CN114293945A - 一种地热井口装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地热井口装置，包括套管头组件、与所述套管头组件固定连接的四通组件、设置在所述套管头组件和四通组件内的套管以及设置在所述套管和套管头组件之间的扶正器，所述扶正器包括固定座以及设置在所述固定座上的扶正机构，所述扶正机构包括开设在所述固定座上的容纳槽、容纳在所述容纳槽内的滑块、设置在所述滑块与所述容纳槽之间的弹性件以及用于驱动所述滑块相对于所述容纳槽移动的驱动件，所述套管头组件的内壁上对应所述容纳槽开设有插入槽，所述驱动件用于驱动所述滑块插入所述插入槽内或从所述插入槽内退出。本发明的地热井口装置，扶正器能够有效地对套管起到密封和对中作用。

Description

一种地热井口装置

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种地热井口装置。

背景技术

地热能源井口装置安装在地热井管上端的井口，是用于封闭井口、连接管线，便于采水、回灌和数据采集的装置。其用于将地热井中的热水抽吸上来，该热水的热能被利用后形成的冷却水通过该井口装置输送到地热井中，其特征是包括套管、热水输出管道和冷却水回流管道，套管的一端与地热井的井口螺纹连接，另一端同时连接热水输出管道和冷却水回流管道，套管与热水输出管道和冷却水回流管道的连接处设置有流量计，套管头一般设置有法兰式闸阀、压力表和若干个阀门。

地热井口装置中设置有套管扶正器，用于扶正井内套管，保证套管与井眼的对中度，使环空水泥环均匀，减少套管与井壁的粘附阻卡，减少套管下放阻力，保证固井质量。

现有技术中的地热井口装置的安装和密封的可靠性差，使用过程中的维修次数多，提高了维修成本，降低了井口装置的使用寿命。另一方面，在现有的地热井口装置中，通常用顶丝固定扶正器，安装耗时长；需要在套管头组件上开孔，会造成散热；且扶正器受力不均，进一步降低了地热井口装置的安装和密封的可靠性、以及其使用寿命。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种地热井口装置，能有效提高套管的对中性，提升装置的可靠性和延长其使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种地热井口装置，包括套管头组件、与所述套管头组件固定连接的四通组件、设置在所述套管头组件和四通组件内的套管以及设置在所述套管和套管头组件之间的扶正器，所述扶正器包括固定座以及设置在所述固定座上的扶正机构，所述扶正机构包括开设在所述固定座上的容纳槽、容纳在所述容纳槽内的滑块、设置在所述滑块与所述容纳槽之间的弹性件以及用于驱动所述滑块相对于所述容纳槽移动的驱动件，所述套管头组件的内壁上对应所述容纳槽开设有插入槽，所述驱动件用于驱动所述滑块插入所述插入槽内或从所述插入槽内退出。所述固定座的内径与所述套管的外径相匹配，所述固定座的外径与所述套管头组件的内径相匹配。地热井口装置实际工作时，井内压力可带动套管上下往复运动，扶正器对套管起到扶正对中和密封的作用。且本发明中如上的扶正结构，无需在四通组件或套管头组件上开设贯穿厚度的孔以安装顶丝，包覆性设计的扶正结构能够减少井内热量散失。

根据本发明的一些优选实施方面，所述容纳槽沿所述固定座的径向方向延伸；所述滑块的长度小于或等于所述容纳槽的深度，所述弹性件用于提供所述滑块具有朝向所述插入槽中插入的趋势。即容纳槽为沿固定座的径向方向开设的盲孔，其开口朝向套管头组件的内壁方向。弹性件优选为弹簧，其设置方向和形变方向与容纳槽的设置方向相同。设置弹簧是为了避免滑块驱动失效或者井内压力过大时，平衡井内介质压力，阻止滑块退回固定座的容纳槽内，避免井内压力将扶正器顶出。

根据本发明的一些优选实施方面，所述滑块靠近所述插入槽的一端具有插入斜面，所述滑块的另一端设置有用于对所述弹性件进行限位的限位部。即滑块单边设有过度圆角，避免滑块的花键失效，滑块伸出无法实现安装。限位部为环形设置，用于安装和限位弹簧。

根据本发明的一些优选实施方面，所述滑块上开设置有齿槽，所述驱动件依次包括连接部、螺纹部和齿轮部，所述螺纹部与所述固定座之间螺纹连接，所述齿轮部上设置有用于与所述齿槽相噬合的齿轮，所述齿轮插入在所述齿槽中用于通过转动所述驱动件带动所述滑块移动。即驱动部为类似于螺钉的形式，安装扶正器时，通过调节螺，使滑块退回固定座的容纳槽内；再将扶正器装入套管头内，待扶正器稳定定位在套管头内后，调节螺钉，使滑块伸出固定座的容纳槽内，且其端部插入至插入槽内。

齿槽开设在滑块的顶部，齿槽内单侧设置水平键齿，齿槽的宽度大于花键最大径，以使得齿轮部能够插入齿槽中并与键齿相噬合。螺钉的顶部设有内六角凹槽，便于调节；中部设有螺纹，和固定座定位孔螺纹配合，使底部的齿轮部稳定在滑块顶部的齿轮槽中；齿轮部上设有花键，与齿轮槽中的键齿配合，用于传动滑块。

根据本发明的一些优选实施方面，套管头的内壁上设置有用于定位所述固定座的定位斜面，所述固定座的下部具有与所述套管头内壁相匹配的定位面，通过套管头内壁上的定位斜面和固定座上的定位面，使得扶正器的位置固定在套管头内，保证后续的扶正效果。

根据本发明的一些优选实施方面，所述固定座包括上固定座和下固定座，所述上固定座和下固定座之间设置有第一密封件，所述上固定座和下固定座之间通过固定件固定连接。第一密封件可采用石墨密封圈，石墨弹性密封件通过固定件固定在上固定座和下固定座之间。石墨弹性密封件通过受压变形膨胀与套管实现密封。上固定座和下固定座的内径、外径对应相同，且第一密封件的内径小于上固定座或下固定座的内径，第一密封件的外径大于上固定座或下固定座的外径，即第一密封件的尺寸大于上固定座或下固定座尺寸，以起到更好的密封和对中效果。

根据本发明的一些优选实施方面，包括密封组件，所述密封组件由上至下依次包括上密封座、第二密封件、中密封座、第三密封件以及下密封座，所述第二密封件和第三密封件均包括中间部以及分别位于所述中间部两端部的密封部，所述密封部的厚度大于所述中间部的厚度。即第二密封件和第三密封件的中间部较薄，两端的密封部较厚，使得在密封座相互靠近以对密封件进行挤压的时候，密封件的两侧向外扩展，达到更好地密封作用。

根据本发明的一些优选实施方面，所述密封部的厚度由靠近所述中间部的一侧向远离所述中间部的一侧逐渐增加，所述密封座靠近所述密封件的一侧具有与所述密封部相匹配的挤压面。密封件受热受压后，与套管密封。即从截面上看，中间部为矩形，两侧的密封部为梯形，挤压面为斜面形式，梯形的密封部设置在两个密封座的挤压斜面之间。当两个密封座之间的距离减小以挤压密封件时，密封部在挤压斜面的作用下向外延伸，以实现与套管密封。

根据本发明的一些优选实施方面，所述上密封座、和/或中密封座、和/或下密封座的内壁面上设置有扶正环。若干扶正环用于扶正套管，避免套管与固定座直接接触，减少套管和运动过程中的阻力。

根据本发明的一些优选实施方面，所述中密封座上还开设有贯穿其径向方向上的通孔，所述通孔与所述四通组件上的测试孔贯通。即通孔与试验/测试孔相连，可检测密封泄漏；也可通过试验/测试孔注密封脂，达到紧急密封效果。

根据本发明的一些优选实施方面，所述套管的顶部设置有导套组件，所述导套组件包括本体与由所述本体向所述套管延伸的延伸部，所述本体的底部与所述套管焊接固定连接，所述延伸部的内径与所述套管的内径相同，所述延伸部与所述套管的顶部接触。导套组件用于避免钻头下井时与套管碰撞，导向钻头，所以导套组件的上部设置有导向斜面。

根据本发明的一些优选实施方面，所述本体与所述四通组件的内壁之间还设置有扶正环，优选为波形扶正环，用于扶正套管顶部，避免导套组件直接与套管头四通组件的内壁接触；减少套管与井壁的粘附阻卡，减少套管下放阻力。

由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的地热井口装置，扶正器能够有效地对套管起到密封和对中作用，且本发明中的扶正结构无需在四通组件或套管头组件上开设贯穿厚度的孔以安装顶丝，安装简便，包覆性设计的扶正结构能够减少井内热量散失，且能够有效地延长部件的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例的地热井口装置的结构示意图；

图2为图1中I部的放大图；

图3为图1中II部的放大图；

图4为本发明优选实施例的地热井口装置中扶正器的滑块伸出时的结构示意图；

图5为本发明优选实施例的地热井口装置中扶正器的滑块缩回时的结构示意图；

图6为本发明优选实施例的扶正器中滑块的截面图；

图7为本发明优选实施例的扶正器中滑块的俯视图；

图8为本发明优选实施例的扶正器中驱动件的主视图；

附图中：导套组件-1，密封组件-2，四通组件-3，扶正器-4，套管头组件-5，滑块-6，齿槽-61，插入斜面-62，限位部-63，限位槽-631，弹性件-7，驱动件-9，连接部-91，螺纹部-92，齿轮部-93，容纳槽-10，上固定座-111，第一密封件-112，下固定座-113，固定件-12，插入槽-13，上密封座-14，第二密封件-15，中密封座-16，第三密封件-17，下密封座-18，挤压面-20，扶正环-21，通孔-22，试验/测试孔-23，定位面-24，本体-25，延伸部-26，导向斜面-27，套管-28，焊接点-29。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1-8所示，本实施例的地热井口装置包括套管头组件5、固定连接在套管头组件5上的四通组件3、设置在套管头组件5和四通组件3内的套管28、设置在套管28和套管头组件5之间的扶正器4和密封组件2、以及设置在套管28顶部的导套组件1，密封组件2设置在扶正器4的上部。其中，弹性密封组件2和扶正器4均对套管28起到扶正对中和密封的作用；导套组件1用于对钻头进行导向，避免钻头下井时与套管28的碰撞。以下对各个部件的结构做详细的说明：

1.扶正器4

如图1和4-8所示，扶正器4包括固定座以及设置在固定座上的扶正机构，多个优选为4个扶正机构均匀间隔分布在固定座的同一周向上。本实施例中的固定座包括上固定座111和下固定座113，上固定座111和下固定座113之间设置有第一密封件112，上固定座111和下固定座113之间通过固定件12固定连接。即本实施例中的扶正器4由上至下依次包括上固定座111、第一密封件112和下固定座113。其中，第一密封件112可采用石墨密封圈，石墨弹性密封件通过固定件12固定在上固定座111和下固定座113之间，固定件12可采用螺栓等形式。石墨弹性密封件通过受热受压变形膨胀与套管28实现密封。

上固定座111和下固定座113的内径、外径对应相同，且第一密封件112的内径小于上固定座111或下固定座113的内径，第一密封件112的外径大于上固定座111或下固定座113的外径，即第一密封件112的尺寸大于上固定座111或下固定座113尺寸，以起到更好的密封和对中效果。

扶正机构包括开设在上固定座111上的容纳槽10、容纳在容纳槽10内的滑块6、设置在滑块6与容纳槽10之间的弹性件7以及用于驱动滑块6相对于容纳槽10移动的驱动件9，套管头组件5的内壁上对应容纳槽10开设有插入槽13，插入槽13可环形开设在套管头组件5的内壁上。驱动件9用于驱动滑块6插入插入槽13内或从插入槽13内退出。容纳槽10沿环形固定座的径向方向延伸；滑块6的长度小于或等于容纳槽10的深度，弹性件7用于提供滑块6具有朝向插入槽13中插入的趋势。即容纳槽10为沿固定座的径向方向开设的盲孔，其开口朝向套管头组件5的内壁方向。弹性件7优选为弹簧，其设置方向和形变方向与容纳槽10的设置方向相同。设置弹簧是为了避免滑块6驱动失效或者井内压力过大时，平衡井内介质压力，阻止滑块6退回固定座的容纳槽10内，避免井内压力将扶正器4顶出。环形插入槽的设置，使得只要将滑块完全插入至环形的插入沟槽中，扶正器即安装完成，安装简便，对中及密封效果好。

滑块6下表面靠近插入槽13的一端具有插入斜面62，优选为弧形过渡面，对应的另一面为相互垂直的矩形块设置，防止扶正器4脱落。滑块6的另一端设置有用于对弹性件7进行限位的限位部63。即滑块6单边设有过度圆角，避免滑块6的花键失效，滑块6伸出无法实现安装。限位部63为环形设置，形成限位槽631，用于安装和限位弹簧。

驱动滑块6移动的结构如下：滑块6上开设置有齿槽61，驱动件9由上至下依次包括连接部91、螺纹部92和齿轮部93，螺纹部92上设置有外螺纹，用于与上固定座111之间螺纹连接，齿轮部93上设置有用于与齿槽61相噬合的齿轮，齿轮插入在齿槽61中用于通过转动驱动件9带动滑块6移动。即驱动部为类似于螺钉的形式，安装扶正器4时，通过调节螺，使滑块6退回固定座的容纳槽10内；再将扶正器4装入套管头5内，待扶正器4稳定定位在套管头5内后，调节螺钉，使滑块6伸出固定座的容纳槽10内，且其端部插入至插入槽13内。

齿槽61开设在滑块6的顶部，齿槽61内单侧设置键齿，键齿沿水平方向排列，齿槽61的宽度大于花键的最大径，以使得齿轮部93能够插入齿槽61中与键齿相噬合并通过转动齿轮部93带动滑块6移动。螺钉的顶部设有内六角凹槽，便于调节、转动螺钉；中部设有螺纹，和上固定座111的定位孔螺纹配合，使底部的齿轮部93稳定在滑块6顶部的齿轮槽中；齿轮部93上设有花键，与齿轮槽中的键齿配合，用于传动滑块6。齿轮部93上的花键(齿轮)的高度需大于齿槽61中键齿的高度，防止二者脱离，无法实现驱动效果。

上固定座111和下固定座113的内径与套管28的外径相匹配，上固定座111和下固定座113的外径与套管头组件5的内径相匹配。地热井口装置实际工作时，井内压力带动套管28上下往复运动，扶正器4对套管28起到扶正对中和密封的作用。且本实施例中如上的扶正结构，无需在四通组件3或套管头组件5上开设贯穿厚度的孔以安装顶丝，包覆性的扶正结构设计能够减少井内热量散失。

下固定座113的下部具有与套管头5内壁相匹配的定位面24，通过套管头5内壁上的定位斜面和固定座上的定位面24，使得扶正器4的位置固定在套管头5内，保证后续的扶正效果。

2.密封组件2

如图1和图2所示，密封组件2由上至下依次包括上密封座14、第二密封件15、中密封座16、第三密封件17以及下密封座18，第二密封件15和第三密封件17均包括中间部以及分别位于中间部两端部的密封部，密封部的厚度大于中间部的厚度。即第二密封件15和第三密封件17的中间部较薄，两端的密封部较厚，使得在密封座相互靠近以对密封件进行挤压的时候，密封件的两侧向外扩展，达到更好地密封作用。

更具体的，密封部的厚度由靠近中间部的一侧向远离中间部的一侧逐渐增加，密封座靠近密封件的一侧具有与密封部相匹配的挤压面20。密封件受热受压后，与套管28实现密封。即从截面上看，第二密封件15和第三密封件17的中间部为矩形，两侧的密封部为梯形，挤压面20为斜面形式，梯形的密封部设置在两个密封座的挤压斜面之间。当两个密封座之间的距离减小以挤压密封件时，密封部在挤压斜面的作用下以及受热下向外延伸，以实现与套管28密封。

上密封座14、中密封座16、和下密封座18的内壁面上设置有扶正环21。若干扶正环21用于扶正套管28，避免套管28与固定座直接接触，减少套管28和运动过程中的阻力。

本实施例中的中密封座16上还开设有贯穿其径向方向上的通孔22，通孔22与四通组件3上的测试孔23贯通。即通孔22与试验/测试孔23相连，可检测密封泄漏；也可通过试验/测试孔23注密封脂，达到紧急密封效果。

3.导套组件1

导套组件1包括本体25与由本体25向套管28延伸的延伸部26，本体25的底部与套管28焊接连接，具有焊接点29，延伸部26的内径与套管28的内径相同，延伸部26与套管28的顶部接触。导套组件1用于避免钻头下井时与套管28碰撞，导向钻头，所以导套组件1的上部设置有导向斜面27。

本体25与四通组件3的内壁之间还设置有扶正环21，优选为波形扶正环21，用于扶正套管28顶部，避免导套组件1直接与套管头四通组件3的内壁接触；减少套管28与井壁的粘附阻卡，减少套管28下放阻力。

由图1可以看出，扶正器4的下部通过定位面24和定位斜面支撑在套管头5的内壁上，扶正器4的上部与密封组件2的下部相抵触。四通组件3的内壁上设置有向内凸出的抵挡部，密封组件2的上部与抵挡部相抵触。即扶正器4和密封组件2设置在定位斜面和抵挡部之间，通过扶正器4和密封组件2各自内部的固定件12实现各自的组装和对密封件的挤压，通过定位斜面和抵挡部实现扶正器4和密封组件2位置定位和安装效果，进一步保证了套管的密封和对中性。导套组件1设置在套管28的顶部，且位于密封组件2的上方。

以下简述本实施例中的地热井口装置的安装和工作过程：

先将套管28置于设定位置，之后安装扶正器4。安装扶正器4时，先转动驱动件9，在驱动件9下部的齿轮部93与滑块6上的齿槽61配合下，使得滑块6缩回容纳槽10中；之后将扶正器4安装至套管28上并置于套管头组件5内，使得扶正器4下部的定位面24与套管头5内的定位斜面贴合，定位扶正器4的安装位置。

之后方向转动驱动件9，使得滑块6向外伸出并伸入套管头5内壁上的插入槽13内，进而固定住扶正器4。且安装时，多个扶正机构依次逐渐操作并最终安装到位，避免其中一个扶正机构安装到位后受力不均，造成扶正器4的对中效果差。

之后安装密封组件2，再将导套组件1焊接至套管28的顶端，最后再将四通组件3安装至套管头组件5上，实现扶正器4和密封组件2的固定。

安装完毕后，在地热井口装置的使用过程中，扶正器4和密封组件2中的密封件在受热受压后向外延伸并实现密封，套管28在扶正器4以及扶正环21的作用下实现对中。

本实施例中的地热井口装置安装和密封可靠性高，减少维修次数和降低维修成本；在满足突发状况情况下，最大程度延长井口装置的使用寿命；且采用的扶正器4能够在固井前安装，在固井过程中提供生产套管28的精确对准；在固井作业中允许套管28往复运动，弹性密封件受热受压膨胀，达到密封效果；相比以往安装顶丝固定扶正器，安装更加便捷，节省人力时间，且包覆性的结构设计能够减少散热。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地热井口装置，包括套管头组件、与所述套管头组件固定连接的四通组件、设置在所述套管头组件和四通组件内的套管以及设置在所述套管和套管头组件之间的扶正器，其特征在于：所述扶正器包括固定座以及设置在所述固定座上的扶正机构，所述扶正机构包括开设在所述固定座上的容纳槽、容纳在所述容纳槽内的滑块、设置在所述滑块与所述容纳槽之间的弹性件以及用于驱动所述滑块相对于所述容纳槽移动的驱动件，所述套管头组件的内壁上对应所述容纳槽开设有插入槽，所述驱动件用于驱动所述滑块插入所述插入槽内或从所述插入槽内退出。

2.根据权利要求1所述的地热井口装置，其特征在于：所述容纳槽沿所述固定座的径向方向延伸；所述滑块的长度小于或等于所述容纳槽的深度，所述弹性件用于提供所述滑块具有朝向所述插入槽中插入的趋势。

3.根据权利要求1所述的地热井口装置，其特征在于：所述滑块靠近所述插入槽的一端具有插入斜面，所述滑块的另一端设置有用于对所述弹性件进行限位的限位部。

4.根据权利要求1所述的地热井口装置，其特征在于：所述滑块上开设置有齿槽，所述驱动件依次包括连接部、螺纹部和齿轮部，所述螺纹部与所述固定座之间螺纹连接，所述齿轮部上设置有用于与所述齿槽相噬合的齿轮，所述齿轮插入在所述齿槽中用于通过转动所述驱动件带动所述滑块移动。

5.根据权利要求1所述的地热井口装置，其特征在于：所述固定座包括上固定座和下固定座，所述上固定座和下固定座之间设置有第一密封件，所述上固定座和下固定座之间通过固定件固定连接。

6.根据权利要求1所述的地热井口装置，其特征在于：包括密封组件，所述密封组件由上至下依次包括上密封座、第二密封件、中密封座、第三密封件以及下密封座，所述第二密封件和第三密封件均包括中间部以及分别位于所述中间部两端部的密封部，所述密封部的厚度大于所述中间部的厚度。

7.根据权利要求6所述的地热井口装置，其特征在于：所述密封部的厚度由靠近所述中间部的一侧向远离所述中间部的一侧逐渐增加，所述密封座靠近所述密封件的一侧具有与所述密封部相匹配的挤压面。

8.根据权利要求6所述的地热井口装置，其特征在于：所述上密封座、和/或中密封座、和/或下密封座的内壁面上设置有扶正环。

9.根据权利要求1所述的地热井口装置，其特征在于：所述中密封座上还开设有贯穿其径向方向上的通孔，所述通孔与所述四通组件上的测试孔贯通。

10.根据权利要求1所述的地热井口装置，其特征在于：所述套管的顶部设置有导套组件，所述导套组件包括本体与由所述本体向所述套管延伸的延伸部，所述本体的底部与所述套管固定连接，所述延伸部的内径与所述套管的内径相同，所述延伸部与所述套管的顶部接触。

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