单井采灌装置和方法与流程

1.本公开涉及地热水开采技术领域，特别涉及一种单井采灌装置和方法。


背景技术：

2.地热资源是一种清洁能源，通常将开采的地热水通入换热装置，通过换热装置进行热量交换，以对地热水加以利用。但长期开采容易造成地下水位下降、地面沉降等问题，因而需要将经热量交换后的地热水回灌至地层。
3.相关技术中，单井采灌装置包括：套管、采集管和潜水泵，套管位于采集井内，且套管的管体上设有两处间隔分布的筛管，使套管和地层连通。采集管同轴插装在套管中，且采集管的下端插设至位于套管底部的筛管处，在套管和采集管之间还设置有封隔器，封隔器处于两个筛管之间。同时在采集管内还设置有潜水泵。在采集地热水时，潜水泵通过采集管将位于套管底部的筛管处的地热水抽至地面。地热水经换热后，在井口通过套管和采集管间的环空回灌地热水，在封堵器的拦截下，使地热水能从套管上位于封隔器上方的筛管处回流至地层，以实现下采上灌的采灌过程。
4.然而，在进行一段时间的下采上灌的采灌工艺后，采集井底部的地热水逐渐减少，导致开采难度逐渐变大，需要停止开采作业较长的时间，因而采灌效率较低。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种单井采灌装置和方法，能实现上采下灌和下采上灌工艺之间的切换，提高地热水的采灌效率。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种单井采灌装置，所述单井采灌装置包括：换热组件，具有第一换热口和第二换热口；套管，管壁具有沿轴向间隔分布的第一导通区和第二导通区，所述第一导通区位于所述第二导通区的上方，所述第一导通区和所述第二导通区均设有贯通所述套管的管壁的通孔；采灌管组，包括改向件、采灌管柱和动力泵，所述采灌管柱插装在所述套管内，所述采灌管柱具有第一管腔、第二管腔和第三管腔，所述第一管腔的下端、所述第二管腔的下端均与所述第三管腔的上端连通，所述第一管腔的上端和所述第二管腔的上端均向井口延伸，所述第一管腔的上端与第二换热口连通，所述第二管腔的上端与第一换热口连通，所述第三管腔的下端向井底延伸，所述动力泵位于第二管腔中，所述改向件用于控制所述第一管腔和所述第二管腔中的一个与所述第一导通区的通孔连通，所述第一管腔和所述第二管腔中的另一个与所述第三管腔连通；封堵件，套装在所述采灌管柱外且位于所述第一导通区和所述第二导通区之间，所述封堵件用于封堵所述套管和所述采灌管柱之间的环空。
7.在本公开实施例的一种实现方式中，所述采灌管柱包括：第一管段、第二管段和第三管段，所述第一管段和所述第二管段平行并排布置，所述第三管段位于所述第一管段和所述第二管段的下方，且所述第一管段的下端和所述第二管段的下端均与所述第三管段的上端连通，所述第一管段的内壁面围成所述第一管腔，所述第二管段的内壁面围成所述第
二管腔，所述第三管段的内壁面围成所述第三管腔。
8.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述采灌管柱包括管柱本体，所述管柱本体内设有隔板，所述隔板与所述管柱本体的内壁面连接，所述隔板沿所述管柱本体轴向的长度小于所述管柱本体的长度，所述管柱本体的内壁面与所述隔板的两个板面分别围成所述第一管腔和所述第二管腔，所述管柱本体内位于所述隔板下方的内壁面围成所述第三管腔。
9.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述改向件包括第一换向阀和第二换向阀，所述第一换向阀位于所述第一管段内，所述第二换向阀位于所述第二管段内，所述第一管段和所述第二管段的管壁均设有导通孔；所述第一换向阀具有一个进液口和两个出液口，所述第一换向阀的进液口与所述第一管腔连通，所述第一换向阀的一个出液口与所述导通孔连通，所述第一换向阀的另一个出液口与所述第三管腔连通；所述第二换向阀具有一个出液口和两个进液口，所述第二换向阀的出液口与所述第二管腔连通，所述第二换向阀的一个进液口与所述导通孔连通，所述第二换向阀的另一个出液口与所述第三管腔连通。
10.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述采灌管柱还包括三通接头，所述三通接头具有相互连通的第一接口、第二接口和第三接口，所述第一管段的下端密封插装在所述第一接口内，所述第二管段的下端密封插装在所述第二接口内，所述第三管段的上端密封插装在所述第三接口内。
11.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述套管包括依次同轴连接的第一管体、第二管体、第三管体和第四管体，所述第二管体和所述第四管体的管壁上均具有筛孔。
12.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述换热组件包括换热器和两个阀门，所述换热器具有所述第一换热口和所述第二换热口，所述两个阀门分别设置在与所述第一换热口和所述第二换热口连通的管路上。
13.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述封堵件为封隔器。
14.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述单井采灌装置还包括锚定器，所述锚定器套装在所述采灌管柱外。
15.本公开实施例提供了一种单井采灌方法，采用如前文所述的单井采灌装置进行地热水采灌，所述单井采灌方法包括：确定采灌模式，所述采灌模式包括：下采上灌和上采下灌；根据确定的采灌模式控制所述动力泵工作，采灌地热水；所述采灌模式为所述下采上灌时，通过所述改向件控制所述第一管腔与所述第一导通区连通，且控制所述第二管腔中与所述第三管腔连通；所述采灌模式为所述上采下灌时，通过所述改向件控制所述第二管腔与所述第一导通区连通，且控制所述第一管腔与所述第三管腔连通。
16.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
17.本公开实施例提供的单井采灌装置中，采灌管柱的包括三个相互隔离的管腔。并且，改向件能控制第一管腔和第二管腔中的一个与第一导通区的通孔连通，且控制第一管腔和第二管腔中的另一个与第三管腔连通。这样可以形成两种连通模式，第一种连通模式为第一管腔和第三管腔连通，第二管腔和第一导通区连通；第二种连通模式为第一管腔和第一导通区连通，第二管腔和第三管腔连通。这样无论动力泵设置在第一管腔还是第二管腔内，上述两种连通模式都能使地热水形成两种不同的流动路径，即地热水是从第一导通
区还是第二导通区流入采灌管柱，也即是可以实现上采下灌和下采上灌这两种采灌工艺。这样通过改向件切换连通模式，就能实现两种采灌工艺的切换，相较于相关技术，当采集井底部的地热水采尽时，无需长时间停止开采作业，因此能提高地热水的采灌效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本公开实施例提供的一种单井采灌装置的结构示意图；
20.图2是本公开实施例提供的一种单井采灌装置处于下采上灌状态的示意图；
21.图3是本公开实施例提供的一种单井采灌装置处于上采下灌状态的示意图；
22.图4是本公开实施例提供的一种采灌管柱的结构示意图；
23.图5是本公开实施例提供的一种单井采灌方法的流程图。
24.图中各标记说明如下：
25.1-换热组件，11-第一换热口，12-第二换热口，13-换热器，14-阀门；
26.2-套管，21-第一导通区，22-第二导通区，23-第一管体，24-第二管体，25-第三管体，26-第四管体；
27.3-采灌管组，31-改向件，311-第一换向阀，312-第二换向阀，32-采灌管柱，330-导通孔，331-第一管腔，332-第二管腔，333-第三管腔，334-第一管段，335-第二管段，336-第三管段，337-管柱本体，338-隔板，33-动力泵，34-三通接头；41-封堵件，42-锚定器。
具体实施方式
28.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
29.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
30.图1是本公开实施例提供的一种单井采灌装置的结构示意图。如图1所示，该单井采灌装置包括：换热组件1、套管2、采灌管组3和封堵件41。
31.其中，换热组件1具有第一换热口11和第二换热口12。
32.如图1所示，套管2的管壁具有沿轴向间隔分布的第一导通区21和第二导通区22，第一导通区21位于第二导通区22的上方，第一导通区21和第二导通区22均具有贯通套管2
的管壁的通孔。
33.如图1所示，采灌管组3包括改向件31、采灌管柱32和动力泵33，采灌管柱32插装在套管2内，采灌管柱32具有第一管腔331、第二管腔332和第三管腔333，第一管腔331的下端、第二管腔332的下端均与第三管腔333的上端连通，第一管腔331的上端和第二管腔332的上端均向井口延伸，第一管腔331的上端与第二换热口12连通，第二管腔332的上端与第一换热口11连通，第三管腔333的下端向井底延伸，动力泵33位于第二管腔332中。
34.其中，改向件31用于控制第一管腔331和第二管腔332中的一个与第一导通区21的通孔连通，第一管腔331和第二管腔332中的另一个与第三管腔333连通。
35.如图1所示，封堵件41套装在采灌管柱32外且位于第一导通区21和第二导通区22之间，封堵件41用于封堵套管2和采灌管柱32之间的环空。
36.本公开实施例提供的单井采灌装置中，采灌管柱32包括三个相互隔离的管腔。并且，改向件31能控制第一管腔331和第二管腔332中的一个与第一导通区21的通孔连通，且控制第一管腔331和第二管腔332中的另一个与第三管腔333连通。这样可以形成两种连通模式，第一种连通模式为第一管腔331和第三管腔333连通，第二管腔332和第一导通区21连通；第二种连通模式为第一管腔331和第一导通区21连通，第二管腔332和第三管腔333连通。这样无论动力泵33设置在第一管腔331还是第二管腔332内，上述两种连通模式都能使地热水形成两种不同的流动路径，即地热水是从第一导通区21还是第二导通区22流入采灌管柱32。
37.图2是本公开实施例提供的一种单井采灌装置处于下采上灌状态的示意图。如图2所示，动力泵33位于第二管腔332，改向件31控制第一管腔331和第一导通区21的通孔连通，同时，隔断第一管腔331和第三管腔333，且控制第二管腔332和第三管腔333连通，同时，隔断第二管腔332和第一导通区21的通孔。此时地热水从第二导通区22流入采灌管柱32的第二管腔332，即地热水从下部地层被抽至地面，地热水在经过地面的换热组件1后，则通过第一管腔331回流至第一导通区21，由于采灌管柱32外套装有封堵件41，用以封堵套管2和采灌管柱32间的环空，因而可以实现下采上灌的采灌工艺。
38.图3是本公开实施例提供的一种单井采灌装置处于上采下灌状态的示意图。如图3所示，动力泵33位于第二管腔332，改向件31控制第一管腔331和第三管腔333连通，同时，隔断第一管腔331和第一导通区21的通孔，且控制第二管腔332和第一导通区21的通孔连通，同时，隔断第二管腔332和第三管腔333。此时地热水从第一导通区21流入采灌管柱32的第二管腔332，即地热水从上部地层被抽至地面，地热水在经过位于地面的换热组件1后，则依次通过第二管腔332和第三管腔333回流至第二导通区22，由于采灌管柱32外套装有封堵件41，用以封堵套管2和采灌管柱32间的环空，因而可以实现上采下灌的采灌工艺。
39.相较于相关技术，本公开实施例提供的单井采灌装置能通过改向件31切换连通模式，实现两种采灌工艺的切换。当采集井底部的地热水采尽时，可以切换为上采下灌的采灌工艺，仅需等待较短的时间，即可再次进行采灌，而无需长时间停止开采作业，因此能提高地热水的采灌效率。
40.在本公开的一些实现方式中，如图2、3所示，采灌管柱32包括：第一管段334、第二管段335和第三管段336，第一管段334和第二管段335平行并排布置，第三管段336位于第一管段334和第二管段335的下方，且第一管段334的下端和第二管段335的下端均与第三管段
336的上端连通。
41.其中，第一管段334的内壁面围成第一管腔331，第二管段335的内壁面围成第二管腔332，第三管段336的内壁面围成第三管腔333。
42.上述实现方式中，通过改向件31能任意地选取第一管段334和第二管段335中的一个和第三管段336连接，使得第一管段334和第二管段335均能连通至位于采集井底部的第二导通区22。同时，第一管段334和第二管段335同时共用一个第三管段336，无需设置两套完全延伸至井底的管柱，进而可以节省成本。
43.示例性地，如图2、3所示，改向件31包括第一换向阀311和第二换向阀312，第一换向阀311位于第一管段334内，第二换向阀312位于第二管段335内，第一管段334和第二管段335的管壁均设有导通孔330。
44.其中，换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。能实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。
45.本公开实施例中，第一换向阀311具有一个进液口和两个出液口，第一换向阀311的进液口与第一管腔331连通，第一换向阀311的一个出液口与导通孔330连通，第一换向阀311的另一个出液口与第三管腔333连通。
46.第二换向阀312具有一个出液口和两个进液口，第二换向阀312的出液口与第二管腔332连通，第二换向阀312的一个进液口与导通孔330连通，第二换向阀312的另一个出液口与第三管腔333连通。
47.示例性地，第一换向阀311和第二换向阀312均可以是电控换向阀，电控换向阀可以通过设置在井口的控制器件，对位于采灌管柱32内的电控换向阀进行远程控制。
48.以第一换向阀311为例简要说明第一换向阀311与第一管段334之间的连接关系，第一换向阀311可以包括一个进液口和两个出液口，进液口与第一管段334的第一管腔331连通，其中一个出液口和第一管段334的导通孔330连通，用于控制导通孔330的启闭，另一个出液口和第三管段336的第三管腔333连通，用于控制第一管段334和第三管段336的通断。这样通过控制第一换向阀311的油口启闭，就能实现控制第一管段334和第一导通区21连通，还是和第三管段336连通。
49.其中，在第二管段335和第二换向阀312的连接关系与上述第一管段334和第一换向阀311的连接关系一致，本公开实施例不做赘述。
50.需要说明的是，两个换向阀需要配合使用，以实现下采上灌或上采下灌的采灌工艺。例如，当第一管段334内的第一换向阀311控制第一管段334和第三管段336连通时，第二管段335内的第二换向阀312则不能控制第二管段335和第三管段336连通，而应控制第二管段335和第一导通区21的通孔连通，即实现上采下灌工艺。
51.可选地，如图2、3所示，采灌管柱32还包括三通接头34，三通接头34具有相互连通的第一接口、第二接口和第三接口，第一管段334的下端密封插装在第一接口内，第二管段335的下端密封插装在第二接口内，第三管段336的上端密封插装在第三接口内。
52.其中，三通接头34的第一接口、第二接口和第三接口均相互连通，以使得第一管段334和第二管段335均能与第三管段336连通。
53.示例性地，在三通接头34的三个接口的内壁上可以设置环形槽，环形槽内安装密封圈。这样当第一管段334、第二管段335和第三管段336分别插入三个接口后，就能和三个
接口密封连接在一起，以避免出现地热水泄漏的问题。
54.可选地，采灌管组3中的动力泵33可以是潜水泵。
55.在本公开的另一些实现方式中，图4是本公开实施例提供的一种采灌管柱的结构示意图。如图4所示，采灌管柱32包括管柱本体337，管柱本体337内设有隔板338，隔板338与管柱本体337的内壁面连接，隔板338沿管柱本体337轴向的长度小于管柱本体337的长度，管柱本体337的内壁面与隔板338的两个板面分别围成第一管腔331和第二管腔332，管柱本体337内位于隔板338下方的内壁面围成第三管腔333。
56.由于隔板338的轴向长度小于管柱本体337的长度，所以在隔板338的分隔下，能将管柱本体337的内腔分隔成位于隔板338两侧的空腔和位于隔板338下方的空腔。将改向件31设置在管柱本体337内位于隔板338两侧的空腔中，这样就使得三个空腔相互隔离。也即是，位于隔板338两侧的空腔分别为第一管腔331和第二管腔332，位于隔板338下方的空腔为第三管腔333。
57.上述实现方式中，仅需采用一套管柱本体337，并在管柱本体337内设置隔板338，就能在采灌管柱32能分隔成三个管腔，便于制作，且能缩减成本。
58.示例性地，如图1所示，套管2可以是一根管柱。其中，第一导通区21和第二导通区22均可以是套管2上的通孔，用于导通地层和套管2的内腔。
59.示例性地，如图2、3所示，套管2还可以是多个管柱组合连接。例如，套管2包括依次同轴连接的第一管体23、第二管体24、第三管体25和第四管体26，第二管体24和第四管体26均具有筛孔。
60.其中，第一管体23和第三管体25的管壁上无通孔，第二管体24和第四管体26的管壁上设置有筛孔，用以连通地层和套管2的内腔。
61.可选地，如图2、3所示，换热组件1包括换热器13和两个阀门14，两个阀门14分别设置在与换热器13的进液口和出液口连通的管路上，换热器13具有第一换热口11和第二换热口12，两个阀门14分别设置在与第一换热口11和第二换热口12连通的管路上。
62.其中，换热器13是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。在本公开实施例中，地热水被采集至地面后，先通过换热器13的进液口进入换热器13内进行热量交换，待地热水冷却后，则从换热器13的出液口回流至采灌管柱32内。
63.通过在换热器13的进液口和出液口连通的管路上设置阀门14，能控制地热水的流入和流出，便于控制换热时长和换热速率。
64.如图1、2、3所示，封堵件41为封隔器。封隔器是一种用于封隔井下管柱与套管2间环形空间的井下工具。当需要封隔环形空间时，连接封隔器于井下管柱之上，井下管柱下到设计深度后，通过液压驱动等方式使封隔器上的胶筒发生膨胀，以封隔环形空间。
65.可选地，如图2、3所示，单井采灌装置还包括锚定器42，锚定器42套装在采灌管柱32外。锚定器42是一种套装在管柱外用于锚定管柱的设备，通过在采灌管柱32外套装锚定器42能有效避免采灌地热水的过程中，出现采灌管柱32出现松动的问题，以保护采灌管柱32。
66.图5是本公开实施例提供的一种单井采灌方法的流程图。如图5所示，该单井采灌方法采用如前文所述的单井采灌装置进行地热水采灌，包括：
67.步骤s1：确定采灌模式。
68.其中，采灌模式包括：下采上灌和上采下灌。下采上灌即为从下部地层采集地热水，经换热后将地热水从上部地层回灌至地层的采灌工艺；上采下灌即为从上部地层采集地热水，经换热后将地热水从下部地层回灌至地层的采灌工艺。
69.步骤s2：根据确定的采灌模式控制动力泵工作，采灌地热水。
70.步骤s3：采灌模式为下采上灌时，通过改向件31控制第一管腔331与第一导通区21连通，且控制第二管腔332与第三管腔333连通。
71.如图2所示，动力泵33位于第二管腔332，改向件31控制第一管腔331和第一导通区21连通，且控制第二管腔332和第三管腔333连通。
72.采灌模式为下采上灌时，如图2所示，动力泵33将地热水从第二导通区22抽至采灌管柱32的第二管腔332，并将地热水输送至地面，地热水在经过地面的换热组件1后，则通过第一管腔331回流至第一导通区21，以实现下采上灌的采灌工艺。
73.步骤s4：采灌模式为上采下灌时，通过改向件31控制第二管腔332与第一导通区21连通，且控制第一管腔331与第三管腔333连通。
74.如图3所示，动力泵33位于第二管腔332，改向件31控制第一管腔331和第三管腔333连通，且控制第二管腔332和第一导通区21连通。
75.采灌模式为上采下灌时，如图3所示，动力泵33将地热水从第一导通区21抽至第二管腔332，并将地热水输送至地面，地热水在经过位于地面的换热组件1后，则依次通过第二管腔332和第三管腔333回流至第二导通区22，以实现上采下灌的采灌工艺。
76.相较于相关技术，本公开实施例提供的单井采灌方法能通过改向件31切换连通模式，实现两种采灌模式的切换。当采集井底部的地热水采尽时，可以切换为上采下灌的采灌模式，仅需等待较短的时间，即可再次进行采灌，而无需长时间停止开采作业，因此能提高地热水的采灌效率。
77.以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。