隔热完井管柱技术领域
本发明涉及地热开采领域，特别涉及一种隔热完井管柱。
背景技术
地热是指贮存在地球内部的可再生热能，通常认为地热起源于地球的熔融岩
浆和放射性物质的衰变。由于地热能是储存在地下的，因此不会受到任何天气状
况的影响，并且地热资源同时具有其它可再生能源的所有特点，随时可以采用，
不带有害物质。地热资源的开发和利用越来越受到世界各国的重视。
目前，地热开发通常使用的完井井筒结构有以下两种：(1)对于砂岩地热
储层，一开下套管固井，二开直接下套管，仅封固一开与取水管重叠区域的部分
层段，三开悬挂筛管或滤水管取水；(2)对于基岩地热储层：一开及二开下套
管固井，三开裸眼段取水。
但是，这些完井井身结构的热损失严重，不能有效地利用地热。因此，急需
一种热损失较小的完井管柱。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种隔热完井管柱。这种隔热完井管柱的热损
失很小，降低了地热在开采过程中的热损失。
根据本发明，提出了一种隔热完井管柱，包括设置在上层的泵室管和插入到
泵室管的内而密封相连的取水管，所述取水管延伸到地热层，在泵室管内设置有
隔热管，隔热管包括插入到取水管内并密封相连的连接部和处于连接部上方的主
体部，主体部与泵室管的内壁隔开而形成隔热腔。
根据本发明的隔热完井管柱，隔热管与泵室管不接触，从而在隔热管与泵室
管之间形成了隔热腔。来自地热层的地热水会从取水管流入到隔热管内，隔热腔
的存在会大大减小地热水的热量从隔热管向泵室管和外界环境的传导，从而减少
了地热水的热量损失。
在一个实施例中，隔热管为由内管和外管组成的双层结构，在内管和外管之
间形成真空腔。真空腔使得隔热管本身具有良好的隔热效果，从而进一步降低了
地热水的热量的耗散。
在一个实施例中，在隔热管的连接部的上设置有密封件。在一个优选的实施
例中，密封件为多道平行设置的密封圈。由此，来自取水管的地热水会直接流入
到隔热管内部，而不会泄漏。
在一个实施例中，在隔热管的连接部的下沿还构造有引鞋。引鞋能够引导隔
热管顺利地插入到取水管内，防止连接部上的密封件受到磨损而不能实现密封。
在一个优选的实施例中，在取水管的上端还构造有与连接部相配合的径向向外扩
大的配合体。这种配合体也有助于隔热管的连接部插入到取水管内，从而方便了
施工。
在一个实施例中，配合部的内表面的表面粗糙度在0.32到0.63之间。光滑
的配合部有助于隔热管插入到取水管内，还有助于取水管和隔热管之间形成密封
连接。
在一个实施例中，在泵室管内设置有水泵组件，隔热管的上端与水泵组件的
入口相连。在一个具体的实施例中，水泵组件包括设置为与泵室管的内壁隔开的
壳体和设置壳体内的潜水泵，在壳体上设置有进水口，隔热管的上端与进水口密
封连接。来自隔热管的热水就会首先进入到壳体内，然后再由潜水泵泵送到地面
上，这样就避免了热水与泵室管的接触，从而减小了热量损失。
在一个实施例中，在隔热管和壳体的外表面上设置有保温层。通过设置保温
层，能够进一步降低热量损失。
在一个实施例中，连接部的直径大于主体部的直径。通过这种结构的隔热管，
可以将隔热管整体上制作为直径较小，使得隔热腔的尺寸较大，以增强隔热完井
管柱的隔热效果。此外，仅隔热管的连接部的直径较大而其余部分较小，也使得
在实现隔热管与取水管连接的同时，隔热管的重量较小，从而方便了隔热管的运
输和安装。
在一个实施例中，连接部的直径与连接部的长度之比在1∶1到1∶4之间。
这种隔热管的连接部的长度较长，保证了隔热管与取水管之间密封连接的可靠
性，并且方便在连接部上设置密封件。
在本申请中，用语“上”是指朝向地表的方向。用语“下”是指背向地表的
方向。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明的隔热完井管柱中，在隔热
管与泵室管之间形成了隔热腔。隔热腔的存在会大大减小热量从隔热管向泵室管
和外界环境的传导，从而减少了热量损失。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了根据本发明的隔热完井管柱的结构示意图。
图2显示了根据本发明的隔热管的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1示意性地显示了根据本发明的隔热完井管柱10的结构。如图1所示，
沿从地层深处到地表的方向，隔热完井管柱10包括以下构件：设置在下层的取
水管11、设置在上层的泵室管20，取水管11的上端插入到泵室管20的内部而
与泵室管20密封相连，设置在泵室管20内并与取水管11相连的隔热管21。此
外，还可以将用于抽水的水泵组件22设置在泵室管20内，并且隔热管21的上
端与水泵组件22的入口相连，水泵组件22的出口延伸到地表。还可以地是，泵
室管20向上延伸到地表，取水管11向下延伸到地热层12内以开采地热水。这
样，地热水会流过取水管11、隔热管21和水泵组件22(如图1中的方向A)。
下面对隔热完井管柱10的各个部分进行详细介绍。
如图1所示，取水管11的下部构造为筛管或滤水管15以取地热水。在另一
个实施例中，筛管15与取水管11的其余部分为可分体成型，即首先分别制造筛
管15和取水管11的其余部分，然后再将两者装配到一起。
如图1所示，泵室管20的内径大于取水管11的外径，使得取水管11的上
端可插入到泵室管20的下端内部并且密封固定连接。在一个实施例中，泵室管
20的内径为339.7mm；而取水管11的外径为177.8mm，即泵室管20的内径大于
为取水管11的外径的两倍。泵室管20的内径的内径如此大以方便向泵室管20
内设置隔热管21和水泵组件22。
泵室管20通常延伸到地表，并且其长度大约为300米到450米。也就是说，
泵室管20位于从地表向下深度在300米到450米的地层范围内。在这种地层范
围中，地层的温度与所开采的地热水的温度相差很大，如果地热水由泵室管20
输送，则会导致地热水的热量向周围环境(即，地层)的传导，从而热量损失非
常大。为此，在泵室管20内以与泵室管20的内壁隔开的方式设置了隔热管21，
这样在隔热管21和泵室管20之间形成了隔热腔23。由于隔热腔23内的空气为
静止，因而导热系数会非常小，能极大地减小地热水的热量损失。
图2示意性地显示了隔热管21的结构。隔热管21包括处于下端的连接部40
和处于连接部40上方的主体部41，并且连接部40的直径D1大于主体部41的
直径D2。还应注意地是，连接部40的直径D1还应当与取水管11的内径相匹配，
以能够将连接部40插入到取水管11内。这种隔热管21不但能实现与取水管11
的插入连接，而且由于隔热管21的主体部41的直径D2较小，因此隔热管21的
重量也较小，方便了隔热管21的运输和安装。
主体部41的直径D2小于泵室管20的内径，以在隔热管21的主体部41和
泵室管20之间形成上文所述的隔热腔23。
优选地，隔热管21的主体部41为由内管27和外管28组成的双层结构。在
内管27和外管28之间形成真空腔29。真空腔29可使得隔热管21本身具有良好
的隔热效果，从而进一步降低了地热水的热量的耗散。
由于主体部41的直径D2小于泵室管20的内径，因此与地热水由泵室管20
输送相比，地热水在泵室管区域的散热面积大大减小，这也有助于降低地热水的
热量耗散。此外，由于主体部41的直径D2较小，因此与地热水由泵室管20输
送相比，地热水在隔热管21内的流速也较高，这降低了地热水在泵室管区域的
滞留时间，这也有助于减小地热水的热量耗散。
为了避免隔热管21与取水管11之间的连接处漏水，在连接部40的外表面
上设置了密封件30。在一个实施例中，密封件30可为O型圈，材质为丁晴橡胶
或氟橡胶等，亦可采用其它密封方式或组合密封方式。为了方便设置这些密封件
30，可将连接部40的长度构造为较长，例如连接部40的直径D1与连接部40的
长度L之比在1∶1到1∶2之间。在一个具体的实施例中，连接部40的长度L
为2m，直径D1为2m，在连接部40上平行地设置了7道O型圈。这些O型圈
能够承受20MPa的压差，能满足处于井下的隔热管21与取水管11的密封连接不
被破坏。此外，还将取水管11的与连接部40配合的内表面加工为较为光滑，例
如取水管11的内表面粗糙度在0.32到0.63之间。这同样有利于隔热管21的连
接部40插入到取水管11内，还有利于保证取水管11和隔热管21之间的密封连
接。
还如图2所示，在连接部40的下沿还构造有引鞋31。引鞋31可引导隔热管
21顺利地插入到取水管11内，并且防止密封件30受到磨损而不能实现密封。引
鞋31大体为锥形，并且引鞋31较大的端部与隔热管21的下部相连，较小的端
部向前延伸以起到引导作用。在取水管11的上端还可以构造有径向向外扩大的
配合体(未示出)，以方便地接纳引鞋31。
如图1所示，水泵组件22包括潜水泵24和容纳潜水泵24的壳体25。在壳
体25的下部设置有进水口(未示出)，隔热管21的上端与进水口密封式相连，
例如通过焊接连接。这样，地热水会沿着隔热管21流入到壳体25内并填充壳体
25，潜水泵24则将地热水抽走并泵送到地表。通过设置壳体25，可以使用任何
类型的潜水泵，从而扩大了本发明的适用范围。
壳体25设置为与泵室管20的内壁间隔开(形成隔热腔23的一部分)，以
减小地热水的热量损失。在一个优选的实施例中，还在隔热管21和壳体25的外
表面上设置有保温层(未示出)。在一个优选的实施例中，还在隔热管21和壳
体25的外表面上设置有保温层(未示出)，以进一步减小地热水的热量损失。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的
情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只
要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起
来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内
的所有技术方案。