一种超声波振动复合式洗井器及洗井方法技术

一种超声波振动复合式洗井器及洗井方法，属于供水井及地热井洗井领域，包括超声波振动洗井机构和活塞洗井机构，超声波振动洗井机构包括电源箱、输电线、钻杆、第二过水通道、连杆、第二支杆、超声波振动器、第一支杆、底板、弹簧及承压板，活塞洗井机构包括活塞、第一过水通道及活门，工作时，将超声波振动器压在过滤器内壁上，通过超声波频率的振动快速清除过滤器上的结垢，伴随液体产生的空化效应对井管的结垢、地层孔隙内的淤堵物起到弱化作用，而后辅以活塞洗井工艺，提高洗井效率和质量。本发明专利技术的洗井方法将超声波振动洗井与传统洗井方式结合，清除过滤器结垢安全、快速、低消耗，可完全恢复过滤器的孔隙率，可大大降低洗井时间。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波振动复合式洗井器及洗井方法
本专利技术涉及供水井及地热井洗井领域，具体涉及一种超声波振动复合式洗井器及洗井方法。
技术介绍
供水井及地热井在经过一定时间抽采及回灌后，由于地下水通常含有矿物、有机物质和特殊组分等，容易腐蚀井内管道，且回灌水温度降低，水中矿物质容易产生结晶现象，因此，供暖尾水在井内产生的腐蚀结垢是引起地热井采灌量衰减和堵塞的主要原因。循环系统中结垢物的堆积会大大降低系统传热效率，据试验数据可知，每0.6mm的结垢可使系统的传热系数降低20％，与此同时，结垢导致的低回灌率也将影响地下水位并诱导产生污染，无法形成地下热能开发良性循环。因此需要采用洗井工艺清除井管内结垢物质。目前洗井主要采用高压水射流法、气举反循环洗井及活塞洗井法进行洗井，前者通过水力冲刷作用清除附着物，后两者通过流体产生的激动压力，形成高压或抽吸状态，在压力差的作用下清除井底结垢。如“一种高压水动旋转射流洗井装置，申请号201711068609.2”，“砂岩地热井气举反循环冲砂洗井工艺及设备，申请号201810104853.8”，“一种新型活塞式洗井装置，申请号201621385252.1”等。但单一的洗井方式存在作用效率低、作用效果差、作业时间长等问题。超声波振动在除垢领域已有较多的应用，在管道外部安装超声波换能器，使管道内结垢脱离管壁，而后通过泵组循环排出结垢，主要用于架设于地表管道。如“一种用于热水循环管道的超声波除垢装置，申请号201720178453.2”、“一种用于地热空调系统中的水垢处理装置，申请号：201320303576.6”，“一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统，申请号201710401053.8”等。现有技术主要针对地表循环管道，且多针对于进水管、回水管管道转弯处及换热器，对于地下供水井及回灌井的洗井鲜有问津。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超声波振动复合式洗井器及洗井方法，用于供水井及地热井井壁除垢，通过对过滤器施加超声波振动，清除过滤器结垢，辅以活塞洗井带出泥砂，疏通孔隙。用于解决现有洗井工艺洗井效率低、反复次数多等问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术提供的一种超声波振动复合式洗井器，其特征在于，包括：超声波振动洗井机构和活塞洗井机构；所述超声波振动洗井机构包括电源箱、输电线、钻杆、第二过水通道、连杆、第二支杆、超声波振动器、第一支杆、底板、弹簧及承压板，输电线的一端连接放置在地面的电源箱，输电线的另一端经设置在钻杆内壁的电线槽与超声波振动器相连；钻杆的内壁呈阶梯状，钻杆的上部内径小于下部内径，钻杆下部内凹区域为第二过水通道，钻杆底部设有底板，钻杆的底部两侧各通过铰链连接有一个第二支杆，两个第二支杆远离钻杆底部的一端各通过铰链连接有一个超声波振动器；承压板设置在钻杆内下部，且承压板与钻杆同轴布置，承压板的直径与钻杆上部内径相同，弹簧设置在底板和承压板之间，同时弹簧的底端固定在底板上；连杆的一端固定在承压板底端中心位置，连杆的另一端穿过底板中央通孔通过铰链与两个第一支杆的内端铰接于一点；两个第一支杆的外端分别与两个第二支杆中部通过铰链连接；所述活塞洗井机构包括活塞、第一过水通道及活门，活塞固定在钻杆上部，活塞上设有第一过水通道，第一过水通道的顶部设有活门，活门用于控制第一过水通道的开启与关闭。所述弹簧数量为2N个，N≥1，弹簧均分为两组，两组弹簧对称的分居在底板中心线两侧。本专利技术还提供了一种超声波振动复合式洗井方法，该方法采用所述的超声波振动复合式洗井器，其特征在于，包括如下步骤，且以下步骤顺次进行：a)超声波振动复合式洗井器处于非工作状态时，固定在底板上的弹簧将承压板向上顶起，承压板位于钻杆的变径处，承压板挡住第二过水通道，超声波振动器在第二支杆的带动下向内收敛；b)钻杆上部通过螺纹与常规钻杆柱连接，通过操作地表升降机下放钻具，将超声波振动复合式洗井器下放至井底，下放过程中，井内液体经第一过水通道上返；c)超声波振动复合式洗井器下放至工作位置后，活门关闭，通过泥浆泵向钻杆内泵入洗井液，当钻杆内洗井液压力大于弹簧作用力时，承压板向下移动，第二过水通道打开，洗井液输送至井底进行循环排碴，承压板向下移动带动连杆、第一支杆、第二支杆将超声波振动器压在过滤器内壁上；d)启动电源箱电源，超声波振动器产生超声波频率的振动，作用在过滤器内壁上，清除过滤器上的结垢；e)上下反复移动超声波振动复合式洗井器，直至清除过虑器上的全部结垢；f)清除完成后，关闭电源及泥浆泵，承压板上移，超声波振动器向内收敛；g)改变升降机的卷筒缠绕速度，使得钻杆的提升速度在安全范围内高于常规速度，操纵升降机上下移动超声波振动复合式洗井器，通过活塞的密封作用，井内液体产生循环的高压和低压，地层孔隙内的水产生的双向流动，带出泥砂，疏通孔隙，完成洗井。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术将超声波振动洗井与传统洗井方式结合，通过超声波振动快速清除过滤器上的结垢，伴随液体产生的空化效应对井管的结垢、地层孔隙内的淤堵物起到弱化作用，而后辅以活塞洗井工艺，提高洗井效率和质量，最终获得良好的经济效益。本专利技术的洗井方法清除过滤器结垢安全、快速、低消耗，可完全恢复过滤器的孔隙率，可降低洗井时间。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术示意性实施例及其说明用于理解本专利技术，并不构成本专利技术的不当限定，在附图中：图1为本专利技术超声波振动复合式洗井器工作状态示意图。图2为图1的局部放大图。图3为本专利技术超声波振动复合式洗井器非工作状态示意图。图中各标记如下：1-电源箱；2-输电线；3-钻杆；4-活塞；5-电线槽；6-第二过水通道；7-连杆；8-第二支杆；9-超声波振动器；10-过滤器；11-第一支杆；12-底板；13-弹簧；14-承压板；15-第一过水通道；16-活门。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和图1、图2及图3对本专利技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。本专利技术的工作原理：通过超声波振动器9产生的超声波频率的振动，作用在过滤器10内壁上，清除过滤器10上的结垢，伴随液体产生的空化效应对井管的结垢、地层孔隙内的淤堵物起到弱化作用，而后辅以活塞洗井工艺，上下快速升降超声波振动复合式洗井器，井内液体产生循环的高压和低压，地层孔隙内的水产生快速的双向流动，带出泥砂，疏通孔隙，完成洗井。本专利技术提出的超声波振动复合式洗井器包括超声波振动洗井机构和活塞洗井机构。所述超声波振动洗井机构包括电源箱1、输电线2、钻杆3、第二过水通道6、连杆7、第二支杆8、超声波振动器9、第一支杆11、底板12、弹簧13及承压板14，输电线2的一端连接放置在地面的电源箱1，输电线2的另一端经设置在钻杆3内壁的电线槽5与超声波振动器9相连，为超声波振动器9供电；钻杆3的顶部通过螺纹与常规钻杆柱连接，钻杆3的内壁呈阶梯状，钻杆3的上部内径小于下部内径，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波振动复合式洗井器，其特征在于，包括：超声波振动洗井机构和活塞洗井机构；所述超声波振动洗井机构包括电源箱(1)、输电线(2)、钻杆(3)、第二过水通道(6)、连杆(7)、第二支杆(8)、超声波振动器(9)、第一支杆(11)、底板(12)、弹簧(13)及承压板(14)，输电线(2)的一端连接放置在地面的电源箱(1)，输电线(2)的另一端经设置在钻杆(3)内壁的电线槽(5)与超声波振动器(9)相连；钻杆(3)的内壁呈阶梯状，钻杆(3)的上部内径小于下部内径，钻杆(3)下部内凹区域为第二过水通道(6)，钻杆(3)底部设有底板(12)，钻杆(3)的底部两侧各通过铰链连接有一个第二支杆(8)，两个第二支杆(8)远离钻杆(3)底部的一端各通过铰链连接有一个超声波振动器(9)；承压板(14)设置在钻杆(3)内下部，且承压板(14)与钻杆(3)同轴布置，承压板(14)的直径与钻杆(3)上部内径相同，弹簧(13)设置在底板(12)和承压板(14)之间，同时弹簧(13)的底端固定在底板(12)上；连杆(7)的一端固定在承压板(14)底端中心位置，连杆(7)的另一端穿过底板(12)中央通孔通过铰链与两个第一支杆(11)的内端铰接于一点；两个第一支杆(11)的外端分别与两个第二支杆(8)中部通过铰链连接；所述活塞洗井机构包括活塞(4)、第一过水通道(15)及活门(16)，活塞(4)固定在钻杆(3)上部，活塞(4)上设有第一过水通道(15)，第一过水通道(15)的顶部设有活门(16)，活门(16)用于控制第一过水通道(15)的开启与关闭。...

【技术特征摘要】
1.一种超声波振动复合式洗井器，其特征在于，包括：超声波振动洗井机构和活塞洗井机构；所述超声波振动洗井机构包括电源箱(1)、输电线(2)、钻杆(3)、第二过水通道(6)、连杆(7)、第二支杆(8)、超声波振动器(9)、第一支杆(11)、底板(12)、弹簧(13)及承压板(14)，输电线(2)的一端连接放置在地面的电源箱(1)，输电线(2)的另一端经设置在钻杆(3)内壁的电线槽(5)与超声波振动器(9)相连；钻杆(3)的内壁呈阶梯状，钻杆(3)的上部内径小于下部内径，钻杆(3)下部内凹区域为第二过水通道(6)，钻杆(3)底部设有底板(12)，钻杆(3)的底部两侧各通过铰链连接有一个第二支杆(8)，两个第二支杆(8)远离钻杆(3)底部的一端各通过铰链连接有一个超声波振动器(9)；承压板(14)设置在钻杆(3)内下部，且承压板(14)与钻杆(3)同轴布置，承压板(14)的直径与钻杆(3)上部内径相同，弹簧(13)设置在底板(12)和承压板(14)之间，同时弹簧(13)的底端固定在底板(12)上；连杆(7)的一端固定在承压板(14)底端中心位置，连杆(7)的另一端穿过底板(12)中央通孔通过铰链与两个第一支杆(11)的内端铰接于一点；两个第一支杆(11)的外端分别与两个第二支杆(8)中部通过铰链连接；所述活塞洗井机构包括活塞(4)、第一过水通道(15)及活门(16)，活塞(4)固定在钻杆(3)上部，活塞(4)上设有第一过水通道(15)，第一过水通道(15)的顶部设有活门(16)，活门(16)用于控制第一过水通道(15)的开启与关闭。2.根据权利要求1所述的超声波振动复合式洗井器，其特征在于：所述弹簧(13)数量为2N个，N≥1，弹簧(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵大军，韩君鹏，张书磊，周宇，袁鹏，张增增，张程，王雨，李政阳，王晨，吴金发，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22