CN216588511U - 一种砂岩地热井冲砂装置 - Google Patents

Abstract

一种砂岩地热井冲砂装置，包括冲砂管柱、地面排砂系统和注气系统，冲砂管柱设于地热井内，且底端延伸至靠近地热井内的沉砂表面，冲砂管柱的顶端连通于地面排砂系统，注气系统与冲砂管柱的底部侧壁连通，用于向冲砂管柱内注入气体。本实用新型涉及的砂岩地热井冲砂装置，通过向冲砂管柱内注入气体，造成冲砂管柱内外产生压差，从而使冲砂管柱在底端产生虹吸效应，井筒内的沉砂在内外压差的作用下自动吸入冲砂管柱内，且气举至地面，通过地面排砂系统排出，该装置投入成本低、冲砂效果好，携砂能力强，周期短，且不会对地层造成二次污染。

Description

一种砂岩地热井冲砂装置

技术领域

本实用新型属于地热井技术领域，更具体地，涉及一种砂岩地热井冲砂装置及方法。

背景技术

随着地热资源的不断开发利用，占比达到50％以上的砂岩热储因其埋藏深度较浅、分布广、水温高、地层稳定等优点，逐渐得到了大面积的推广应用。但部分砂岩地热井因结构松散，胶结性能差等原因出现许多井在生产过程中出现出砂后砂埋热储层现象，导致生产井产能下降、回灌量逐年降低，因此需要对地热井采取冲砂作业，及时清除井筒沉砂，恢复地层的生产能力。

目前常用的砂岩地热井冲砂工艺主要是下入冲砂管柱，通过正循环及反循环冲砂工艺，利用地层水作为冲砂液体和携砂液体使得井筒的砂随着流体返出至井口。针对地层漏失严重井则冲砂管柱下至砂面位置，采用空压机，将压缩气体从环空注入至管脚位置，利用气液混合后的密度差及压缩气体的压力将地层沉砂和地层水一起进入冲砂管柱内部，返出至井口。其工艺的缺点是：一是在冲砂的过程中，井筒的沉砂在压缩空气的压力下极易进入地层和滤水管筛网，造成近井地带堵塞；二是该工艺因掏空井段较长，使得地层压力与井筒压力差较大，因此易破坏疏松砂岩地层结构，后续生产过程中出砂加剧；三是针对漏失严重井，因液体漏失严重，导致气体携砂能力弱，效果差。因此，需要一种砂岩地热井冲砂装置，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种砂岩地热井冲砂装置，以解决冲砂时对地层造成压力、易破坏疏松砂岩地层结构的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种砂岩地热井冲砂装置，包括冲砂管柱、地面排砂系统和注气系统，所述冲砂管柱设于地热井内，且底端延伸至靠近所述地热井内的沉砂表面，所述冲砂管柱的顶端连通于所述地面排砂系统，所述注气系统与所述冲砂管柱的底部侧壁连通，用于向所述冲砂管柱内注入气体。

优选地，所述地面排砂系统包括排砂管线和沉砂池，所述排砂管线的一端与所述冲砂管柱的顶端连通，所述排砂管线的另一端连通于所述沉砂池。

优选地，所述注气系统包括空气压缩机和高压管线，所述空气压缩机设于地面，所述高压管线的一端连通于所述空气压缩机，另一端连通于所述冲砂管柱的底部。

优选地，所述高压管线与所述冲砂管柱通过间隔设置的多道绑带相固定。

优选地，所述冲砂管柱包括相互连接的第一油管和第二油管，所述第一油管和所述第二油管与所述高压管线通过三通接头连接。

优选地，所述三通接头包括上端接口、下端接口和中部接口，所述上端接口与所述第一油管之间、所述下端接口与所述第二油管之间均通过螺纹连接；所述中部接口以接口朝上的方式倾斜设置，且与所述高压管线上的快速接头连通。

优选地，所述中部接口内设有过滤网。

优选地，所述中部接口与所述高压管线密封连接。

优选地，所述第二油管的顶端设有油管接箍，底端为锥形结构。

优选地，所述冲砂管柱的底端与所述地热井内的沉砂的表面之间具有间隙。

本实用新型涉及的一种砂岩地热井冲砂装置，其有益效果在于：在冲砂作业时，通过向冲砂管柱内注入气体，造成冲砂管柱内外产生压差，从而使冲砂管柱在底端产生虹吸效应，井筒内的沉砂在内外压差的作用下自动吸入冲砂管柱内，且气举至地面，通过地面排砂系统排出，该装置投入成本低、冲砂效果好，携砂能力强，周期短，且不会对地层造成二次污染。

本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本实用新型的一个示例性实施例的砂岩地热井冲砂装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型的一个示例性实施例的砂岩地热井冲砂装置中第二油管的结构示意图；

图3示出了本实用新型的一个示例性实施例的砂岩地热井冲砂装置中三通接头的结构示意图。

附图标记说明：

1、冲砂管柱，11第一油管，12第二油管，121油管接箍，122锥形结构，2、地面排砂系统，21排砂管线，22沉砂池，3注气系统，31空气压缩机，32高压管线，4地热井，5三通接头，51上端接口，52下端接口，53中部接口，54过滤网，6气液砂混合物，7沉砂。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

为解决现有技术存在的问题，如图1至3所示，本实用新型提供了一种砂岩地热井冲砂装置，包括冲砂管柱1、地面排砂系统2和注气系统3，冲砂管柱1设于地热井4内，且底端延伸至靠近地热井4内的沉砂7表面，冲砂管柱1的顶端连通于地面排砂系统2，注气系统3与冲砂管柱1的侧壁连通，用于向冲砂管柱1内注入气体。

本实用新型涉及的砂岩地热井冲砂装置，在冲砂作业时，通过向冲砂管柱1内注入气体，造成冲砂管柱1内外产生压差，从而使冲砂管柱1在底端产生虹吸效应，井筒内的沉砂7在内外压差的作用下自动吸入冲砂管柱1内，且气举至地面，通过地面排砂系统2排出，该装置投入成本低、冲砂效果好，携砂能力强，周期短，且不会对地层造成二次污染。

本申请中，地面排砂系统2包括排砂管线21和沉砂池22，排砂管线21的一端与冲砂管柱1的顶端连通，排砂管线21的另一端连通于沉砂池22。

排砂管线21与冲砂管柱1可以通过螺纹连接，另一端连通至沉砂池，通过冲砂管柱1内气体携砂气举到排砂管线21，从而进入沉砂池22，针对砂岩热储层漏失严重的井进行虹吸冲砂工艺技术，一方面本申请的装置冲砂效果好，携砂能力强，为漏失井冲砂困难找到了新的工艺方法；另一方面避免了井筒沉砂再次返至地层和堵塞滤水管筛网，减少了地层污染，疏通了流体通道，提高了地热井4的产能。

本申请中，注气系统3包括空气压缩机31和高压管线32，空气压缩机31设于地面，高压管线32的一端连通于空气压缩机31，另一端连通于冲砂管柱1的侧壁。空气压缩机31用于提供高压气体，由于地热井4地下压力较大，通过向冲砂管柱1内打入气体，使得冲砂管柱1内部的压力降低，在管脚，即冲砂管柱1的底端处产生虹吸效应，地热井4的井筒内的沉砂7在内外压差的作用下自动的吸入冲砂管柱1内，以便清除井筒内全部沉砂。

高压管线32与冲砂管柱1通过间隔设置的多道绑带相固定。

在本申请的一个实施例中，绑带为绷带，使用绷带将高压管线32与冲砂管柱1固定，避免下入冲砂管柱1时发生剐蹭，造成高压管线32的损坏。其中相邻的两道绷带间隔5m设置。

冲砂管柱1包括相互连接的第一油管11和第二油管12，第一油管11和第二油管12与高压管线32通过三通接头5连接。

作为优选，三通接头5的位置可根据地热井4热储层的地层结构稳定程度在冲砂管柱1的长度方向的位置进行调整，避免虹吸力造成地层出砂和垮塌。三通接头5的位置越靠下，注气系统3向冲砂管柱1内部提供气体使冲砂管柱1的内外压差越大，冲砂管柱1的内的虹吸力越大。

三通接头5在冲砂管柱1轴向上的位置可以根据不同的地热井4深度选择合适的位置，即下深，避免下深过深造成管底吸力过大，造成地层二次垮塌，同时下深过浅造成井底吸力不够。

三通接头5包括上端接口51、下端接口52和中部接口53，上端接口51与第一油管11之间、下端接口52与第二油管12之间均通过螺纹连接；中部接口53以接口朝上的方式倾斜设置，且与高压管线32上的快速接头连通。

第二油管12的顶端设有油管接箍121，用于与三通接头5的下端接口52螺纹连接，底端为锥形结构122。第二油管12的底端设置成锥形结构122，用于依靠冲砂管柱1的上下活动快速破坏胶结砂面，破碎砂垢，使沉砂泛起，提高冲砂效率，同时也可以避免井底大块砂块进入冲砂管柱1造成堵塞。

中部接口53与高压管线32的快速接头通过卡扣连接，该连接方式为现有技术，此处不再赘述。

上端接口51为母头，与第一油管11螺纹连接，下端接口52为公头，与第二油管12的油管接箍121螺纹连接，中部接口53端面朝上，与高压管线32连通。

中部接口53内设有过滤网54，用于避免上返沉砂进入高压管管线32内。在本申请的一个实施例中，该过滤网54可以为80目。

本申请中，中部接口53与高压管线32可以通过密封圈或涂抹密封树脂密封连接，避免漏气。

冲砂管柱1的底端与沉砂7的表面之间具有间隙，避免沉砂堵塞冲砂管柱1，该间隙可以在下入冲砂管柱1时先使冲砂管柱1与沉砂7表面接触，再略提，使锥形结构122距离砂面10cm左右，形成间隙。

本申请涉及的砂岩地热井冲砂装置，利用空气压缩机31和高压管线32向冲砂管柱1内注入气体，降低冲砂管柱1内的压力，使得在冲砂管柱1的内外产生压力差，位于冲砂管柱1底部的地热井4内的沉砂7和地层水在冲砂管柱1管柱内外压差的作用下产生虹吸效应，自动的进入冲砂管柱1内部，经过冲砂管柱1返至井口，通过地面排砂系统2排出。该虹吸效应仅仅在冲砂管柱1的管脚位置产生负压差，不会对地层产生压力，因此不会造成地热井4井筒的沉砂7进入地层，也不会造成漏失，反而有利于地层堵塞物进入井筒，疏通流体通道的作用。另外，冲砂管柱1的在管脚位置设计了针对板结的沉砂7设计了破坏装置，即锥形结构122，通过锥形结构122对板结或胶结的沉砂冲击破坏，使沉砂泛起，提高冲砂效率。

使用本申请的砂岩地热井冲砂装置冲砂作业时，将冲砂管柱1和高压管线32一同下入地热井4内，冲砂管柱1的管脚，即第二油管12的底端为锥形结构122，锥形结构122距离砂面10cm左右；

冲砂时通过空气压缩机31向高压管线32注入空气，空气沿着高压管线32进入到冲砂管柱1内部，与地层水一起形成气液混合物，降低冲砂管柱1的内部压力，在冲砂管柱1外部压力的作用下，在锥形结构122处产生虹吸效应，井筒内的沉砂7自动的吸入冲砂管柱1，形成气-液-砂混合物，混合物气举到地面，通过排砂管线21排入沉砂池22，随着沉砂7的砂面的降低，地面不断的下放冲砂管柱1，直至清除井筒内全部沉砂7。

冲砂作业时，冲砂管柱1根据地热井4井深、地质情况、井况选择，一般选用外径88.9mm油管(具体根据井身结构选定)；

冲砂作业时，气体不接触地层，不对地层产生正压力，因此不会对地层产生破坏；

冲砂管柱1的管脚附近产生强吸力，可使近井地带堵塞物质进入井筒内，起到疏通地层流体通道，解除近井地层污染的功效；

针对漏失严重井，不会造成井筒内的物质再次进入地层，避免了地层的二次污染；

该工艺冲砂速度快，效果好；

虹吸的压力可控制，根据空气压缩机31提供的气体压力及三通接头5的位置，可产生不同的虹吸力，根据需求而定；三通接头5的下深可根据需求合理下深，避免下深过深造成管底吸力过大，造成地层二次垮塌，同时下深过浅造成井底吸力不够。

本申请的砂岩地热井冲砂装置，针对砂岩热储层漏失严重的地热井4进行虹吸冲砂工艺，一方面该工艺冲砂效果好，携砂能力强，为漏失井冲砂困难找到了新的工艺方法；另一方面避免了井筒沉砂7再次返至地层和堵塞滤水管筛网，减少了地层污染，疏通了流体通道，提高了地热井的产能，与常规冲砂工艺相比，使用该装置投入成本低、冲砂效果好，周期短，且不会对地层造成二次污染。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，包括冲砂管柱(1)、地面排砂系统(2)和注气系统(3)，所述冲砂管柱(1)设于地热井(4)内，且底端延伸至靠近所述地热井(4)内的沉砂(7)表面，所述冲砂管柱(1)的顶端连通于所述地面排砂系统(2)，所述注气系统(3)与所述冲砂管柱(1)的侧壁连通，用于向所述冲砂管柱(1)内注入气体。

2.根据权利要求1所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述地面排砂系统(2)包括排砂管线(21)和沉砂池(22)，所述排砂管线(21)的一端与所述冲砂管柱(1)的顶端连通，所述排砂管线(21)的另一端连通于所述沉砂池(22)。

3.根据权利要求1所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述注气系统(3)包括空气压缩机(31)和高压管线(32)，所述空气压缩机(31)设于地面，所述高压管线(32)的一端连通于所述空气压缩机(31)，另一端连通于所述冲砂管柱(1)的所述侧壁。

4.根据权利要求3所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述高压管线(32)与所述冲砂管柱(1)通过间隔设置的多道绑带相固定。

5.根据权利要求3所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述冲砂管柱(1)包括相互连接的第一油管(11)和第二油管(12)，所述第一油管(11)和所述第二油管(12)与所述高压管线(32)通过三通接头(5)连接。

6.根据权利要求5所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述三通接头(5)包括上端接口(51)、下端接口(52)和中部接口(53)，所述上端接口(51)与所述第一油管(11)之间、所述下端接口(52)与所述第二油管(12)之间均通过螺纹连接；所述中部接口(53)以接口朝上的方式倾斜设置，且与所述高压管线(32)上的快速接头连通。

7.根据权利要求6所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述中部接口(53)内设有过滤网(54)。

8.根据权利要求6所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述中部接口(53)与所述高压管线(32)密封连接。

9.根据权利要求5所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述第二油管(12)的顶端设有油管接箍(121)，底端为锥形结构(122)。

10.根据权利要求1所述的砂岩地热井冲砂装置，其特征在于，所述冲砂管柱(1)的底端与所述沉砂(7)的表面之间具有间隙。

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