述活动管的所述第二下端。

9.一种地热管，其特征在于，包括：

内管；

外管，所述外管套设在所述内管上，所述外管具有在上下方向上相对的外管上端和外管下端；和

堵头，所述堵头为权利要求1-8中任一项所述的地热管用堵头，所述外固定管的所述第一上端与所述外管下端相连。

10.一种地热提取系统，其特征在于，包括换热器和地热管，所述换热器与所述地热管相连，所述地热管为权利要求9所述的地热管。

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