CN220818118U - 一种取热不取水的管井结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种取热不取水的管井结构。包括回灌管头，在其下端安装有井管，在井管的下端安装有回灌管、取水换热组件和进水尾管；回灌管的内腔被分隔成回水腔室和取水腔室，在回水腔室上开设有回灌出水孔；还包括在井管的内腔穿设的取水内管，取水内管的下端口延伸至取水腔室内并安装有取水泵；在进水尾管上开设有进水孔并安装有阻砂组件，在阻砂组件上开设有呈倒锥形结构的多组出水流道，多组出水流道的直径自下至上逐渐减小；取水换热组件包括换热腔室；在换热腔室内安装有换热管，换热管的下端口与进水尾管的内腔相连通、上端口与取水腔室相连通。本实用新型可对流入管井的地热水进行除砂处理，实现了对地热水的取用并提升了取热效率。

Description

一种取热不取水的管井结构

技术领域

本实用新型属于地热设施技术领域，尤其涉及一种取热不取水的管井结构。

背景技术

作为地球本身蕴藏的能量，地热能属于可再生能源。其中，位于中深层的地热温度比位于低层的地热温度要更高，可应用于发电、房屋供暖等生产生活中。与传统的燃煤、石油等能源相比，地热能清洁性高且可反复利用，属于可再生资源。

鉴于深层地下水有其自身的循环系统，当一部分热水被抽上来之后，其他地方的水会自动流入得到补给，因此传统的地热利用方式是直接对地热水进行采集使用。但是由于近几年来各地过度采集地热水，造成一些地区地质发生沉降且地下水的水位发生了下降的变化，因此，技术人员对地热采集技术进行改进，即在利用好地热水的同时，必须进行回灌。即采用“取热不取水”的地热采集技术，其原理为：对地热源水中的热量进行采集使用，但不对地热水进行采集使用。采用上述方式的优势在于：既实现了获取热量的目的，又避免了由于对地热水过渡采集造成的水位变化。“取热不取水”的典型方式为回灌方式，即在地表对地热水源中的热能进行提取之后，对用过的地热水进行处理，然后重新回灌到含水层中，进而提高地热水的再生性能，避免含水层在过渡的采集下而枯竭。

上述的地热利用方式虽然可实现地热资源的可持续发展，但是存在一定的弊端，即由于进入地热井中的地热水含沙量比较多，若未经处理而直接进入抽取地热水的泵体中，会影响泵体的使用效果，严重时甚至会造成管路系统的堵塞，影响地热能的使用；另外，在地热岩层的自身结构以及回灌水的影响下，在地热井井底汇聚的地热水源各位置的温度会存在一定差异，使得直接抽取地热水的采集方式不能最大程度的实现取热效率。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理且取热效率高的取热不取水的管井结构。本实用新型可对流入管井的地热水进行除砂处理，实现了对地热水的取用并提升了取热效率。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种取热不取水的管井结构包括在地热井的井口处安装的回灌管头，在回灌管头的下端安装有井管，在井管的下端沿轴向依次安装有位于井底的回灌管、取水换热组件和进水尾管；回灌管的内腔被分隔成互不连通的回水腔室和取水腔室，在回水腔室的外周壁上开设有多组回灌出水孔；还包括在井管的内腔穿设的取水内管，取水内管的下端口延伸至取水腔室内并安装有取水泵，取水内管的上端部密封贯穿回灌管头的顶部；在进水尾管上开设有多组进水孔，在进水尾管的内腔安装有位于进水孔的上方的阻砂组件，阻砂组件的外部呈圆锥形结构且内部呈中空结构，在阻砂组件上开设有连通其外周面和内侧面且呈倒锥形结构的多组出水流道，多组出水流道的直径自下至上逐渐减小；取水换热组件包括在轴向上处于封闭状态、在周向上与外界相连通的换热腔室；在换热腔室内安装有纵向设置的多组换热管，各个换热管的下端口均与进水尾管的内腔相连通、上端口与取水腔室相连通。

本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提供了一种取热不取水的管井结构，通过设置依次对接安装的回灌管头、井管、回灌管、进水尾管以及内部设置的取水内管，形成取热不取水的管路系统，保证了能够在同一地热井内实现取水操作和回灌操作；通过在进水尾管内设置阻砂组件，可在流入尾管本体的内腔的地热水向上流动时，对流动的地热水进行稳流操作，使得地热水的流动速度降低，进而使得混合在地热水中的大部分砂石和污泥向下沉降，降低了地热水中砂石对取水泵以及地热管路系统的损伤；通过设置取水换热组件，可保证经沉降处理的地热水能够经多组换热管注入取水腔室，同时保证流经换热管的外部的地热水能够充分的与换热管内的地热水进行充分的换热操作，进而保证了被抽取进取水内管内的地热水的温度；实现了对地热水的采集，同时也提升了对地热水的取热效率。

优选地：阻砂组件包括与进水尾管的内壁相连接的安装套筒，在安装套筒的顶部固接有按照周向分布的多组斜撑支杆，各个斜撑支杆的远离安装套筒的端部相互固接，还包括在各个斜撑支杆的内侧固接的呈倒锥形结构的多组挡砂环，多组挡砂环的直径自下至上逐渐减小；相邻的两组挡砂环构成出水流道。

优选地：阻砂组件还包括在各个挡砂环的内侧固接的按照周向分布的多组加强筋。

优选地：进水尾管包括与取水换热组件相连接的尾管本体，多组进水孔分别开设在尾管本体的外周壁和底面上，在尾管本体的内壁上固接有位于多组进水孔的上方的安装环体，安装套筒与安装环体两连接。

优选地：取水换热组件包括取水安装管，在取水安装管的内腔固接有按照上下分布的上安装隔板和下安装隔板，在上安装隔板和下安装隔板上均开设有可供各个换热管的两端密封贯穿的通孔；上安装隔板、下安装隔板和取水安装管的内壁共同构成换热腔室，在换热腔室的内壁上开设有多组换热透水孔。

优选地：还包括在回灌管的内周壁和取水内管的外周壁之间设置的第一密封件，回水腔室和取水腔室由第一密封件分隔而成；还包括在回灌管的外周壁上设置的为第一密封件的下方的第二密封件。

优选地：取水内管的上端部密封贯穿回灌管头的顶部，在取水内管的上端部安装有采水弯管；在回灌管头的外周壁上安装有与其内腔相连通的回水进液管。

优选地：回灌管头的内周壁与取水内管的外周壁共同构成回灌通路，井管的内周壁与取水内管的外周壁共同构成回水通路，回灌通路和回水通路相连通，回水通路与回水腔室相连通。

附图说明

图1是本实用新型的主视剖视结构示意图；

图2是本实用新型中的进水尾管和阻砂组件的主视剖视结构示意图；

图3是本实用新型中的阻砂组件的立体结构示意图；

图4是本实用新型中的取水换热组件的主视剖视结构示意图；

图5是本实用新型中的回灌管内部结构示意图。

图中：1、进水尾管；1-1、尾管本体；1-2、进水孔；1-3、安装环体；2、阻砂组件；2-1、安装套筒；2-2、斜撑支杆；2-3、挡砂环；2-4、加强筋；2-5、出水流道；3、取水换热组件；3-1、取水安装管；3-2、下安装隔板；3-3、换热透水孔；3-4、换热管；3-5、上安装隔板；3-6、换热腔室；4、取水泵；5、回灌管；5-1、回灌管本体；5-2、回灌出水孔；6、井管；7、混凝土层；8、回灌通路；9、取水内管；9-1、取水管段；10、回灌管头；11、采水弯管；12、回水进液管；13、回水通路；14、回水腔室；15、第一密封件；16、第二密封件；17、取水腔室。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：

请参见图1，本实用新型的取热不取水的管井结构包括在地热井的井口处安装的回灌管头10，在本实施例中，回灌管头10的进水口延伸至地面的上方并通过液体管路与循环泵(图未示)相连接，循环泵用于将提取热量后的地热水回灌至地热井中。进一步的，回灌管头10的进水口开设在其上部的外周壁上，并连接有回水进液管12，回水进液管12与回灌管头10的内腔相连通。另外，回灌管头10的顶部呈封闭状、下端呈敞口状并在敞口处对接安装有井管6。井管6和回灌管头10的具体连接方式为现有技术，在此不赘述。

为了稳固的安装回灌管头10和井管6，并对地热井进行加固，如图1所示，在地热井的上半部填充有混凝土层7。回灌管头10和井管6的上部位于混凝土层7处。

如图1所示，为了实现地热管路系统在井下进行取水和回灌操作，在井管6的下端沿轴向依次安装有位于井底的回灌管5、取水换热组件3和进水尾管1。其中，回灌管5的内腔被分隔成互不连通的回水腔室14和取水腔室17，在回水腔室14的外周壁上开设有多组回灌出水孔5-2；还包括在井管6的内腔穿设的取水内管9，取水内管9的下端口延伸至取水腔室17内并安装有取水泵4，取水内管9的上端部密封贯穿回灌管头10的顶部。

其中，回灌管头10的内周壁与取水内管9的外周壁共同构成回灌通路8，井管6的内周壁与取水内管9的外周壁共同构成回水通路13，回灌通路8和回水通路13相连通，回水通路13与回水腔室14相连通。通过上述设置，方便循环泵将提取热量后的地热水先沿着回灌通路8和回水通路13向下流动，然后经过多组回灌出水孔5-2重新注入取水层的上方。

取水内管9的上端部密封贯穿回灌管头10的顶部，在取水内管9的上端部安装有采水弯管11；在回灌管头10的外周壁上安装有与其内腔相连通的回水进液管12。另外，为了方便安装，在本实施例中，取水内管9由多根取水管段9-1依次对接密封安装构成，在各个取水管段9-1的两端均安装有法兰盘，相邻的两个取水管段9-1通过法兰盘、锁紧螺栓和锁紧螺母相连接。

采水弯管11通过液体管路与换热器(图未示)相连接，换热器与循环泵通过液体管路相连接从而实现地热水中的热量提取以及地热水的回灌。

如图1所示，为了对流入进水尾管1内的地热水进行除砂处理，在进水尾管1的内腔安装有阻砂组件2。

进一步参见图2，进水尾管1包括与取水换热组件3相连接的尾管本体1-1，在尾管本体1-1的外周壁和底面上开设有多组进水孔1-2，在尾管本体1-1的内壁上固接有位于多组进水孔1-2的上方的安装环体1-3，阻砂组件2与安装环体1-3密封连接。另外，在尾管本体1-1的顶部设置有法兰盘，尾管本体1-1的上端部通过法兰盘和螺栓、锁紧螺母与取水换热组件3的下端部相连接。

如图2和图3所示，阻砂组件2的外部呈圆锥形结构且内部呈中空结构，在阻砂组件2上开设有连通其外周面和内侧面的多组出水流道2-5，各个出水流道2-5均呈倒锥形结构，而且多组出水流道2-5的直径自下至上逐渐减小。

进一步的，阻砂组件2还包括与安装环体1-3密封连接的安装套筒2-1，在安装套筒2-1的顶部固接有按照周向分布的多组斜撑支杆2-2，各个斜撑支杆2-2的远离安装套筒2-1的端部相互固接。阻砂组件2还包括在各个斜撑支杆2-2的内侧固接的呈倒锥形结构的多组挡砂环2-3，多组挡砂环2-3的直径同样为自下至上逐渐减小，因此相邻的两组挡砂环2-3构成可供地热流通的出水流道2-5。为了进一步提高阻砂组件2的稳固性，阻砂组件2还包括在各个挡砂环2-3的内侧固接的按照周向分布的多组加强筋2-4；其中，加强筋2-4的倾斜角度与斜撑支杆2-2的倾斜角度相同。

在实际的工作过程中，处于储水层的地热水自尾管本体1-1上开设的多组进水孔1-2流入尾管本体1-1的内腔，在取水泵4的作用下，流入尾管本体1-1的内腔的地热水向上流动，在阻砂组件2的作用下，对流动的地热水进行稳流，使得地热水的流动速度降低，混合在地热水中的大部分砂石和污泥会向下沉降；其中，阻砂组件2中的多个挡砂环2-3可对地热水中大部分砂石杂质进行拦截，对地热水进行除砂处理，进而降低了地热水中砂石对取水泵4以及地热管路系统的损伤。

由于在地热井的井底汇聚的地热水源并非是各处温度均一，在地热水储水层的岩层结构以及回灌水等因素的影响，在地热井井底汇聚的地热水源各位置的温度会存在一定差异，使得直接抽取地热水的采集方式不能最大程度的实现取热效率。因此通过设置取水换热组件3，可改善上述的问题。

进一步参见图4，其中，取水换热组件3包括取水安装管3-1，在取水安装管3-1的内腔固接有按照上下分布的上安装隔板3-5和下安装隔板3-2，上安装隔板3-5、下安装隔板3-2和取水安装管3-1的内壁共同构成换热腔室3-6，在换热腔室3-6的内壁上开设有多组换热透水孔3-3，通过上述的设置，使得换热腔室3-6处于在轴向上处于封闭状态、在周向上与外界相连通的状态。

另外，在换热腔室3-6内安装有纵向设置的多组换热管3-4，各个换热管3-4的下端口均与进水尾管1的内腔相连通、上端口与取水腔室17相连通。即在上安装隔板3-5和下安装隔板3-2上均开设有多组通孔，各个换热管3-4的两端分别密封贯穿于对应的通孔内。在各个换热管3-4的外周壁上均设置有沿其轴向分布的换热翅片。自阻砂组件2中的多组出水流道2-5流出的地热水在取水泵4的作用下流入换热管3-4，并经换热管3-4流入取水腔室17后流入取水内管9中；处于储水层中的另一部分地热水自换热透水孔3-3流入换热腔室3-6，流经换热管3-4的地热水与换热管3-4内的地热水进行充分的换热操作，进而保证了被抽取进取水内管9内的地热水的温度。

进一步参见图5，在本实施例中，回灌管5包括回灌管本体5-1，在回灌管本体5-1的两端均固接有法兰盘，回灌管本体5-1通过法兰盘、锁紧螺栓和锁紧螺母分别与井管6和取水安装管3-1密封对接安装。多组回灌出水孔5-2开设在回灌管本体5-1的外周壁上。本实施例还包括在回灌管本体5-1的内周壁和取水内管9的外周壁之间设置的第一密封件15，回水腔室14和取水腔室17由第一密封件15分隔而成。

如图1所示，本实施例还包括在回灌管5的外周壁上设置的为第一密封件15的下方的第二密封件16。通过上述设置，可避免回灌水与地热水混合，从而使得抽出的地热水保持较高的温度。在本实施例中，第一密封件15和第二密封件16为硅胶密封圈。

工作原理：

地热水经过进水尾管1上的多组进水孔1-2进入进水尾管1的腔室内，在取水泵4的作用下，流入尾管本体1-1的内腔的地热水向上流动，在阻砂组件2的作用下，对流动的地热水进行稳流，使得地热水的流动速度降低，混合在地热水中的大部分砂石和污泥会向下沉降；其中，阻砂组件2中的多个挡砂环2-3可对地热水中大部分砂石杂质进行拦截，对地热水进行除砂处理，进而降低了地热水中砂石对取水泵4以及地热管路系统的损伤；

自阻砂组件2中的多组出水流道2-5流出的地热水在取水泵4的作用下流入换热管3-4，并经换热管3-4流入取水腔室17后流入取水内管9中；同时，处于储水层中的另一部分地热水自换热透水孔3-3流入换热腔室3-6，此时流经换热管3-4的外部的地热水与换热管3-4内的地热水进行充分的换热操作，进而保证了被抽取进取水内管9内的地热水的的温度；实现了对地热水的采集，同时也提升了对地热水的取热效率；

流入取水内管9内的地热水在循环泵的作用下经由采水弯管11和液体管路流入地面设置的换热设备，换热设备对地热水中的热量进行采集以供后续利用，然后循环泵将完成热量采集的地热水泵入回水进液管12，经回水进液管12流入回灌通路8和回水通路13，再由回灌出水孔5-2重新注入取水层的上方，实现地热水的热量采集和回灌过程。

Claims (8)

1.一种取热不取水的管井结构，其特征是：包括在地热井的井口处安装的回灌管头(10)，在回灌管头(10)的下端安装有井管(6)，在井管(6)的下端沿轴向依次安装有位于井底的回灌管(5)、取水换热组件(3)和进水尾管(1)；回灌管(5)的内腔被分隔成互不连通的回水腔室(14)和取水腔室(17)，在回水腔室(14)的外周壁上开设有多组回灌出水孔(5-2)；还包括在井管(6)的内腔穿设的取水内管(9)，取水内管(9)的下端口延伸至取水腔室(17)内并安装有取水泵(4)，取水内管(9)的上端部密封贯穿回灌管头(10)的顶部；在进水尾管(1)上开设有多组进水孔(1-2)，在进水尾管(1)的内腔安装有位于进水孔(1-2)的上方的阻砂组件(2)，阻砂组件(2)的外部呈圆锥形结构且内部呈中空结构，在阻砂组件(2)上开设有连通其外周面和内侧面且呈倒锥形结构的多组出水流道(2-5)，多组出水流道(2-5)的直径自下至上逐渐减小；取水换热组件(3)包括在轴向上处于封闭状态、在周向上与外界相连通的换热腔室(3-6)；在换热腔室(3-6)内安装有纵向设置的多组换热管(3-4)，各个换热管(3-4)的下端口均与进水尾管(1)的内腔相连通、上端口与取水腔室(17)相连通。

2.如权利要求1所述的取热不取水的管井结构，其特征是：阻砂组件(2)包括与进水尾管(1)的内壁相连接的安装套筒(2-1)，在安装套筒(2-1)的顶部固接有按照周向分布的多组斜撑支杆(2-2)，各个斜撑支杆(2-2)的远离安装套筒(2-1)的端部相互固接，还包括在各个斜撑支杆(2-2)的内侧固接的呈倒锥形结构的多组挡砂环(2-3)，多组挡砂环(2-3)的直径自下至上逐渐减小；相邻的两组挡砂环(2-3)构成出水流道(2-5)。

3.如权利要求2所述的取热不取水的管井结构，其特征是：阻砂组件(2)还包括在各个挡砂环(2-3)的内侧固接的按照周向分布的多组加强筋(2-4)。

4.如权利要求2所述的取热不取水的管井结构，其特征是：进水尾管(1)包括与取水换热组件(3)相连接的尾管本体(1-1)，多组进水孔(1-2)分别开设在尾管本体(1-1)的外周壁和底面上，在尾管本体(1-1)的内壁上固接有位于多组进水孔(1-2)的上方的安装环体(1-3)，安装套筒(2-1)与安装环体(1-3)两连接。

5.如权利要求1所述的取热不取水的管井结构，其特征是：取水换热组件(3)包括取水安装管(3-1)，在取水安装管(3-1)的内腔固接有按照上下分布的上安装隔板(3-5)和下安装隔板(3-2)，在上安装隔板(3-5)和下安装隔板(3-2)上均开设有可供各个换热管(3-4)的两端密封贯穿的通孔；上安装隔板(3-5)、下安装隔板(3-2)和取水安装管(3-1)的内壁共同构成换热腔室(3-6)，在换热腔室(3-6)的内壁上开设有多组换热透水孔(3-3)。

6.如权利要求1所述的取热不取水的管井结构，其特征是：还包括在回灌管(5)的内周壁和取水内管(9)的外周壁之间设置的第一密封件(15)，回水腔室(14)和取水腔室(17)由第一密封件(15)分隔而成；还包括在回灌管(5)的外周壁上设置的为第一密封件(15)的下方的第二密封件(16)。

7.如权利要求1所述的取热不取水的管井结构，其特征是：取水内管(9)的上端部密封贯穿回灌管头(10)的顶部，在取水内管(9)的上端部安装有采水弯管(11)；在回灌管头(10)的外周壁上安装有与其内腔相连通的回水进液管(12)。

8.如权利要求1所述的取热不取水的管井结构，其特征是：回灌管头(10)的内周壁与取水内管(9)的外周壁共同构成回灌通路(8)，井管(6)的内周壁与取水内管(9)的外周壁共同构成回水通路(13)，回灌通路(8)和回水通路(13)相连通，回水通路(13)与回水腔室(14)相连通。