CN114737958A - 一种地热井测温短节 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种地热井测温短节，测温短节的隔热绝缘衬套内埋设有导电环和测温总线，导电环与测温总线连接，测温总线与测温模组连接；测温短节的外侧安装有外温传感器，内侧安装有内温传感器，测温腔内安装有测温模组，内外温传感器通过导线与测温模组连接；测温模组可以将内温传感器和外温传感器测得的内外侧温度数据同时处理成带有地址码的数字信号，并通过测温总线将数字信号传输到地面专用处理机，实现对测温短节内外侧温度的同时测量；测温腔内充填满测温腔隔热材料，可以隔断测温短节内外侧热量传递，使测温短节的隔热保温效果大幅提升，内外侧温度测量结果更准确；此结构设计适用于测温短节的全尺寸型号设计。
Description
技术领域
本发明涉及地热能开发测井技术领域，具体涉及一种地热井测温短节。
背景技术
地热能是一种洁净的可再生能源，目前，通过安装地埋管换热器形成井内封闭循环换热技术突破了浅层占地面积受限、深层水热型取水回灌困难等问题，成为中深层地热能开发的新型主流技术。
中深层换热技术主要通过外置换热器与岩土体接触传热，内置保温内管进行热流体输出，经过换热站进行能量转移形成循环，换热器内流体、管壁和周围岩土之间进行的复杂的非稳态传热过程，换热特性受岩土的热物理参数及地温场影响显著。地温场特征包括初始地温场、换热过程中周围岩土动态温度场变化及停止换热过程温度场恢复。中深层地热井地温场监测主要通过安装在地热井中地埋管换热器的内、外管壁上的温度传感器进行长时间的动态测温。常规的温度传感器主要包括热电偶传感器、热敏电阻传感器、电阻温度传感器(RTD)、模拟温度传感器、数字式温度传感器和分布式光纤传感器，由于精度和技术问题，中深层地热井较常采用分布式光纤传感器和数字式温度传感器，其中数字式温度传感器测量精度更高。目前，井深大于2000m的中深层地热井测温技术尚不成熟，失败案例较多，主要是因为井下安装测温系统工艺复杂，外置于管壁的测温线缆下放过程中与周围岩体、环空侧壁碰撞摩擦和井下管道连接时受力不均，极易造成测温线缆损坏，进而导致地温场监测系统安装失败，无法完成地温场温度监测工作。此外，测温传感器或测温光纤需要长期置于地下封闭传热工质内，对其耐高温、耐高压、耐腐蚀、抗氧化、抗氢损、抗磁场干扰、抗辐射、隔热性和密封性等有极高的要求。
基于上述问题，发明创造一种地热井测温短节，通过在测温短节上设计安装的内外温度传感器，实现对地埋管换热器的内外管的温度测量，传感器与测温点紧密接触，温度传感器导线及信息传输总线同样埋设在测温短节内，受到测温短节风外管的保护，消除下放安装过程中测温线缆损坏的可能，且该短节与换热器形成整体结构，测温短节还具有良好的隔热保温性能，使温度测量受井下环境干扰较小，测量精度更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地热井测温短节，用于采用单井换热方式开采中深层地热能技术，具有能够可靠传输测量温度数据、对测温短节内外侧温度同时进行测量、测量点位布置灵活、耐温能力强、管道强度高、视导热系数低、使用寿命长等特性，也可用于采用其他方式开采中深层地热能领域。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种地热井测温短节，与有缆型复合保温管管串相接，所述的测温短节由A端接头母螺纹1、A端接头2、A端隔热绝缘衬套内表面3、A端隔热绝缘衬套4、芯管A端内表面5、芯管6、A端接头测温腔外管焊缝7、测温腔外管8、A端接头芯管焊缝9、测温腔隔热材料10、B端接头芯管焊缝11、B端接头测温腔外管焊缝12、B端接头13、B端隔热绝缘衬套14、B端接头公螺纹15、B端隔热绝缘衬套外表面16、芯管B端外表面17、耐高温密封圈18、芯管B端密封槽19、B端1号导电环20、B端2号导电环21、B端接头总线穿线孔22、1号总线23、2号总线24、A端接头总线穿线孔25、3号总线26、4号总线27、A端1号导电环28、A端2号导电环29、测温腔阶梯孔30、阶梯面内环密封槽31、盖板紧固螺纹孔32、阶梯面外环密封槽33、测温腔阶梯面34、测温腔盖板35、外温传感器安装孔36、外温传感器37、模组紧定螺纹孔38、盖板紧固螺栓39、盖板紧固阶梯孔40、A端接头内温导线孔41、内温传感器安装孔42、内温传感器43、内温1号导线44、内温2号导线45、测温模组紧定螺钉46、测温模组47、外温1号导线48、外温2号导线49、测温模组固定孔50、外环密封圈51和内环密封圈52构成。
上述测温短节由A端接头、测温腔外管、B端接头和芯管构成一个密闭的测温腔体段。
上述测温短节的测温腔外管上设计有测温腔盖板，盖板内表面安装有测温模组，外表面安装有外温传感器，外温传感器与测温模组间通过导线连接。
上述测温短节的测温腔体段的芯管上安装有内温传感器，A端接头上设计有内温测线孔，内温传感器与测温模组间通过导线连接。
上述测温短节的测温腔体内安装有测温总线，测温总线与测温模组连接，腔体内空隙充填有隔热材料，隔热材料隔断测温短节内外侧热量传递。
上述测温短节的A端隔热绝缘衬套内埋设有测温总线和导电环，导电环与测温总线分别连接。
上述测温短节的B端隔热绝缘衬套内埋设有测温总线和导电环，导电环与测温总线分别连接。
上述测温短节的A端接头加工有穿线孔，A端隔热绝缘衬套内埋设的测温总线从穿线孔中穿过，穿线孔内灌注有耐高温绝缘密封胶。
上述测温短节的B端接头加工有穿线孔，B端隔热绝缘衬套内埋设的测温总线从穿线孔中穿过，穿线孔内灌注有耐高温绝缘密封胶。
上述测温短节的芯管穿过A端接头内通孔后焊接在一起，A端隔热绝缘衬套缠绕固结在芯管外表面。
上述测温短节的芯管穿过B端接头内通孔后焊接在一起，B端隔热绝缘衬套固结在芯管外表面。
上述测温短节的测温腔外管由两个半合管对焊而成，再分别与A端面接头和B端接头焊接在一起。
作为优选，测温短节的A、B两端的接头和芯管选用符合API标准的材料和钢级。
作为优选，测温短节的A、B两端的隔热绝缘衬套选用脂环族环氧玻璃钢或聚酰亚胺玻璃钢等长期使用耐温大于150℃的玻璃钢材质。
作为优选，测温短节的测温腔体内选用纳米气凝胶或陶瓷纤维等隔热材料。
作为优选，测温短节的A、B端接头螺纹可以与具有配合尺寸结构的有缆型复合保温管实现螺纹紧固连接。
作为优选，测温短节的A、B端隔热绝缘衬套和芯管可以与具有配合尺寸结构的有缆型复合保温管实现插接式连接。
作为优选，测温短节的芯管与有缆型复合保温管的芯管插接式连接时，通过在芯管B端外表面密封槽内安装的耐高温密封圈密封。
作为优选，测温短节的测温腔阶梯面与测温腔盖板间通过设计安装的内外两道耐高温高压的密封圈密封。
作为优选，测温短节A、B端与有缆型复合保温管连接时，埋设在测温短节内的测温总线与埋设在有缆型复合保温管内的测温总线通过隔热绝缘衬套上埋设的导电环的彼此接触实现导通。
作为优选，测温短节的测温模组可以将内外温传感器测得的内外侧温度数据同时处理成带有地址码的数字信号，并通过测温总线将数字信号传输到地面专用处理机，实现对测量短节内外侧温度的同时测量。
本发明相对于现有技术，其优点如下：
(1)测温短节的测温腔段内外侧表面埋设有测温传感器，可以实现对短节内外侧温度同时测量；
(2)测温短节的测温模组可以将内外温度数据处理成带有地址码的数字信号，并通过测温总线将数字信号传输到地面专用处理机；
(3)测温短节可以安装在中深层地热井地埋管串中的任意连接位置，测点布置灵活；
(4)同一中深层地热井的地埋管串中，可以在不同位置安装一个或多个测温短节，实现对中深层地热井中不同层位和地埋管串内不同深度的温度同时测量；
(5)测温短节的接头和芯管选用符合API标准的材料和钢级，提高测温短节的强度、寿命和耐温耐压能力；
(6)测温短节的隔热绝缘衬套选用脂环族环氧玻璃钢或聚酰亚胺玻璃钢等长期使用耐温大于150℃的玻璃钢，具有耐温能力强、质量轻、机械强度高、电绝缘性好和视导热系数低的特性；
(7)测温短节的测温腔体内充填有纳米气凝胶或陶瓷纤维等隔热材料，具有超低的视导热系数，可隔断测温短节内外侧热量传递，使测温短节的隔热效果大幅提升，内外温测量更准确，地热井的取热功率明显提升；
(8)测温短节的隔热绝缘衬套埋设有分别依次连通的多个导电环和对应数量的电缆总线，使测温短节具有可靠传输温度测量数据功能，且不容易损坏。
附图说明
图1是本发明的一种地热井测温短节的纵剖示意图；
图2是本发明的一种地热井测温短节的局部剖切示意图；
图3是本发明的一种地热井测温短节的I部放大示意图；
图4是本发明的一种地热井测温短节的II部放大示意图。
图中1.A端接头母螺纹；2.A端接头；3.A端隔热绝缘衬套内表面；4.A端隔热绝缘衬套；5.芯管A端内表面；6.芯管；7.A端接头测温腔外管焊缝；8、测温腔外管；9.A端接头芯管焊缝；10.测温腔隔热材料；11.B端接头芯管焊缝；12.B端接头测温腔外管焊缝；13.B端接头；14.B端隔热绝缘衬套；15.B端接头公螺纹；16.B端隔热绝缘衬套外表面；17.芯管B端外表面；18.耐高温密封圈；19.芯管B端密封槽；20.B端1号导电环；21.B端2号导电环；22.B端接头总线穿线孔；23.1号总线；24.2号总线；25.A端接头总线穿线孔；26.3号总线；27.4号总线；28.A端1号导电环；29.A端2号导电环；30.测温腔阶梯孔；31.阶梯面内环密封槽；32.盖板紧固螺纹孔；33.阶梯面外环密封槽；34.测温腔阶梯面；35.测温腔盖板；36.外温传感器安装孔；37.外温传感器；38.模组紧定螺纹孔；39.盖板紧固螺栓；40.盖板紧固阶梯孔；41.A端接头内温导线孔；42.内温传感器安装孔；43.内温传感器；44.内温1号导线；45.内温2号导线；46.测温模组紧定螺钉；47.测温模组；48.外温1号导线；49.外温2号导线；50.测温模组固定孔；51.外环密封圈；52.内环密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种地热井测温短节，与有缆型复合保温管相接，如图1、图2、图3和图4所示，所述的测温短节由A端接头母螺纹1、A端接头2、A端隔热绝缘衬套内表面3、A端隔热绝缘衬套4、芯管A端内表面5、芯管6、A端接头测温腔外管焊缝7、测温腔外管8、A端接头芯管焊缝9、测温腔隔热材料10、B端接头芯管焊缝11、B端接头测温腔外管焊缝12、B端接头13、B端隔热绝缘衬套14、B端接头公螺纹15、B端隔热绝缘衬套外表面16、芯管B端外表面17、耐高温密封圈18、芯管B端密封槽19、B端1号导电环20、B端2号导电环21、B端接头总线穿线孔22、1号总线23、2号总线24、A端接头总线穿线孔25、3号总线26、4号总线27、A端1号导电环28、A端2号导电环29、测温腔阶梯孔30、阶梯面内环密封槽31、盖板紧固螺纹孔32、阶梯面外环密封槽33、测温腔阶梯面34、测温腔盖板35、外温传感器安装孔36、外温传感器37、模组紧定螺纹孔38、盖板紧固螺栓39、盖板紧固阶梯孔40、A端接头内温导线孔41、内温传感器安装孔42、内温传感器43、内温1号导线44、内温2号导线45、测温模组紧定螺钉46、测温模组47、外温1号导线48、外温2号导线49、测温模组固定孔50、外环密封圈51和内环密封圈52构成。
本实施例测量短节的A端隔热绝缘衬套4缠绕固结在芯管6的A端外表面，芯管6穿过A端接头2的内通孔后在A端接头芯管焊缝9处焊接在一起。
本实施例测量短节的芯管6穿过B端接头13的内通孔后在B端接头芯管焊缝11处焊接在一起，B端隔热绝缘衬套14固结在芯管6的B端外表面。
本实施例测量短节的测温腔外管8由1个半合管对焊而成，再分别与A端接头2在A端接头芯管焊缝7处焊接在一起，与B端接头13在B端接头芯管焊缝12处焊接在一起。
本实施例测量短节的测温腔外管8上设计有测温腔阶梯孔30，测温腔阶梯孔30的测腔阶梯面34上设计有阶梯面内环密封槽31、盖板紧固螺纹孔32和阶梯面外环密封槽33。
本实施例测量短节的测温腔盖板35上设计有1个外温传感器安装孔36、4个模组紧定螺纹孔38和4个盖板紧固阶梯孔40。
本实施例测量短节的盖板紧固螺栓39穿过盖板紧固阶梯孔40后，螺纹连接在盖板紧固螺纹孔32内，并将测温腔盖板35紧固在测温腔外管8上，测温腔盖板35和测温腔外管8之间通过外环密封圈51和内环密封圈52密封。
本实施例测量短节的测温模组47上设计有4个测温模组固定孔50，测温模组紧定螺钉46穿过测温模组固定孔50后，螺纹连接在模组紧定螺纹孔38内，并将测温模组47紧定在测温腔盖板35的内表面。
本实施例测量短节的外温传感器37安装在外温传感器安装孔36内，并用耐高温高压的密封胶密封，连接在外温传感器37底部的外温1号导线48和外温2号导线49穿过外温传感器安装孔36后与测温模组47连接，实现对测温短节外部温度的测量。
本实施例测量短节的内温传感器43安装在芯管6上的内温传感器安装孔42内，并用耐高温高压的密封胶密封，连接在内温传感器43底部的内温1号导线44和内温2号导线45穿过A端接头2上的A端接头内温导线孔41后与测温模组47连接，实现对测温短节内侧中心通道温度的测量。
本实施例测量短节的A端隔热绝缘衬套4内埋设有3号总线26、4号总线27、A端1号导电环28和A端2号导电环29。导电环内表面外露并与A端隔热绝缘衬套内表面3平齐。3号总线26与A端1号导电环28连接，4号总线27与A端2号导电环29连接，实现测量信号的导通与传输。
本实施例测量短节的3号总线26和4号总线27穿过A端接头总线穿线孔25后，在测温腔内与测温模组47连接，A端接头总线穿线孔25内灌注有耐高温绝缘密封胶。
本实施例测量短节的B端隔热绝缘衬套14内埋设有B端1号导电环20、B端2号导电环21、1号总线23和2号总线24。导电环外表面外露并比B端隔热绝缘衬套外表面16微高。B端1号导电环20与1号总线23连接，B端2号导电环21与2号总线24连接，实现测量信号的导通与传输。
本实施例测量短节的1号总线23和2号总线24穿过B端接头总线穿线孔22后，在测温腔内与测温模组47连接，B端接头总线穿线孔22内灌注有耐高温绝缘密封胶。
作为优选，本实施例测量短节的A端接头2上加工有A端接头母螺纹1，B端接头13上加工有B端接头公螺纹15，用于与其具有配合尺寸结构的有缆型复合保温管串实现螺纹连接。
作为优选，本实施例测量短节的A端隔热绝缘衬套4设计有A端隔热绝缘衬套内表面3，B端隔热绝缘衬套14设计有B端隔热绝缘衬套外表面16，用于与其具有配合尺寸结构的有缆型复合保温管串实现插接式连接。
作为优选，本实施例测量短节的芯管6的A端设计有芯管A端内表面5，B端设计有芯管B端外表面17，用于与其具有配合尺寸结构的有缆型复合保温管串实现插接式连接。
作为优选，本实施例测量短节的芯管6的B端设计有两道芯管B端密封槽19，芯管B端密封槽19内设计有耐高温密封圈18，保证插接连接时介质不会泄漏。
作为优选，本实施例测量短节的阶梯面内环密封槽31和阶梯面外环密封槽33内分别设计有耐高温高压的外环密封圈51和内环密封圈52，保证在长期高温高压环境下使用时具有良好的密封效果。
作为优选，本实施例测量短节的A端接头2、测温腔外管8、B端接头13和芯管6选用符合API标准的材料和钢级，提高测温短节的强度、寿命和耐温耐压能力。
作为优选，本实施例测量短节的A端隔热绝缘衬套4和B端隔热绝缘衬套14选用脂环族环氧玻璃钢或聚酰亚胺玻璃钢等长期耐温大于150℃的玻璃钢，具有耐温能力强、质量轻、机械强度高、电绝缘性好和视导热系数低的特性。
作为优选，本实施例测量短节的测温腔隔热材料10选用纳米气凝胶或陶瓷纤维隔热等隔热材料，具有超低的视导热系数，填充满由A端接头2、测温腔外管8、B端接头13和芯管6构成的测温腔体段，隔断测温短节内外侧热量传递，使测温短节的隔热保温效果大幅提升，内外温测量结果更准确。
作为优选，本实施例测温短节的测温模组47可以将内温传感器43和外温传感器37测得的内外侧温度数据同时处理成带有地址码的数字信号，并通过测温总线将数字信号传输到地面专用处理机，实现对测量短节内外侧温度的同时测量。
以上所述，仅是本发明较佳的具体实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的保护范围之内。此结构设计适用于测量短节的全尺寸型号设计。
Claims (10)
1.一种地热井测温短节，其特征在于，包括：
芯管(6)，其两端分别穿过A端接头(2)和B端接头(13)；所述芯管(6)与所述A端接头(2)之间设置有A端隔热绝缘衬套(4)，所述芯管(6)与所述B端接头(13)之间设置有B端隔热绝缘衬套(14)；
测温腔外管(8)，套于所述芯管(6)外部，其两端分别与连接A端接头(2)和B端接头(13)；所述测温腔外管(8)与所述芯管(6)之间设置测温腔隔热材料(10)；所述测温腔外管(8)上设置有一测温腔阶梯孔(30)，所述测温腔阶梯孔(30)的阶梯面上设置有若干个密封槽，所述测温腔外管(8)还设置一与所述测温腔阶梯孔(30)配合的测温腔盖板(35)；所述测温腔盖板(35)内表面设置有一测温模组(47)，所述测温腔盖板(35)外表面设置有一与所述测温模组(47)相连的外温传感器(37)；所述芯管(6)上设置有用于安装所述内温传感器(43)的内温传感器安装孔(42)，所述内温传感器(43)通过设置于所述测温腔隔热材料(10)内的导线与所述测温模组(47)相连。
2.根据权利要求1所述的一种地热井测温短节，其特征在于，所述测温腔阶梯孔(30)的阶梯面上设置有内阶梯面内环密封槽(31)和阶梯面外环密封槽(33)。
3.根据权利要求1所述的一种地热井测温短节，其特征在于，所述测温腔盖板(35)为一T型结构，所述测温模组(47)安装于所述T型结构的凸起的一面，所述T型结构的两边通过盖板紧固螺栓(39)固定于所述测温腔外管(8)上。
4.根据权利要求1所述的一种地热井测温短节，其特征在于，所述A端隔热绝缘衬套(4)缠绕固结在芯管(6)的A端外表面，芯管(6)穿过A端接头(2)的内通孔后与所述A端接头(2)的一端焊接；
所述B端隔热绝缘衬套(14)固结在芯管(6)的B端外表面，芯管(6)穿过B端接头(13)的内通孔后与所述B端接头(13)的一端焊接。
5.根据权利要求1所述的一种地热井测温短节，其特征在于，所述测温腔外管(8)为半合管对焊而成，所述测温腔外管(8)的两端分别与所述A端接头(2)和B端接头(13)焊接。
6.根据权利要求1所述的一种地热井测温短节，其特征在于，所述A端隔热绝缘衬套(4)内埋设有3号总线(26)、4号总线(27)、A端1号导电环(28)和A端2号导电环(29)，所述3号总线(26)与A端1号导电环(28)连接，4号总线(27)与A端2号导电环(29)连接，所述3号总线(26)和4号总线(27)穿过A端接头总线穿线孔(25)后，在测温腔内与测温模组(47)连接，实现数字信号的处理与传输。
7.根据权利要求6所述的一种地热井测温短节，其特征在于，所述B端隔热绝缘衬套(14)内埋设有B端1号导电环(20)、B端2号导电环(21)、1号总线(23)和2号总线(24),B端1号导电环(20)与1号总线(23)连接，B端2号导电环(21)与2号总线(24)连接，所述1号总线(23)和2号总线(24)穿过B端接头总线穿线孔(22)后，在测温腔内与测温模组(47)连接，实现数字信号的处理与传输。
8.根据权利要求6所述的一种地热井测温短节，其特征在于，所述B端1号导电环(20)、B端2号导电环(21)所直径大于所述A端1号导电环(28)和A端2号导电环(29)的直径，并且所述述B端1号导电环(20)、B端2号导电环(21)可分别与相邻的地热井测温短节的A端1号导电环(28)和A端2号导电环(29)过盈连接。
9.根据权利要求1所述的一种地热井测温短节，其特征在于，所述测温腔隔热材料(10)选用具有超低视导热系数的纳米气凝胶或陶瓷纤维隔热等隔热材料。
10.根据权利要求1所述的一种地热井测温短节，其特征在于，A端接头(2)上加工有A端接头母螺纹(1)，B端接头(13)上加工有B端接头公螺纹(15)，用于与其具有配合尺寸结构的有缆型复合保温管串实现螺纹连接。
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116792087A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-09-22 | 太原理工大学 | 一种测量深层高温地热井井底地热流体温度的装置及方法 |
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2022
- 2022-05-17 CN CN202210534339.4A patent/CN114737958A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN116792087A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-09-22 | 太原理工大学 | 一种测量深层高温地热井井底地热流体温度的装置及方法 |
| CN116792087B (zh) * | 2023-08-22 | 2023-11-21 | 太原理工大学 | 一种测量深层高温地热井井底地热流体温度的装置及方法 |
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