本發(fā)明屬于地?zé)峋┕ぃ唧w涉及一種用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)的日益迫切，地?zé)嶙鳛橐环N清潔、可再生的能源形式，正逐漸受到人們的關(guān)注和青睞。地?zé)崮芫哂袩o處不在、連續(xù)穩(wěn)定、開發(fā)成本低、環(huán)境友好等顯著優(yōu)點(diǎn)，是一種零碳或近零碳、綠色清潔型可再生能源，具有廣闊的開發(fā)利用前景。根據(jù)取熱方式可以將地?zé)崮芊譃槿∷秃腿嵝?，取水型地?zé)嶂饕峭ㄟ^開采地下熱水，提取地下熱水中的熱能進(jìn)行發(fā)電、供暖、洗浴等，換熱效率高，應(yīng)用靈活，可以持續(xù)供應(yīng)，不受季節(jié)性變化的影響，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。但是地?zé)崃黧w資源有限，回灌難度大，容易對(duì)地下巖層構(gòu)造造成破壞；取熱型地?zé)崾抢玫叵赂邷貛r石或者地?zé)崃黧w為熱源，通過套管內(nèi)的換熱流體，一般為軟化后的清水，以熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的方式將地下熱能攜帶至地表，再通過板式換熱器、熱泵機(jī)組等調(diào)節(jié)至用戶所需溫度，這種取熱技術(shù)也稱為“取熱不取水”型地下?lián)Q熱技術(shù)，主要優(yōu)點(diǎn)有：1)高效節(jié)能，地源熱泵系統(tǒng)利用地下恒定的溫度進(jìn)行熱交換，其能效比(cop)通常高于傳統(tǒng)空調(diào)和供暖系統(tǒng)；2)綠色環(huán)保，該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不燃燒化石燃料，減少了溫室氣體和其他污染物的排放，不抽取地下熱水，對(duì)環(huán)境影響極?。?)穩(wěn)定性強(qiáng)，地下溫度相對(duì)穩(wěn)定，不受外界極端天氣的影響；4)維護(hù)成本低，系統(tǒng)的主要部件位于室內(nèi)，避免了惡劣天氣的侵蝕，且運(yùn)動(dòng)部件較少，減少了磨損和維護(hù)的需求，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本低；5)壽命長(zhǎng)，地源熱泵系統(tǒng)的地下部分設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)達(dá)50年，地上部分可達(dá)30年以上，遠(yuǎn)超常規(guī)空調(diào)和供暖設(shè)備的壽命；6)可再生性，地源熱泵利用的是幾乎無限的地?zé)崮埽且环N可再生的能源利用方式，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

2、單井閉式循環(huán)取熱技術(shù)需要營(yíng)造閉式循環(huán)的環(huán)境，主要是利用外套管和內(nèi)保溫套管建立閉式循環(huán)空間。具體流程為：首先鉆井工作完成后，下入外套管；外套管下井完畢后，注入特殊固井水泥(高導(dǎo)熱系數(shù))進(jìn)行固井；固井完畢后下入保溫內(nèi)管，為了保證外套管和保溫內(nèi)管的同心度，需要每隔特定間距下入扶正器，以確保形成閉式循環(huán)的環(huán)境，供循環(huán)工質(zhì)(軟化后的清水)進(jìn)行換熱和循環(huán)流動(dòng)。整個(gè)下套管過程需要重復(fù)進(jìn)行兩次，而且還需要不斷的下入扶正器調(diào)整內(nèi)外管的同心度，延長(zhǎng)施工工期，對(duì)鉆井工作而言，施工周期越長(zhǎng)，鉆探成本越高，而且重復(fù)下套作業(yè)提高了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。為解決上述問題，有必要開發(fā)一次性下套和自動(dòng)調(diào)整內(nèi)外套管同心度的套管結(jié)構(gòu)，采用雙套管結(jié)構(gòu)，理論上可以實(shí)現(xiàn)一次性下套、自動(dòng)調(diào)整內(nèi)外套管同心度、縮短施工周期、降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。

3、有鑒于此，發(fā)明人期望設(shè)計(jì)一種用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)技術(shù)中存在的上述問題，提供一種用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備，包括外套管、內(nèi)保溫套管、限位扶正架、同軸扶正架、多功能浮鞋、內(nèi)六角螺絲、彈簧固定螺絲、壓縮彈簧、半球閥、拉伸彈簧和燕尾板；所述外套管的內(nèi)部由上至下安裝有內(nèi)保溫套管、限位扶正架、同軸扶正架和燕尾板，所述限位扶正架與內(nèi)保溫套管固定連接，所述同軸扶正架安裝在限位扶正架的外側(cè)，所述燕尾板通過拉伸彈簧與外套管的內(nèi)壁連接，所述外套管的底端安裝有多功能浮鞋，所述多功能浮鞋的內(nèi)部通過內(nèi)六角螺絲安裝有彈簧支承板，所述彈簧支承板通過彈簧固定螺絲和安裝有壓縮彈簧，所述壓縮彈簧遠(yuǎn)離彈簧支承板的一端安裝有半球閥。

4、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，所述外套管的上端內(nèi)側(cè)環(huán)向均布有至少三處限位槽，所述外套管的上端設(shè)有內(nèi)螺紋a，且該螺紋處設(shè)置有上加厚環(huán)；所述外套管下端設(shè)有外螺紋a，且該螺紋處設(shè)置有下加厚環(huán)；兩個(gè)加厚環(huán)均設(shè)有降低外套管下井時(shí)摩擦阻力和注漿固井時(shí)流動(dòng)阻力用的倒角；所述外套管相互之間通過螺紋固定連接。

5、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，所述內(nèi)保溫套管沿徑向分三層，內(nèi)層為抗壓層，中間層為保溫填充材料，外層為定型層；所述內(nèi)保溫套管的上端外側(cè)設(shè)有與限位扶正架固定連接用的外螺紋b，下端外側(cè)設(shè)有與同軸扶正架配合的變徑凹槽a，所述變徑凹槽的上部?jī)?nèi)側(cè)有內(nèi)螺紋b，下端外側(cè)除最下層內(nèi)保溫套管外均設(shè)有有外螺紋c；所述內(nèi)保溫套管之間通過螺紋固定連接；當(dāng)進(jìn)行水泥固井時(shí)，會(huì)對(duì)所述內(nèi)保溫套管產(chǎn)生較高壓力，抗壓層為高強(qiáng)度鋼材，可以防止高壓對(duì)內(nèi)保溫套管整體產(chǎn)生的破壞；中層為保溫填充材料，起到保溫隔熱的作用；外層為定型層，確定內(nèi)保溫套管的整體形狀；同時(shí)內(nèi)保溫套管、限位扶正架、同軸扶正架、多功能浮鞋組合安裝可實(shí)現(xiàn)上下一徑，保證循環(huán)工質(zhì)循環(huán)的流暢性。

6、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，所述限位扶正架的連接環(huán)內(nèi)側(cè)有內(nèi)螺紋c，外側(cè)環(huán)向均布有至少三處限位架；所述限位架呈能夠提高軸向限位能力的三角形，所述限位架整體呈中間厚兩邊薄的特征，降低循環(huán)工質(zhì)循環(huán)阻力；所述限位架末端設(shè)有限位塊，所述限位塊與外套管的限位槽緊密配合；當(dāng)所述外套管之間相互連接時(shí)，所述限位塊會(huì)被完全封鎖，起到限位的作用，此時(shí)所述內(nèi)保溫套管的上部因限位扶正架的存在只能居中。

7、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，所述同軸扶正架設(shè)有與內(nèi)保溫套管中變徑凹槽a配合的內(nèi)扶正環(huán)以及與外套管貼合的外扶正環(huán)，所述外扶正環(huán)上端設(shè)有降低循環(huán)工質(zhì)流動(dòng)阻力用的倒角，所述內(nèi)扶正環(huán)和外扶正環(huán)之間設(shè)有至少三處扶正臂，所述扶正臂整體呈現(xiàn)中間厚兩邊薄的特征，降低循環(huán)工質(zhì)循環(huán)阻力；當(dāng)所述內(nèi)保溫套管之間相互連接時(shí)，所述內(nèi)扶正環(huán)會(huì)被兩內(nèi)保溫套管軸向限位，所述外扶正環(huán)的外徑與外套管的內(nèi)徑相同，在所述扶正臂的作用下扶正內(nèi)保溫套管，使所述內(nèi)保溫套管與外套管保持同軸。

8、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，所述多功能浮鞋的上端外側(cè)設(shè)有與外套管固定連接用的內(nèi)螺紋d，上端內(nèi)側(cè)設(shè)有與內(nèi)保溫套管插接固定用的變徑凹槽b，所述多功能浮鞋的外壁內(nèi)側(cè)環(huán)向均布有至少一處拉伸彈簧固定環(huán)，所述拉伸彈簧固定環(huán)的下端設(shè)有導(dǎo)向圓角；所述多功能浮鞋內(nèi)壁環(huán)向均布若干與燕尾板緊密配合的燕尾槽，所述燕尾槽外側(cè)設(shè)有對(duì)循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)向和減阻用的減阻圓角a；所述多功能浮鞋的下半段包括兩個(gè)對(duì)立的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，上圓臺(tái)縮徑，下圓臺(tái)直徑逐漸擴(kuò)大至能夠與半球閥配合可形成單向閥；所述多功能浮鞋的下端設(shè)有減小下套管阻力和固井水泥上返阻力用的減阻圓角b，所述多功能浮鞋的下端底部設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱凹槽和盲孔，所述凹槽和盲孔能夠固定彈簧支承板，進(jìn)而為壓縮彈簧提供支承力。

9、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，所述燕尾板的外側(cè)設(shè)有拉伸彈簧固定環(huán)，所述拉伸彈簧固定環(huán)整體呈現(xiàn)外徑窄、內(nèi)徑寬的結(jié)構(gòu)，與多功能浮鞋上的燕尾槽緊密配合；當(dāng)水泥固井時(shí)，所述燕尾板與燕尾槽在拉伸彈簧的作用下處于閉合狀態(tài)；當(dāng)固井完成后進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)，所述拉伸彈簧在壓力的作用下進(jìn)一步被拉伸直至破壞，此時(shí)燕尾板在重力的作用下掉落到多功能浮鞋的環(huán)空中，此時(shí)燕尾槽處于張開狀態(tài)。

10、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，所述多功能浮鞋的下部主要功能是為套管柱導(dǎo)向和固井，當(dāng)套管柱入井完畢后，首先進(jìn)行固井作業(yè)，所述上圓臺(tái)、下圓臺(tái)、半球閥、壓縮彈簧、彈簧支承板配合能夠?qū)崿F(xiàn)單向閥的作用，當(dāng)固井水泥從內(nèi)保溫套管注入到井底后，由于所述燕尾板和燕尾槽的結(jié)構(gòu)形狀特性，所述燕尾板在徑向壓力的作用下會(huì)緊緊貼住燕尾槽，此時(shí)固井水泥的軸向壓力會(huì)傳遞給所述半球閥和壓縮彈簧，所述壓縮彈簧進(jìn)一步壓縮，單向閥打開；固井水泥沿著所述多功能浮鞋的底部上返到井壁與外套管柱之間的環(huán)空通道，當(dāng)所有固井水泥完全將環(huán)空通道封閉后，撤掉壓力，所述壓縮彈簧回彈，封閉所述下圓臺(tái)防止固井水泥倒流；所述多功能浮鞋的上部主要功能是為循環(huán)工質(zhì)提供循環(huán)通道，固井作業(yè)完成后，當(dāng)軟化后的冷水進(jìn)入到所述外套管與內(nèi)保溫套管的環(huán)空通道時(shí)，在液柱壓力的作用下，所述燕尾板脫離燕尾槽，所述燕尾槽通道被打開，實(shí)現(xiàn)循環(huán)工質(zhì)的循環(huán)換熱。

11、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，水泥固井循環(huán)路徑為：從內(nèi)保溫套管注入水泥，經(jīng)過由半球閥、壓縮彈簧和彈簧支承板組成的單向閥，在軸向壓力的作用下，單向閥打開，水泥漿經(jīng)過多功能浮鞋底部沿著外套管柱與井壁的環(huán)空通道上升進(jìn)行固井。

12、進(jìn)一步地，上述用于地?zé)峋畣尉]式循環(huán)取熱的雙套管設(shè)備中，軟化后的冷水的熱轉(zhuǎn)換循環(huán)路徑為：冷水從外套管注入，在冷水注入的過程中經(jīng)過高溫地層，高溫地層將熱量傳遞給冷水，提高冷水溫度，然后通過所述燕尾槽進(jìn)入內(nèi)保溫套管，所述內(nèi)保溫套管能夠大幅度降低熱水和冷水的熱量交換，減少高溫?zé)崴哪芰繐p失，最后返回井口。

13、本發(fā)明的有益效果是：

14、1、本發(fā)明中雙套管同時(shí)下井，減少一次下套管作業(yè)，提高施工效率，降低施工成本，降低施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

15、2、本發(fā)明中限位扶正架和同軸扶正架可以固定內(nèi)保溫套管相對(duì)于外套管的位置，保證雙套管的同心度。

16、3、本發(fā)明中多功能浮鞋設(shè)計(jì)合理，可以實(shí)現(xiàn)水泥固井和循環(huán)工質(zhì)循環(huán)的雙重作業(yè)，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)地?zé)峋昃鞒蹋合峦馓坠?水泥固井-下內(nèi)套管。

17、4、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)中深層地?zé)峋淮蜗绿坠茏鳂I(yè)，可有效解決內(nèi)外套管的同心度、內(nèi)保溫套管因?yàn)槊芏仍虼嬖诘纳细『拖鲁恋葐栴}，顯著提高施工效率，降低施工強(qiáng)度，縮短施工周期，提高成井效率。

18、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上的所有優(yōu)點(diǎn)。