CN114922582B - 一种穿光纤过双层连续管循环取地热井口装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种穿光纤过双层连续管循环取地热井口装置，能协助利用循环介质实现从地下取热。装置主要由外部壳体和内部取热管悬挂系统两部分组成，外部壳体主要由输出和输入法兰、主筒体、光纤密封组件组成；内部悬挂系统主要包括上部定位筒、密封顶盖、内外悬挂卡瓦总成、中间密封支承；为使安装简捷，内外悬挂卡瓦和中间密封支撑上端平面设有螺纹孔、密封顶盖上端开有环形槽；为防止取热管轴向位移，内外管外壁焊接有环形凸台。本取地热井口装置采用对卡式悬挂夹紧固定装置，其整体结构稳定、现场装卸方便快捷、后期维护便捷、密封性能较好，解决了现场安装复杂、工作时取热管轴向位移的问题，是地热能利用的可靠地面装置，有着较大的经济效益。

Description

一种穿光纤过双层连续管循环取地热井口装置
技术领域
本发明涉及一种地热能利用的穿光纤过双层连续管循环取地热井口装置，具体是一种利用介质循环取热的过光纤双层连续管井口装置。
背景技术
地热能是一种新的可再生能源，地热资源分布广泛、总量丰富、能量密度大，具有绿色低碳、适用性强、稳定性好等特点，地下水中含有大量的热能，目前的采热工艺大多是将井底的热水抽出取热后再回注，对环境产生破坏，不能满足“双碳”要求。穿光纤过双层连续管循环取地热井口装置，是一种能够协助循环介质通过双连续管道进行取地热的装置，该装置可稳定和辅助取热管工作。但是，目前现有成套的井口取热装置缺少，而市场上存在的井口取热装置都有取热管悬挂系统过于复杂且不稳定、安装不方便、密封性能较差、后期维修困难等缺点。因此，需要设计一种密封性好、方便安装更换、符合“只取热，不取水”环保理念的地热能取热井口装置。
发明内容
为了克服现有井口取热装置结构悬挂不稳定且复杂、安装移动不方便、密封性较差、对环境产生破坏等缺点，本专利的目的在于：提供一种结构简单、安装方便和快捷、密封性能较好、且符合“只取热，不取水”理念的井口取热装置。
为了达到上述目的，本专利采取的技术方案是：一种穿光纤过双层连续管循环取地热井口装置，包括：输入法兰、输入焊接法兰、输入法兰焊接管、顶部盲板法兰、上部连接法兰、上部定位筒、主筒体、内管悬挂卡瓦总成、输出法兰焊接管、输出焊接法兰、输出法兰、外管悬挂卡瓦总成、下部套管连接法兰、中间密封支承、密封顶盖、光纤密封组件、输出联接螺栓组、下部联接螺栓组、上部联接螺栓组、输入联接螺栓组、输出密封圈、下部套管密封圈、中间外密封圈、中间内密封圈、顶部外密封圈、顶部内密封圈、顶部法兰密封圈、输入密封圈；
其特征在于：井口上端的输入法兰与输入焊接法兰通过输入联接螺栓组连接，输入法兰与输入焊接法兰之间设置有输入密封圈，输入法兰焊接管上端连接输入焊接法兰，下端连接顶部盲板法兰；顶部盲板法兰通过上部联接螺栓组连接到上部连接法兰，顶部盲板法兰与上部连接法兰之间设置有顶部法兰密封圈，顶部盲板法兰上端面设置有光纤密封组件，外部光纤可以从管线密封组件的中心通孔伸入，并进入主筒体内，沿内管壁随内管一同进入井下；上部连接法兰下端与主筒体通过焊接连接，主筒体的下端通过下部联接螺栓组与下部套管连接法兰连接，主筒体与下部套管连接法兰之间设置有下部套管密封圈；主筒体的内腔自下而上依次设置外管悬挂卡瓦总成、中间密封支承、内管悬挂卡瓦总成、密封顶盖和上部定位筒；
所述外管悬挂卡瓦总成包括外管悬挂卡瓦和外管悬挂卡瓦座，外管悬挂卡瓦座设置在主筒体下端斜台面上，外管悬挂卡瓦为分半式结构，分半式外管悬挂卡瓦设置在外管悬挂卡瓦座的锥面上；外管悬挂卡瓦座开有吊装环槽、外管悬挂卡瓦的上端面设置有吊装螺纹孔；
所述中间密封支承设置于外管悬挂卡瓦总成之上，周向开有吊装环槽，在上端有四个均布的吊装螺纹孔；中间密封支承的内部为空腔、侧面环向开设四个周向均布的通孔；中间密封支承外壁与主筒体内壁之间设置有中间外密封圈，外管与中间密封支承之间设置有中间内密封圈；
所述内管悬挂卡瓦总成设置于中间密封支承之上，由内管悬挂卡瓦和内管悬挂卡瓦座组成，内管悬挂卡瓦座的内部设计为锥面，内管悬挂卡瓦为分半式结构，分半式内管悬挂卡瓦设置内管悬挂卡瓦座锥面上；内管悬挂卡瓦座的上端设置有吊装环槽、内管悬挂卡瓦的上端设置有吊装螺纹孔；
所述密封顶盖设置于内管悬挂卡瓦总成的上端和上部定位筒的下端，上部定位筒与顶部盲法兰接触；密封顶盖的上端设有吊装环槽，密封顶盖与主筒体之间设有顶部外密封圈，密封顶盖与内管之间设有顶部内密封圈；
所述输出法兰焊接管的一端与主筒体的侧壁连接，另一端连接输出焊接法兰，输出焊接法兰通过输出联接螺栓组与输出法兰连接，两法兰之间设置输出密封圈；输出法兰、输出焊接法兰、输出法兰焊接管、中间密封支承和密封顶盖共同组成循环取热介质的密闭流道；
所述光纤密封组件设置在顶部盲板法兰上端面，光纤可以通过光纤密封组件进入主筒体内，并沿着内管一同进入井下。
附图说明
图1为本专利的二维平面剖视图；
图2为密封顶盖三维示意图；
图3为中间密封支承三维示意图；
图4为光纤密封组件局部示意图；
图1中：1—输入法兰；2—输入焊接法兰；3—输入法兰焊接管；4—顶部盲板法兰；5—上部连接法兰；6—上部定位筒；7—主筒体；8—内管悬挂卡瓦座；9—内管悬挂卡瓦；10—输出法兰焊接管；11—输出焊接法兰；12—输出法兰；13—外管悬挂卡瓦座；14—外管悬挂卡瓦；15—下部套管连接法兰；16—中间密封支承；17—密封顶盖；18—光纤密封组件；B1—输出联接螺栓组；B2—下部联接螺栓组；B3—上部联接螺栓组；B4—输入联接螺栓组；S1—输出密封圈；S2—下部套管密封圈；S3—中间外密封圈；S4—中间内密封圈；S5—顶部外密封圈；S6—顶部内密封圈；S7—顶部法兰密封圈；S8—输入密封圈；P1—外管；P2—内管。
具体实施方式
本专利的具体结构总体示意图如图1所示，包括：输入法兰1、输入焊接法兰2、输入法兰焊接管3、顶部盲板法兰4、上部连接法兰5、上部定位筒6、主筒体7、内管悬挂卡瓦座8、内管悬挂卡瓦9、输出法兰焊接管10、输出焊接法兰11、输出法兰12、外管悬挂卡瓦座13、外管悬挂卡瓦14、下部套管连接法兰15、中间密封支承16、密封顶盖17、光纤密封组件18、输出联接螺栓组B1、下部联接螺栓组B2、上部联接螺栓组B3、输入联接螺栓组B4、输出密封圈S1、下部套管密封圈S2、中间外密封圈S3、中间内密封圈S4、顶部外密封圈S5、顶部内密封圈S6、顶部法兰密封圈S7、输入密封圈S8、外管P1、内管P2；
参照图1、图2、图3和图4；本专利的下端连接井下的双层连续管；井口上端的输入法兰1与输入焊接法兰2通过螺栓连接，输入法兰1与输入焊接法兰2之间设置输入密封圈S8；输入法兰焊接管3的上端与输入焊接法兰2通过焊接连接，下端与顶部盲板法兰4焊接；顶部盲板法兰4通过螺栓连接到上部连接法兰5，顶部盲板法兰4与上部连接法兰5之间设置顶部法兰密封圈S7，顶部盲板法兰4面设置有光纤密封组件18，外部光纤可以从管线密封组件的中心通孔伸入，并进入主筒体7内，沿内管壁随内管P2一同进入井下；上部连接法兰5下端与主筒体7通过焊接连接；所述主筒体7的下端通过螺栓与下部套管连接法兰15连接，主筒体7与下部套管连接法兰15之间设置下部套管密封圈S2；
主筒体7的内腔自下而上依次设置外管悬挂卡瓦座13、外管悬挂卡瓦14、中间密封支承16、内管悬挂卡瓦座8、内管悬挂卡瓦9、密封顶盖17和上部定位筒6，通过顶部盲板法兰4依次将定位筒6、密封顶盖17、内管悬挂卡瓦座8、中间密封支承16、外管悬挂卡瓦座13固定压紧；
外管悬挂卡瓦座13通过上端的吊装环槽安装在主筒体下端斜台面上，外管悬挂卡瓦座13的内部设计为锥面，外管悬挂卡瓦14为分半式结构，通过外管悬挂卡瓦14上端的吊装螺纹孔，将外管悬挂卡瓦14安装在外管悬挂卡瓦座13上，使得外管悬挂卡瓦座13的内部锥面与外管悬挂卡瓦14配合，半分式外管悬挂卡瓦14装入外管悬挂卡瓦座13内，外管悬挂卡瓦14向轴心闭合，将外管P1固定夹紧；
中间密封支承16通过上端吊装螺纹孔和吊装环槽安装在内管悬挂卡瓦座8与外管悬挂卡瓦座13之间，所述中间密封支承16的内部为空腔，且中间密封支承16的上下端开有通孔并连通到其内部的空腔；外管P1穿过中间密封支承16的下端通孔连通到中间密封支承16的内部空腔；内管P2自上而下依次穿过中间密封支承16的上端通孔、中间密封支承16的空腔、外管P1的内部进入井下。中间密封支承16的侧面环向开设四个环向均布的通孔与内部空腔连通；
内管悬挂卡瓦座8通过上端的吊装螺纹孔，安装在中间密封支承16之上，内管悬挂卡瓦座8内部设计为锥面，内管悬挂卡瓦9为分半式结构，分半式内管悬挂卡瓦9通过与内管悬挂卡瓦座8锥面的配合将内管P2固定夹紧悬挂；
密封顶盖17通过上端吊装环槽，安装于内管悬挂卡瓦座8上端，通过上部定位筒6接触，和顶部螺栓的锁紧，从而压紧和固定内部悬挂装置；
为了保证主筒体7内循环介质流道的密封性能，中间密封支承16外壁和主筒体7内壁之间设置有中间外密封圈S3，外管P1与中间密封支承16之间设置有密封圈中间内密封圈S4；密封顶盖17与主筒体7之间设置有顶部外密封圈S5，密封顶盖17与内管P2之间设置有顶部内密封圈S6；
输出法兰焊接管10的一端与主筒体7的侧壁焊接，另一端焊接到输出焊接法兰11；输出焊接法兰11通过螺栓与输出法兰12连接，两法兰之间设置输出法兰输出密封圈S1，保证法兰端面间的密封；
在工作时，低温的循环取热介质从输入法兰1入口进入，经过输入焊接法兰2、输入法兰焊接管3和上部盲板法兰4组成的流道进入到上部定位筒6的内腔，再从内腔进入到内管P2，通过内管P2流入井下进行热交换。完成热交换后的高温取热介质通过内管P2外壁和外管P1内壁之间的环空流道，从井底返回进入中间密封支承16与密封顶盖17所组成的内腔，再从内腔依次经过输出法兰焊接管10、输出焊接法兰11和输出法兰12，最终从输出法兰12的出口排出；
此外，内管P2和外管P1外壁上可焊接圆环台，可以防止内管与外管工作时由于压力轴向位移；顶部盲板法兰4上端面设置有光纤密封组件18，光纤可以从光纤密封组件18的中心通孔伸入，并进入主筒体7内，沿内管P2管壁进入井下；光纤上的自锁式密封卡扣与井口顶部盲板法兰4上端面的光纤密封组件18相扣，达到光纤密封组件18与外界大气密封的目的；光纤进入井下，对井下的压力、温度等工作参数进行实时的检测与信息传输。

Claims (1)

1.一种穿光纤过双层连续管循环取地热井口装置，包括：输入法兰(1)、输入焊接法兰(2)、输入法兰焊接管(3)、顶部盲板法兰(4)、上部连接法兰(5)、上部定位筒(6)、主筒体(7)、内管悬挂卡瓦座(8)、内管悬挂卡瓦(9)、输出法兰焊接管(10)、输出焊接法兰(11)、输出法兰(12)、外管悬挂卡瓦座(13)、外管悬挂卡瓦(14)、下部套管连接法兰(15)、中间密封支承(16)、密封顶盖(17)、光纤密封组件(18)、输出联接螺栓组(B1)、下部联接螺栓组(B2)、上部联接螺栓组(B3)、输入联接螺栓组(B4)、输出密封圈(S1)、下部套管密封圈(S2)、中间外密封圈(S3)、中间内密封圈(S4)、顶部外密封圈(S5)、顶部内密封圈(S6)、顶部法兰密封圈(S7)、输入密封圈(S8)；
其特征在于：井口上端的输入法兰(1)与输入焊接法兰(2)通过输入联接螺栓组(B4)连接，输入法兰(1)与输入焊接法兰(2)之间设置有输入密封圈(S8)、输入法兰焊接管(3)上端连接输入焊接法兰(2)，输入法兰焊接管(3)下端连接顶部盲板法兰(4)；顶部盲板法兰(4)通过上部联接螺栓组(B3)连接到上部连接法兰(5)，顶部盲板法兰(4)与上部连接法兰(5)之间设置顶部法兰密封圈(S7)，顶部盲板法兰(4)面设置有光纤密封组件(18)；上部连接法兰(5)下端与主筒体(7)通过焊接连接，主筒体(7)的下端通过下部联接螺栓组(B2)与下部套管连接法兰(15)连接，主筒体(7)与下部套管连接法兰(15)之间设置有下部套管密封圈(S2)；主筒体(7)的内腔自下而上依次设置外管悬挂卡瓦总成、中间密封支承(16)、内管悬挂卡瓦总成、密封顶盖(17)和上部定位筒(6)；
所述外管悬挂卡瓦座(13)设置在主筒体(7)下端斜台面上，外管悬挂卡瓦(14)为分半式结构，分半式外管悬挂卡瓦(14)设置在外管悬挂卡瓦座(13)的锥面上；此外，外管悬挂卡瓦座(13)开有吊装环槽、外管悬挂卡瓦(14)的上端设置有吊装螺纹孔；
所述中间密封支承(16)设置于外管悬挂卡瓦座(13)之上，周向开有吊装环槽，在上端设置有吊装螺纹孔；中间密封支承(16)的内部为空腔、侧面环向开设有周向均布的通孔；中间密封支承(16)外壁与主筒体(7)内壁之间设置有中间外密封圈(S3)，外管(P1)与中间密封支承(16)之间设置有中间内密封圈(S4)；
所述内管悬挂卡瓦座(8)和内管悬挂卡瓦(9)设置于中间密封支承(16)之上，内管悬挂卡瓦座(8)的内部设计为锥面，内管悬挂卡瓦(9)为分半式结构，分半式内管悬挂卡瓦(9)设置于内管悬挂卡瓦座(8)锥面上；内管悬挂卡瓦座(8)设置有吊装环槽，内管悬挂卡瓦(9)的上端设置有吊装螺纹孔；
所述密封顶盖(17)设置于内管悬挂卡瓦座(8)的上端和上部定位筒(6)的下端，上部定位筒(6)与顶部盲板法兰(4)接触；密封顶盖(17)上端设有吊装环槽，密封顶盖(17)与主筒体(7)之间设有顶部外密封圈(S5)，密封顶盖(17)与内管(P2)之间设有顶部内密封圈(S6)；
所述输出法兰焊接管(10)的一端与主筒体(7)的侧壁连接，另一端连接输出焊接法兰(11)，输出焊接法兰(11)通过输出联接螺栓组(B1)与输出法兰(12)连接，两法兰之间设置输出密封圈(S1)；输出法兰(12)、输出焊接法兰(11)、输出法兰焊接管(10)、中间密封支承(16)和密封顶盖(17)共同组成循环取热介质的密闭流道；
所述光纤密封组件(18)设置在顶部盲板法兰(4)上端面，光纤可以通过光纤密封组件(18)进入主筒体(7)内，并沿着内管(P2)一同进入井下。
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中低温地热钻机适应性技术方案研究;信石玉;高文金;黎爱军;王培义;张东清;;钻采工艺(01);全文 *
井口防挂装置的研究与现场试验;张杰等;钻采工艺;全文 *
稠油热采用连续管悬挂密封器悬挂机构优化设计;傅登伟等;钻采工艺;全文 *

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CN114922582A (zh) 2022-08-19

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