CN104653119A - 一种多层煤气化垂直井套管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层煤气化垂直井套管。该多层煤气化垂直井套管包括管体，所述管体上对应煤层的位置设有侧窗。本发明的多层煤气化垂直井套管结构，涉及到的垂直井均可以采用多层煤共用一套垂直井的方式。多层煤可以各自独立的运行，有效避免了串气，防止燃气与气化剂中氧接触而发生爆炸的危险。不仅操作方便，简单易行，而且节省了资源，具有很强的经济性和安全性。

Description

一种多层煤气化垂直井套管

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化技术领域，具体地说，是一种多层煤气化垂直井套管。

背景技术

煤炭地下气化就是将处于地下的煤进行有控制地燃烧、通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。煤炭地下气化技术可开采人工难以开采的急倾斜煤层、薄煤层、深部煤层和“三下”压煤等，大大提高了煤炭资源的利用率。

然而，现有的地下气化技术及炉型多是针对单层煤气化提出的工艺方法和炉型，针对多层煤同时气化研究的并不充分。针对多层煤气化，大多需要每个煤层均单独打一个垂直井，这不仅在资源方面造成了极大的浪费，也对地下气化工艺运行和操作造成了一定的局限性和繁琐性。如果各煤层共用垂直井，则容易发生串气，并且有可能因为燃气与气化剂中的氧接触而发生爆炸，危险性高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以使多层煤共用垂直井且对各层煤的气化可以各自独立地运行，有效避免串气，防止燃气与气化剂中的氧接触而发生爆炸的危险，可以减少资源浪费和繁琐性、提高安全性的多层煤气化垂直井套管。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多层煤气化垂直井套管，包括管体，所述管体上对应煤层的位置设有侧窗。

进一步地，所述侧窗在所述管体下放到钻井之前预先开设在所述管体上。

进一步地，所述侧窗在所述管体下放到钻井之后再开设在所述管体上。

进一步地，所述侧窗上设有活动挡板。

进一步地，所述活动挡板底部可转动地连接到所述侧窗的底部，所述活动挡板的顶部可分离地连接到所述侧窗的顶部。

进一步地，所述活动挡板由在管体上开设侧窗时所切割下的管体侧壁制成，或者为曲率半径与套管相同、面积不小于侧窗的独立挡板。

进一步地，所述活动挡板的底部通过铰链或柔性件连接到所述侧窗的底部，所述活动挡板的顶部连接有推拉杆。

进一步地，所述侧窗的面积不超过套管曲面面积的1/4。

进一步地，所述管体上对应每个煤层的位置设有两个侧窗。

进一步地，所述管体分段固定于垂直井中。

本发明的多层煤气化垂直井套管结构，涉及到的垂直井均可以采用多层煤共用一套垂直井的方式。多层煤可以各自独立的运行，有效避免了串气，防止燃气与气化剂中氧接触而发生爆炸的危险。不仅操作方便，简单易行，而且节省了资源，具有很强的经济性和安全性。

附图说明

图1是本发明的多层煤气化垂直井套管结构的第一实施例的结构示意图。

图2是图1所示实施例中其中一侧窗处的局部结构图。

图3是本发明的多层煤气化垂直井套管结构的第二实施例的结构示意图。

图4是本发明的多层煤气化垂直井套管结构的第三实施例的结构示意图。

图中：1.套管；2.水平定向钻井；3.地面；4.岩层；5.煤层；6.侧窗；7.活动挡板；8.推拉杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的多层煤气化垂直井套管1，包括管体，管体上对应煤层5的位置分别设有侧窗6。侧窗6可以在管体下放到钻井之前预先开设在管体上，也可以在管体下放到钻井之后再开设在管体上。管体分层固定于垂直井中。

优先地，侧窗6上设有活动挡板7。一般情况下，各对应各煤层5的侧窗6上均设有活动挡板7，但对应最底部煤层的侧窗6上可以不设活动挡板7。活动挡板7底部可转动地连接到侧窗6的底部，活动挡板7的顶部可分离地连接到侧窗6的顶部。其中，活动挡板7的底部可以通过铰链、柔性件或其它方式(例如焊接、铆接或螺纹联接等)连接到侧窗6的底部，只要能使活动挡板7转动即可；活动挡板7的顶部连接有推拉杆8，推拉杆8可以沿管体内壁伸出地面3，也可以由驱动装置带动。驱动装置可以是电机或继电器等。为了防止电机或继电器工作时产生电火花引燃气体，电机或继电器应具备防爆能力。

活动挡板7用于封闭侧窗6。推拉杆8可以使活动挡板7顶端在一定范围内活动，例如通过推拉杆8，可以使活动挡板7与套管1垂直方向形成0～45°夹角。在需要时，通过转动活动挡板7使活动挡板7与管管体的管壁呈一定角度，从而打开侧窗6，使管体内通道与位于煤层5内的水平定向钻井2连接，进行气化生产。具体地，当活动挡板7与套管1垂直方向夹角大于0°时，所产煤气即可通过套管1与挡板7的夹缝，从侧窗6中导出；当活动挡板7与套管1垂直方向形成0°夹角时，即挡板7完全遮住侧窗6，外部煤气就不会进入到该煤层，实现了多层煤各自独立的运行，有效避免了串气，防止燃气与气化剂中氧接触而发生爆炸的危险。

侧窗6和活动挡板7可以只设置在套管1的一处；也可以沿着套管1轴方向开设多个。活动挡板7可以由在管体上开设侧窗6时所切割下的管体侧壁制成，也可以采用曲率半径与套管1相同的独立挡板7，只要其面积不小于侧窗6，能将侧窗6封闭即可。管体上对应每个煤层5的位置可以设置两个侧窗6，两个侧窗6优选对称设置，每个侧窗6的面积不超过套管1曲面面积的1/4。

套管管体可以分段固定于垂直井中，即在垂直井中位于两层相邻煤层5之间的岩层4区域，使用固井水泥环将套管1与周围岩的层4固定在一起，而不固定套管1与煤层5的接触面，保障每个煤层5能够正常气化生产，而间隔岩层4不漏气。

本发明的垂直井套管1可以用于出气井，也可以用于进气井。当用于出气井时，可以只在套管1上设置侧窗6，统一收集多层煤气化产品气；也可以在套管1的侧窗6设置活动挡板7，通过活动挡板7，实现多层煤单独气化。当用于进气井时，可以只在套管1上设置侧窗6，在垂直井口端进气，多层煤同时气化；也可以分别将进气管道通入各气化煤层5，单独气化。

下面通过应用实施例进一步说明本发明。

实施例1:

如图1和图2所示，为一四层煤地质结构应用本发明的本实施例。本实施例中，垂直井作为出气井。利用本发明的多层煤气化垂直井套管1进行地下气化开采的方法为：

1)打垂直井并下套管1到煤层5的中下部，避开煤层5分别进行分段固井；

2)在套管1管体上对应每层煤的位置处切割一个侧窗6，侧窗6面积不超过套管1曲面面积的1/4；

3)分别在各煤层5的中下部打水平定向钻井2，水平定向钻井2的末端均指向垂直井，水平定向钻井2和垂直井均导通；

4)在垂直井对应各层煤的入煤点附近分别点燃煤层5；

5)将连续注气管及其注气端分别下入水平定向钻井2中，注气端距离垂直井约20m；通过连续注气管分别向水平定向钻井2中注入空气；当所生产的煤气中有效组分含量明显下降时，通过地面3上拖曳装置将连续注气管注气端后撤一定距离，继续注气引导燃烧区向连续注气管方向移动；等煤气中有效组分含量再次下降时，再次后撤连续注气管，直至燃烧区扩展到水平定向钻井2入煤点附近。

其中，连续注气管每次的后撤距离根据煤层5的地质情况决定，例如可以取10m。

实施例2：

如图3所示，为某三层煤地质结构应用本发明的本实施例。本实施例中，垂直井作为出气井。

根据地质勘测的数据，在对应第一煤层的位置，沿着套管1主轴线方向均匀切割出两块侧窗6，侧窗6的高度均为第一煤层的厚度，面积均不超过套管1曲面面积的1/4。

在对应第二煤层的位置，分别在对应第一煤层预留侧窗6的垂直下方，切割出两个高度为第二煤层厚度、面积不超过套管1曲面面积1/4的侧窗6。

分别采用开侧窗6取下的套管1侧壁作活动挡板7。

活动挡板7的底端可转动地连接在相应套管1侧窗6口的下方，活动挡板7的顶端各自连接一个推拉杆8，推拉杆8可以使活动挡板7顶端与套管1垂直方向形成0～45°夹角。即完成套管1的处理工作。

钻垂直井到预计的深度，下入处理好的套管1。在各煤层5中的同一水平方向上，分别布置两条水平定向钻井2分布在垂直井的两侧，末端指向垂直井。垂直井出气，水平定向钻井2进气。套管1上侧窗6和活动挡板7的方向要与水平定向钻井2处在一条水平线上或者平行。在侧窗6处煤层5底部放入点火器。通过推拉杆8使活动挡板7与套管1垂直方向形成大于0°夹角，即套管1与活动挡板7不贴合，有一定的夹角。

在每个煤层5分别布置水平定向钻井2，水平定向钻井2的末端距离垂直井约10m。

将连续注气管及注气端分别下入水平定向钻井2中，注气端距离垂直井约20m，通过连续注气管分别向水平定向钻井2中注入空气，压力约4.0MPa，进行与垂直井的压裂贯通。

贯通之后，分别点燃垂直井附近的煤层5。

通过连续注气管，分别在水平定向钻井2中注入气化剂。注气端首先靠近点火点进行气化(例如距离点火点20m)。当所生产的煤气中有效组分含量明显下降时，通过地面3上的拖曳装置将连续注气管注气端后撤一定距离，继续注气引导燃烧区向连续注气管方向移动。等煤气中有效组分含量再次下降时，再次后撤连续注气管，直至燃烧区扩展到定向钻井入煤点附近。其中，连续注气管每次的后撤距离根据煤层5的地质情况决定，例如可以取10m。

在此过程中，可以通过拉动活动挡板7上的推拉杆8，任意选择气化煤层5。例如，较薄的第二煤层气化完毕，而较厚的第一煤层和第三煤层还需要继续气化时，为了防止外部煤气，尤其是其下方第三煤层产生的煤气进入炙热的第二煤层中发生二次燃烧，损失煤气有效组分甚至与第二煤层气化剂中的氧混合发生爆炸，可以拉动其推拉杆8使活动挡板7与套管1垂直方向形成0°夹角，即完全与套管1壁完全贴合。外部煤气就不会进入到该煤层，实现了多层煤各自独立的运行，有效避免了串气，防止燃气与气化剂中氧接触而发生爆炸的危险。

实施例3：

如图4所示，为某三层煤地质结构应用本发明的本实施例。本实施例中，垂直井作为进气进，水平定向钻井2作为出气井。利用本发明的多层煤气化垂直井套管1进行地下气化开采的方法为：

1)打垂直井到煤层5的中下部，下入套管1并避开煤层5分别进行分段固井；

2)在套管1管体上对应每层煤的位置处切割一个侧窗6，侧窗6面积不超过套管1曲面面积的1/4；

3)分别在各煤层5的中下部打水平定向钻井2，水平定向钻井2的末端均指向垂直井，水平定向钻井2和垂直井均导通；

4)在垂直井对应各层煤的入煤点附近分别点燃煤层5；

5)通过垂直井注入富氧空气气化剂，水平定向钻井2为出气井，进行常规正向气化。待煤气组分变差或者气化条件恶化之后，停止进气，关闭气化炉。

本发明的多层煤气化垂直井套管1结构，涉及到的垂直井均可以采用多层煤共用一套垂直井的方式。多层煤可以各自独立的运行，有效避免了串气，防止燃气与气化剂中氧接触而发生爆炸的危险。不仅操作方便，简单易行，而且节省了资源，具有很强的经济性和安全性。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种多层煤气化垂直井套管，其特征在于，包括管体，所述管体上对应煤层的位置设有侧窗。

2.如权利要求1所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述侧窗在所述管体下放到钻井之前预先开设在所述管体上。

3.如权利要求1所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述侧窗在所述管体下放到钻井之后再开设在所述管体上。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述侧窗上设有活动挡板。

5.如权利要求4所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述活动挡板底部可转动地连接到所述侧窗的底部，所述活动挡板的顶部可分离地连接到所述侧窗的顶部。

6.如权利要求4所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述活动挡板由在管体上开设侧窗时所切割下的管体侧壁制成，或者为曲率半径与套管相同、面积不小于侧窗的独立挡板。

7.如权利要求4所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述活动挡板的底部通过铰链或柔性件连接到所述侧窗的底部，所述活动挡板的顶部连接有推拉杆。

8.如权利要求1所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述侧窗的面积不超过套管曲面面积的1/4。

9.如权利要求1所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述管体上对应每个煤层的位置设有两个侧窗。

10.如权利要求1所述的多层煤气化垂直井套管，其特征在于，所述管体分段固定于垂直井中。