CN109653700B - 用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于煤炭地下气化工艺(ISC)的模块化高温井口井控系统，从下而上包括如下部件：基板，直接安装在导管上方；套管头；整体套管悬挂筒，包括槽式芯轴悬挂、水泥固井套管监测系统和锁紧机构。多端口静态管柱悬挂四通，包括悬挂四通本体、多端口芯轴悬挂外壳、芯轴悬挂、密封压盖、全内径阀和锁紧机构。多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通，包括悬挂四通本体、管柱悬挂、流体辅助管柱端口、电子辅助管柱端口、多用途阀、终端阀四通和锁紧机构。法兰适配器。本发明工艺操作更为灵活方便，从而实现煤炭地下气化工艺的连续稳定运行，模块化设计显著地降低项目的经济成本和时间成本，为现有技术带来了进步。

Description

用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作 方法
技术领域
本发明提供了一种用于煤炭地下气化工艺(ISC)的模块化高温井口井控系统及操作方法。特别地，本发明提供了一种在煤炭地下气化工艺中用于高温产品井的模块化高温井口井控系统，还提供了这种高温井口井控系统在煤炭地下气化工艺中的操作方法，具体可用于煤炭地下气化工艺的生产过程。
背景技术
煤炭地下气化(ISC)是在氧化剂存在下通过地下煤层的燃烧和气化反应将煤直接转化为产品气的过程，所述产品气通常称为合成气，该合成气可以随后用作多种应用的原料，包括燃料生产、化学品生产和发电等。这种煤炭地下气化技术对于大多数煤藏都是适用的。鉴于有关采矿业的环保要求越来越严格和考虑到相关的人工成本和基建成本，这种技术无疑是很有吸引力的。煤炭气化工艺是将煤炭通过一系列的化学反应转变为合成气的过程。
地面钻井直通煤层，给氧化剂注入和产品气产出提供有效通道。一对钻井在地下连通或水平延伸构成一个实质上水平钻井通道(也可简称为煤层井道或连通通道)。该通道有助于氧化剂注入，燃空区生长和产品气输送。一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向水平钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。煤炭地下气化(ISC)可能在注入井和产品井之间还需要使用到一个或多个的垂直井(例如：功能井和辅助井)。
当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化(ISC)单元或井对。ISC单元包括燃烧区，气化区和热解区。其中，燃烧区在煤层中氧化剂注入点附近；气化区以放射状形态围绕在燃烧区周围或者在燃烧区下游，煤炭在气化区被气化、部分被氧化，从而生成产品气；热解区在气化区下游，煤的热解反应一般在这里发生。高温的产品气从气化区往下游流动，并最终从产品井井口输送到地面。在煤燃烧或气化的同时，煤层中的ISC燃空区会生长变大。
通过煤炭地下气化生成的产品气(粗合成气)通常含有合成气(CO，CO2，H2，CH4及其他气体的混合物)以及其他成分固体颗粒，水，煤焦油，烃类蒸汽，其他微量组分包括H2S，NH4，COS等)。其成分复杂程度取决于多个方面：煤炭地下气化所使用的氧化剂(空气或其他氧化剂，比如氧气、富氧空气或蒸汽混合物)、煤层中的内在水或周边地层渗入煤层中的水、煤质、以及煤炭地下气化工艺的操作参数，包括温度，压力等。
根据已有专利文献，目前煤炭地下气化技术所面临的问题主要包括：
a)大多数煤炭地下气化井口系统及相关井控设备，通常是通过对现有设备进行粗糙/基础地改造，形成了各种不同的井口系统，导致其在设计和操作上都非常复杂。
b)大多数煤炭地下气化井口系统及相关井控设备，具有高度的定制性，导致其生产周期较长且生产成本较高。
c)大多数煤炭地下气化井口系统只允许在地面和井下进行静态密封，这严重地阻碍了气化炉的整体生产效率，同时增加了由于热膨胀/形变导致井口系统损坏或报废的几率。
d)大多数煤炭地下气化井口系统仅适用于单管柱完井设计或最多双管柱完井设计。这限制了气化炉设计的灵活性，从而影响了煤炭地下气化工艺的商业可行性。
e)大多数煤炭地下气化井口系统只专注于示范项目，而不是用于最终的商业运行。例如，采用现有标准化的“A段”、“B段”和“C段”井口叠加方法。这使得整个井口系统的高度(堆积)非常高。同时，导致绝大部分或整个井口系统都需要采用昂贵的耐腐蚀合金，最终严重增加项目的资本支出，降低项目的经济可行性。
发明内容
针对现有技术，本发明提供了一种用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统，还提供了这种模块化高温井口井控系统在煤炭地下气化工艺中的操作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统，所述模块化高温井口井控系统从下而上包括如下部件：
1.基板，用于增加模块化高温井口井控系统的完整性，直接安装在导管上方，可提高表层套管设置高度的灵活性；
2.套管头，用于高温井口井控系统内连接表层套管；
3.整体套管悬挂筒，用于高温井口井控系统内连接和悬挂生产套管，包括槽式芯轴悬挂、水泥固井套管监测系统和锁紧机构。
4.多端口静态管柱悬挂四通，用于高温井口井控系统内连接和悬挂辅助管柱，实现一根或多根流体辅助管柱和/或电子辅助管柱在井口内的同心/偏心悬挂和穿越，包括悬挂四通本体、多端口芯轴悬挂外壳、芯轴悬挂、密封压盖、全内径阀和锁紧机构。
5.多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通，用于高温井口井控系统内连接和悬挂管柱，包括悬挂四通本体、管柱悬挂、流体辅助管柱端口、电子辅助管柱端口、多用途阀、终端阀四通和锁紧机构。
6.法兰适配器，用于在高温井口和井控系最上端连接一个或多个主阀和/或采气树。
其中，本发明所述模块化高温井口井控系统，通过更换所述多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通为多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通可实现地面和井下的动态密封，避免了由于热膨胀/形变导致井口系统损坏或报废的可能性，提高了气化炉的整体生产效。所述多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通包括悬挂四通本体、管柱悬挂、流体辅助管柱端口、电子辅助管柱端口、多用途阀、终端阀四通和锁紧机构。
本发明所述模块化高温井口井控系统，所述多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通或/和多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通内部的管柱悬挂上部，可连接和安装另一个管柱悬挂，用于连接修井机钻杆或油管，起出管柱并实施修井作业。
本发明所述模块化高温井口井控系统，所述多端口静态管柱悬挂四通内部的用于辅助管柱的芯轴悬挂可向下移送至地表以下并增加第二多端口芯轴悬挂外壳，实现一根或多根流体辅助管柱和/或电子辅助管柱在套管柱内(地表以下)的同心/偏心悬挂和穿越，最终可以有效地压缩所述模块化高温井口井控系统在地表的部件和高度，便于商业化项目的实施。
本发明所述模块化高温井口井控系统的操作方法，所述操作方法如下：
1.安装套管头，连接表层套管；
2.安装基板，基板直接连接到导管外壳，调节表层套管的设置高度，实施表层套管水泥固井和相关安装测试；
3.安装整体套管悬挂筒，通过芯轴悬挂连接生产套管，并通过锁紧机构固定生产套管位置，实施生产套管水泥固井和相关安装测试；
4.安装多端口静态管柱悬挂四通本体和槽式芯轴悬挂；
5.安装密封压盖和多端口芯轴悬挂外壳，并通过锁紧螺栓固定多端口芯轴悬挂位置后，实施管柱和辅助管柱的下管；
6.在多端口芯轴悬挂外壳内安装芯轴悬挂，完成辅助管柱悬挂；
7.安装多端口耐腐蚀合金静态管柱悬挂四通本体和侧孔上的全内径阀；
8.连接辅助管柱和相应的端口及安装多用途阀/终端阀四通，完成辅助管柱穿越；
9.安装管柱悬挂，并通过锁紧机构固定管柱的位置；
10.安装法兰适配器，并实施相关安装测试。
11.所述模块化高温井口井控系统安装在注入井上，通过管柱注入氧化剂或作为氧化剂注入设备的通道
12.所述模块化高温井口井控系统安装在产品井上，通过管柱输出合成气产品；
13.通过流体辅助管柱注入辅助生产流体，如冷却剂、催化剂、辅助原料、吹扫流体等；
14.通过电子辅助管柱实时监测和控制井下煤炭地下气化工艺参数和状况：
15.通过管柱、辅助管柱和生产套管之间的环隙通道作为异常操作情况下的泄压通道、注入通道和吹扫通道。
其中，所述操作方法中，若采用动态密封终端，则步骤9内的锁紧机构用于调整动态密封的最大范围而不是固定管柱位置。
按照本发明，当利用本发明所述模块化高温井口井控系统进行煤炭地下气化过程时，工艺操作更为灵活方便，从而实现煤炭地下气化工艺的连续稳定运行，模块化设计显著地降低项目的经济成本和时间成本，为现有技术带来了进步。
附图说明
图1是一个具有静态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统的示意图。
图2是一个具有动态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统顶部的示意图。
图3是另一个具有静态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统的示意图。
图4是另一个具有静态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统的示意图。
在各附图中，相同的附图标记指相同部件。具体地，各附图中涉及的附图标记含义如下：
1，基板；2，套管头；3，整体套管悬挂筒；4，锁紧机构；5，多端口静态管柱悬挂四通；6，全内径阀；7，多用途阀/终端阀四通；8，多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通；9，法兰适配器；10，管柱悬挂；11，流体辅助管柱端口；12，终端阀四通/多用途阀；13，电子辅助管柱端口；14，多端口芯轴悬挂外壳；15，电子辅助管柱；16，流体辅助管柱；17，芯轴悬挂；18，密封压盖；19，槽式芯轴悬挂；20，管柱；21，多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通；22，管柱悬挂(修井)；23，第二多端口芯轴悬挂外壳；24，水泥固井套管监测系统。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统，所述模块化高温井口井控系统从下而上包括如下部件：
1.基板，用于增加模块化高温井口井控系统的完整性，直接安装在导管上方，可提高表层套管设置高度的灵活性。
2.套管头，用于高温井口井控系统内连接表层套管。
3.整体套管悬挂筒，用于高温井口井控系统内连接和悬挂生产套管，包括槽式芯轴悬挂、水泥固井套管监测系统和锁紧机构。
4.多端口静态管柱悬挂四通，用于高温井口井控系统内连接和悬挂辅助管柱，实现一根或多根流体辅助管柱和/或电子辅助管柱在井口内的同心/偏心悬挂和穿越，包括悬挂四通本体、多端口芯轴悬挂外壳、芯轴悬挂、密封压盖、全内径阀和锁紧机构。
5.多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通，用于高温井口井控系统内连接和悬挂管柱，包括悬挂四通本体、管柱悬挂、流体辅助管柱端口、电子辅助管柱端口、多用途阀、终端阀四通和锁紧机构。
6.法兰适配器，用于在高温井口和井控系最上端连接一个或多个主阀和/或采气树。
本发明的技术方案中的所述模块化高温井口井控系统，其设计压力需满足所有标准行业或非行业监管机构的压力要求，1,000-25,000psi。所述模块化高温井口井控系统的设计温度最高可达到350-500℃。所述模块化高温井口井控系统的选材可依据油气行业API规范的防腐等级选定，包括但不限于AA(适用于基本无腐蚀性液体或气体)，BB(适用于13铬不锈钢内部零件的耐腐蚀性，也可用于内部表面轻微腐蚀)，CC(适用于任何满足13铬不锈钢的液体或气态)，DD(适用于低温酸性气体和油，耐H2S腐蚀，适用于存在H2S时的其它化学品、产品或碳氢化合物)，EE(适用于酸性气体和油，耐H2S腐蚀，适用于存在H2S时的其它化学品、产品或碳氢化合物)，FF(适用于当CO2超过H2S含量时的酸性气体、油、其它化学品、产品或碳氢化合物)或以上材料。所述模块化高温井口井控系统的设计规范水平(PSL)包括但不限于满足API规范的PSL-1，PSL-2和PSL-3。所述模块化高温井口井控系统的设计尺寸包括但不限于5-30英寸。
本发明的技术方案中的基板，用于增加模块化高温井口井控系统的完整性。此外，可根据政策法规要求、地质条件和项目要求，通过调节基板来调整表层套管的设置深度。
本发明的技术方案中的套管头一般通过螺纹与表层套管连接。根据钻井和完井设计要求，该连接可以是螺纹、焊接或法兰连接。所述套管头上可以组合一个或多个整体套管悬挂托上的测试端口，以监测潜在的通过水泥套管柱的气体迁移。所述套管头的设计应考虑可容纳冻土套管柱、多个表层套管柱和/或多个中间套管柱等，以成功地实现基于政策法规要求、地质条件和项目要求的所有完井设计。
本发明的技术方案中的整体套管悬挂筒，用于高温井口井控系统内连接和悬挂生产套管，包括一个槽式芯轴悬挂、水泥固井套管监测系统和锁紧机构。所述槽式芯轴套管挂，用于在所述高温井口井控系统内静态悬挂生产套管。所述管柱包括单根油管管柱、同心油管管柱、生产管柱、套管、反向循环管柱、仪表管柱(温度监测、压力监测、声波监测、气体分析或上述组合)等。如果井筒地质条件要求管柱处于压缩或张紧状态，设计允许将所述芯轴悬挂可改为滑块悬挂。通过与所述多端口芯轴悬挂外壳和密封压盖采用金属-金属密封元件或低成本的石墨密封，隔离腐蚀性气体和/或液体接触。所述整体套管悬挂筒在套管坐放台肩和/或筒底处需容纳一个金属-金属密封或压盖密封。所述水泥固井套管监测系统集成所述整体套管挂筒内，包括但不限于温度监测、压力监测、声音监测、气体成分和/或分析组件或上述所有监测的组合。水泥固井套管监测系统可以是具有遥测或类似信息的实时信息传输，或者生成在预定周期内可下载的数据文件。
本发明的技术方案中的多端口静态管柱悬挂四通，用于高温井口井控系统内连接和悬挂辅助管柱，实现一根或多根流体辅助管柱和/或电子辅助管柱在井口内的同心/偏心悬挂和穿越，包括悬挂四通本体、多端口芯轴悬挂外壳、芯轴悬挂、密封压盖、槽式芯轴悬挂、全内径阀和锁紧机构。
其中，流体辅助管柱和/电子辅助管柱静态悬挂在所述悬挂四通本体内。所述辅助管柱包括单根油管管柱、同心油管管柱、生产管柱、套管、反向循环管柱、仪表管柱(温度监测、压力监测、声波监测、气体分析或上述组合)等。如果井筒地质条件要求管柱处于压缩或张紧状态，设计允许将所述芯轴悬挂可改为滑块式悬挂。通过所述多端口静态管柱悬挂四通，实现内部辅助管柱的同心或偏心完井结构。
本发明所述多端口芯轴悬挂外壳，与高温井口不是一个整体，但其在本发明的模块化高温井口井控系统中具有多种功能。第一个功能是实现了在井眼内悬挂多个管柱。第二个功能是实现了将生产管柱悬挂在辅助管柱的上方，获得生产套管和生产管柱之间的环空通道。在安装(堆栈)所述高温井口井控系统的另外一段(顶部)时，可通过所述多端口芯轴悬挂外壳先暂时保持/悬挂所述生产管柱的位置。第三个功能是实现了通过改变所述高温井口井控系统的顶部结构获得地面与井下的动态密封能力。
另外，通过将所述多端口芯轴悬挂外壳与所述槽式芯轴悬挂连接，可以隔离生产流通流路。这样可以降低套管头与整体套管悬挂筒的材质要求，如选用碳钢，而不是耐腐蚀合金，最终降低项目的资本支出和成本。同时，可根据项目工艺需求，安装单个或多个所述多端口芯轴悬挂外壳，和在所述多端口芯轴悬挂外壳的特定位置开侧孔连通多用途阀/终端阀门四通，从而形成一个全新的模块。
本发明所述芯轴悬挂，能够实现在所述高温井口井控系统的主要部分上方实施完井，并且实现在多端口芯轴悬挂外壳内对所述辅助管柱进行静态和/或动态的悬挂。通过采用金属-金属密封元件或低成本的石墨密封，对辅助管柱芯轴悬挂下方的流通通路进行隔离，有效地降低了现有技术中井口系统的堆叠高度和成本，增加了安全性和经济性。同时，可根据项目工艺需求，安装单个或多个所述芯轴悬挂，实现同心和/或偏心悬挂布置。采用本发明所述芯轴悬挂，允许在座挂辅助管柱前对每个辅助管柱进行单独测量和标记，减少了操作失误的可能性，增加了工程实施过程中的准确性和安全性。
本发明所述密封压盖，用于隔离所述多端口芯轴悬挂外壳与槽式芯轴悬挂和已完井井口下段。通过采用所述密封压盖，可以创建了一个独立的的流通路径，避免腐蚀性气体和/或液体接触所述套管头与整体套管悬筒，允许井口下段采用碳钢，降低整个项目的成本。
本发明所述全内径阀，连接在所述多端口静态管柱悬挂四通的侧孔，连通生产套管与管柱、辅助管柱之间的环隙通道，用于生产/放空和/或吹扫/注入。所述全内径阀尺寸为1 13/16-13 5/8英寸，和可用于生产作业及井控作业。
本发明的技术方案中的多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通，用于高温井口井控系统内连接和悬挂管柱，包括悬挂四通本体、管柱悬挂、流体辅助管柱端口、电子辅助管柱端口、多用途阀、终端阀四通和锁紧机构。
其中，管柱通过管柱悬挂静态悬挂在所述悬挂四通本体内。所述管柱包括单根油管管柱、同心油管管柱、生产管柱、套管、反向循环管柱、仪表管柱等。如果井筒地质条件要求管柱处于压缩或张紧状态，设计允许将所述芯轴悬挂可改为滑块式悬挂。通过所述多端口静态管柱悬挂四通，实现内部辅助管柱的同心或偏心完井结构。
本发明所述多用途阀/终端阀四通，连接在所述多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通的侧孔，连通辅助管柱内部流通通道。所述多用途阀用于生产/放空和/或吹扫/注入，和所述终端阀四通用于实现辅助管柱的井口穿越。所述终端阀包括至少两个端口，流体辅助管柱端口和电子辅助管柱端口，用于放空和/或吹扫/注入流体和完成数据线的井口穿越。所述多用途阀/终端阀四通尺寸为1 13/16-13 5/8英寸，和可用于生产作业及井控作业。
本发明的技术方案中的法兰适配器，用于在高温井口和井控系最上端连接一个或多个主阀和/或采气树。可根据并标准工业要求和/或项目要求，安装内联生产阀、膨胀生产阀、主阀门等，用于未来可能进行的盘管和/或钻井作业、盘管和/或完井作业、盘管和/或生产作业、井控的防喷器等。
通过更换所述多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通为多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通可实现地面和井下的动态密封，避免了由于热膨胀/形变导致井口系统损坏或报废的可能性，提高了气化炉的整体生产效。所述多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通包括悬挂四通本体、管柱悬挂、流体辅助管柱端口、电子辅助管柱端口、多用途阀、终端阀四通和锁紧机构。
本发明的技术方案中的多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通，具有带槽齿的低公差套筒，该槽齿逐渐变细，以便所述管柱悬挂组件在需要时(热膨胀和冷却压缩)能够安全地重新着陆和坐落在设计肩部，实现管柱的动态密封。
本发明所述模块化高温井口井控系统，所述多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通或/和多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通内部的管柱悬挂上部，可连接和安装另一个和/或多个管柱悬挂，用于连接修井机钻杆或油管，起出管柱并实施修井作业。
本发明所述模块化高温井口井控系统，所述多端口静态管柱悬挂四通内部的用于辅助管柱的芯轴悬挂可向下移送至地表以下并增加第二多端口芯轴悬挂外壳，实现一根或多根流体辅助管柱和/或电子辅助管柱在套管柱内(地表以下)的同心/偏心悬挂和穿越，最终可以有效地压缩所述模块化高温井口井控系统在地表的部件和高度，便于商业化项目的实施。
本发明所述模块化高温井口井控系统的操作方法，所述操作方法如下：
1.安装套管头，连接表层套管；
2.安装基板，基板直接连接到导管外壳，调节表层套管的设置高度，实施表层套管水泥固井和相关安装测试；
3.安装整体套管悬挂筒，通过槽式芯轴悬挂连接生产套管，并通过锁紧机构固定生产套管位置，实施生产套管水泥固井和相关安装测试；
4.安装多端口静态管柱悬挂四通本体；
5.安装密封压盖和多端口芯轴悬挂外壳，并通过锁紧螺栓固定多端口芯轴悬挂位置后，实施管柱和辅助管柱的下管；
6.在多端口芯轴悬挂外壳内安装芯轴悬挂，完成辅助管柱悬挂；
7.安装多端口耐腐蚀合金静态管柱悬挂四通本体和侧孔上的全内径阀；
8.连接辅助管柱和相应的端口及安装多用途阀/终端阀四通，完成辅助管柱穿越；
9.安装管柱悬挂，并通过锁紧机构固定管柱的位置；
10.安装法兰适配器，并实施相关安装测试；
11.所述模块化高温井口井控系统安装在注入井上，通过管柱注入氧化剂或作为氧化剂注入设备的通道
12.所述模块化高温井口井控系统安装在产品井上，通过管柱输出合成气产品；
13.通过流体辅助管柱注入辅助生产流体，如冷却剂、催化剂、辅助原料、吹扫流体等；
14.通过电子辅助管柱实时监测和控制井下煤炭地下气化工艺参数和状况；
15.通过管柱、辅助管柱和生产套管之间的环隙通道作为异常操作情况下的泄压通道、注入通道和吹扫通道。
其中，所述操作方法中，若采用动态密封终端，则步骤9内的锁紧机构用于调整动态密封的最大范围而不是固定管柱位置。
通过采用本发明所述模块化高温井口井控系统，所有设计、测量、制造以及大多数测试和验证可以在运到远程项目现场之前完成，到现场时仅需执行一个完整性测试。如果设计改变，将不必改变所述模块化高温井口井控系统主体，只需针对特定的管柱调整特定的管柱悬挂，这将显著地降低项目的经济成本和时间成本，增加项目的经济性和灵活性。
下面参考附图进一步描述本发明的实施方案。
图1给出了一个具有静态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统的示意图。从下至上包括，基板1，套管头2，整体套管悬挂筒3，多端口静态管柱悬挂四通5，多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通8和法兰适配器9。基板1直接连接在导管上部，套管头2下部连接基板1和表层套管。套管头2上部连接整体套管悬挂筒3，在其内部通过槽式芯轴悬挂19连接生产套管，并通过锁紧机构4固定生产套管位置。整体套管悬挂筒3上部连接多端口静态管柱悬挂四通5，在其内部通过槽式芯轴悬挂19、密封压盖18、多端口芯轴悬挂外壳14和芯轴悬挂17，实现对流体辅助管柱16和电子辅助管柱17的同心/偏心悬挂。并通过全内径阀6连通各管柱与生产套管之间的环隙空间。之后，顶部连接多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通8，在其内部通过多用途阀7和终端阀四通12实现辅助管柱的穿越。以及在其内部通过管柱悬挂10完成对管柱20的悬挂连接和静态密封。
图2给出了一个具有动态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统顶部的示意图。示意图以下部件和图1类似(图中未标出)，包括基板1，套管头2，整体套管悬挂筒3，多端口静态管柱悬挂四通5。顶部连接多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通21，在其内部通过多用途阀7和终端阀四通12实现辅助管柱的穿越。以及在其内部通过管柱悬挂10完成对管柱20的悬挂连接和动态密封。
图3是另一个具有静态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统的示意图。示意图以下部件和图1类似(图中未标出)，包括基板1，套管头2，整体套管悬挂筒3，多端口静态管柱悬挂四通5。顶部连接多端口耐腐蚀合金(CRA)静态管柱悬挂四通8。通过在其内部的管柱悬挂10上部安装管柱悬挂(修井)22，实施管柱回收/修井。通过采用图2所示的多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通21，图3还可以成为一个具有动态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统，通过其内部的动态密封终端可实施管柱回收/修井。
图4是另一个具有静态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统的示意图，其辅助电子管柱15和辅助流体管柱16悬挂在之前的生产套管柱内部(地表以下)。这样将进一步压缩了井口在地表的部件，使设计更加紧凑。此外，通过采用图2所示的多端口耐腐蚀合金(CRA)动态管柱悬挂四通21，图4还可以成为一个具有动态密封终端的模块化高温井口和相关井控系统。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。对于本领域的技术人员来说，只要不偏离本发明的精神和原则，所述变化和调整均应在本发明范围内。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，所述模块化高温井口井控系统从下而上包括如下部件：基板，用于增加模块化高温井口井控系统的完整性，提高表层套管设置深度的灵活性；套管头，用于高温井口井控系统内连接表层套管；整体套管悬挂筒，用于高温井口井控系统内连接和悬挂生产套管，包括槽式芯轴悬挂、水泥固井套管监测系统和锁紧机构；多端口静态管柱悬挂四通，用于高温井口井控系统内连接和悬挂辅助管柱，实现一根或多根流体辅助管柱和/或电子辅助管柱在井口内的同心/偏心悬挂和穿越，包括悬挂四通本体、多端口芯轴悬挂外壳、芯轴悬挂、密封压盖、全内径阀和锁紧机构，所述密封压盖，用于隔离多端口芯轴悬挂外壳与槽式芯轴悬挂和已完井井口下段；多端口耐腐蚀合金静态管柱悬挂四通，用于高温井口井控系统内连接和悬挂管柱，包括悬挂四通本体、管柱悬挂、流体辅助管柱端口、电子辅助管柱端口、多用途阀、终端阀四通和锁紧机构；法兰适配器，用于在高温井口井控系统最上端连接一个或多个主阀和/或采气树；
所述操作方法如下：
S1.安装套管头，连接表层套管；
S2.安装基板，基板直接连接到导管外壳，调节表层套管的设置高度，实施表层套管水泥固井和相关安装测试；
S3.安装整体套管悬挂筒，通过芯轴悬挂连接生产套管，并通过锁紧机构固定生产套管位置，实施生产套管水泥固井和相关安装测试；
S4.安装多端口静态管柱悬挂四通本体和槽式芯轴悬挂；
S5.安装密封压盖和多端口芯轴悬挂外壳，并通过锁紧机构固定多端口芯轴悬挂位置后，实施管柱和辅助管柱的下管；
S6.在多端口芯轴悬挂外壳内安装芯轴悬挂，完成辅助管柱悬挂；
S7.安装多端口耐腐蚀合金静态管柱悬挂四通本体和侧孔上的全内径阀；
S8.连接辅助管柱和相应的端口及安装多用途阀/终端阀四通，完成辅助管柱穿越；
S9.安装管柱悬挂，并通过锁紧机构固定管柱的位置；
S10.安装法兰适配器，并实施相关安装测试；
S11.所述模块化高温井口井控系统安装在注入井上，通过管柱注入氧化剂或作为氧化剂注入设备的通道；
S12.所述模块化高温井口井控系统安装在产品井上，通过管柱输出合成气产品；
S13.通过流体辅助管柱注入辅助生产流体，包括冷却剂、催化剂、辅助原料、吹扫流体；
S14.通过电子辅助管柱实时监测和控制井下煤炭地下气化工艺参数和状况；
S15.通过管柱、辅助管柱和生产套管之间的环隙通道作为异常操作情况下的泄压通道、注入通道和吹扫通道；其中，当采用动态密封终端，则步骤S9内的锁紧机构用于调整动态密封的最大范围。
2.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，所述模块化高温井口井控系统设计压力1000-25000psi，设计温度最高达到500℃，所述套管头通过螺纹、焊接或法兰与表层套管连接。
3.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，根据井筒地质条件要求，生产套管在固井后需要处于压缩或拉力状态时，所述槽式芯轴悬挂替换为滑块式套管悬挂；所述整体套管悬挂筒在生产套管坐放台肩和/或整体套管悬挂筒底处容纳一个金属-金属密封或压盖密封；所述水泥固井套管监测系统集成包括温度监测、压力监测、声音监测、气体成分监测，水泥固井套管监测系统具有遥测或实时信息传输功能，或者具有生成在预定周期内可下载的数据文件功能。
4.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，多端口静态管柱悬挂四通中，流体辅助管柱和/或电子辅助管柱静态悬挂在所述悬挂四通本体内，辅助管柱包括单根油管管柱、同心油管管柱、生产管柱、套管、反向循环管柱、仪表管柱，当井筒地质条件要求管柱处于压缩或张紧状态时，所述芯轴悬挂替换为滑块式悬挂。
5.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，所述槽式芯轴悬挂，用于在所述高温井口井控系统内静态悬挂管柱，所述管柱包括单根油管管柱、同心油管管柱、生产管柱、套管、反向循环管柱、仪表管柱，当井筒地质条件要求管柱处于压缩或张紧状态时，所述芯轴悬挂替换改为滑块悬挂；所述全内径阀，连接在多端口静态管柱悬挂四通的侧孔，连通生产套管与管柱、辅助管柱之间的环隙通道，用于生产/放空和/或吹扫/注入，所述全内径阀尺寸为113/16-135/8英寸。
6.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，所述多端口耐腐蚀合金静态管柱悬挂四通，其中，管柱通过管柱悬挂静态悬挂在所述悬挂四通本体内，所述管柱包括单根油管管柱、同心油管管柱、生产管柱、套管、反向循环管柱、仪表管柱，当井筒地质条件要求管柱处于压缩或张紧状态，所述芯轴悬挂改为滑块式悬挂。
7.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，所述多用途阀/终端阀四通连接在多端口耐腐蚀合金静态管柱悬挂四通的侧孔，连通辅助管柱内部流通通道，所述多用途阀用于生产/放空和/或吹扫/注入，所述终端阀四通用于实现辅助管柱的井口穿越，所述终端阀包括至少两个端口，流体辅助管柱端口和电子辅助管柱端口，用于放空和/或吹扫/注入流体和完成数据线的井口穿越，所述多用途阀/终端阀四通尺寸为113/16-135/8英寸。
8.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，通过替换所述多端口耐腐蚀合金静态管柱悬挂四通为多端口耐腐蚀合金动态管柱悬挂四通实现地面和井下的动态密封，所述多端口耐腐蚀合金动态管柱悬挂四通也包括悬挂四通本体、管柱悬挂、流体辅助管柱端口、电子辅助管柱端口、多用途阀、终端阀四通和锁紧机构；多端口耐腐蚀合金动态管柱悬挂四通具有带槽齿的低公差套筒，该槽齿逐渐变细，以便管柱悬挂组件在需要时能够安全地重新着陆和坐落在设计肩部，实现管柱的动态密封。
9.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的模块化高温井口井控系统的操作方法，其特征在于，所述多端口静态管柱悬挂四通内部用于辅助管柱的芯轴悬挂可向下移送至地表以下并增加第二多端口芯轴悬挂外壳，实现一根或多根流体辅助管柱和/或电子辅助管柱在套管柱内地表以下的同心/偏心悬挂和穿越，以有效地压缩模块化高温井口井控系统在地表的部件和高度。
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