CN111706312A - 热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统，包括高温高压热风生成装置、支撑剂储存罐、支撑剂输送泵和多级混合装置，高温高压热风生成装置的出风端与多级混合装置的进风端连接，支撑剂储存罐的出料端与支撑剂输送泵的进料端连接，支撑剂输送泵的出料端与多级混合装置的进料端连接，多级混合装置的混合物出料端与开设在低煤阶储层内的煤层井的上端连接。本发明将生成高温高压的热风和支撑剂经三次混合均匀后注入低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，能提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中能防止裂隙因应力释放而闭合，增加煤层气产量。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气开采技术领域，具体的说，涉及一种热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统及其工作方法。
背景技术
煤层气是煤炭伴生的一种非常规天然气，其主要成分是甲烷，既是重要的清洁能源和优质化工原料，低煤阶煤层气是世界煤层气开发的主要对象，目前，世界成功实现煤层气规模开发利用的国家只有美国、加拿大、澳大利亚和中国，美国、加拿大、澳大利亚的煤层气产量绝大部分来自低煤阶煤层气，而我国的煤层气产量绝大部分来自山西沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘的中、高煤阶煤层气。
然而，我国低煤阶煤层气的开发效果并不理想，主要原因在于成藏区域地质构造复杂，开采利用难度大，低煤阶煤化作用程度低，孔缝相对较多、基质松散，导致储层渗透率极低，很难有效提高煤层气的产量。
目前，煤层气的抽采方法多种多样，注热开采煤层气，这一提高低煤阶储层的渗透能力的有效措施已被普遍认可，国内外很多学者探究了温度对煤体中瓦斯解吸速率的影响规律，实验结果发现提高温度能够增加煤体中的煤层气的解吸速率。然而，传统电加热煤储层、高温过热水蒸气加热煤储层的方法，资源消耗大、成本较高，经济成效低的原因很难实现产业化、规模化实施应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统及其工作方法，本发明将生成高温高压的热风和支撑剂经三次混合均匀后注入低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，能提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中能防止裂隙因应力释放而闭合，增加煤层气产量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统，包括高温高压热风生成装置、支撑剂储存罐、支撑剂输送泵和多级混合装置，高温高压热风生成装置的出风端与多级混合装置的进风端连接，支撑剂储存罐的出料端与支撑剂输送泵的进料端连接，支撑剂输送泵的出料端与多级混合装置的进料端连接，多级混合装置的混合物出料端与开设在低煤阶储层内的煤层井的上端连接。
高温高压热风生成装置包括第一支架、陶瓷加热箱体、圆环支板、若干个吸气泵和气体收集环箱，陶瓷加热箱体为竖向设置的圆筒结构，陶瓷加热箱体的底部固定安装在第一支架上，圆环支板同中心套设固定在陶瓷加热箱体的外圆周下侧部，陶瓷加热箱体的外圆周下侧部圆周阵列固定连接有若干块竖向设置的支撑筋板，圆环支板的下表面与各块支撑筋板的上边沿固定连接，各个吸气泵圆周阵列设置在陶瓷加热箱体的一周并固定安装在圆环支板的上表面上，每个吸气泵的进气端均连接有一根吸气管，气体收集环箱套设在陶瓷加热箱体的外圆周上侧部，每个吸气泵的出气端均与气体收集环箱通过一根输气管连接，输气管中安装有用于向气体收集环箱内进气的单向阀，气体收集环箱上圆周阵列设置若干根进气管，气体收集环箱与陶瓷加热箱体通过各根进气管固定连接并连通，陶瓷加热箱体的外圆周右下侧部连接有一根位于圆环支板下方的出风管，出风管的出风端通过三通安装有第一送风管和第二送风管，陶瓷加热箱体内均匀固定安装有若干根竖向设置的电加热棒，各根电加热棒的上端接头固定安装在陶瓷加热箱体的顶板上，各根电加热棒的下端接头固定安装在陶瓷加热箱体的底板上，第一送风管和第二送风管上沿气流方向均安装有流量电控调节阀、耐高温流量计、压力表和温度计。
多级混合装置包括支撑剂分流环舱、上混合箱体、下混合箱体、旋转混合筒、混合物输出筒、第一热风分流箱体、第二热风分流箱体和输送加压机构，上混合箱体、下混合箱体、第一热风分流箱体和第二热风分流箱体均为圆筒结构，支撑剂分流环舱、上混合箱体、下混合箱体、旋转混合筒、混合物输出筒、第一热风分流箱体和第二热风分流箱体的中心线重合且均竖向设置，上混合箱体的下端、下混合箱体的上端、旋转混合筒的上下两端、混合物输出筒的上下两端和第一热风分流箱体的上端均敞口，上混合箱体、下混合箱体、旋转混合筒和混合物输出筒由上至下依次设置且上下连通，下混合箱体的上侧部呈上粗下细的圆锥筒结构，上混合箱体的下端与下混合箱体的上端固定连接，旋转混合筒的上端转动连接在下混合箱体的下端，旋转混合筒的下端转动连接在混合物输出筒的上端，下混合箱体的外圆周固定连接有第二支架，混合物输出筒的外圆周固定连接有第三支架，支撑剂分流环舱套设在上混合箱体的外圆周上侧部，支撑剂分流环舱的外圆周上圆周阵列固定设置有若干根支撑剂进料管，支撑剂分流环舱与上混合箱体通过各根支撑剂进料管固定连接并连通，支撑剂储存罐与支撑剂分流环舱通过支撑剂输送管连接，支撑剂输送泵设置在支撑剂输送管上，第一热风分流箱体同中心设置在上混合箱体内，第一热风分流箱体的上端面固定连接在上混合箱体内顶面，第一送风管的出风端固定连接在上混合箱体的顶部中心并与第一热风分流箱体的内部连通，第一热风分流箱体的外圆周上均匀间隔固定连接有若干根圆周阵列设置的热风分流管，热风分流管的出风端朝下弯折设置且不低于支撑剂进料管的进料端，每根热风分流管的出风端处均安装有下部敞口的矩形管，矩形管内安装有若干片竖向设置的激振声波发生片，各片激振声波发生片等距离间隔设置，相邻两片激振声波发生片之间形成出风缝；输送加压机构包括活塞、连杆、曲柄、第一减速电机和固定座，活塞同中心滑动设置在下混合箱体内且位于圆锥筒结构的下侧，活塞为上大下小的T型圆柱结构，活塞的上部外圆与下混合箱体的下侧内壁滑动配合，活塞的下端外圆周上固定连接有四块圆周阵列设置的水平支板，四块水平支板的外边沿为与下混合箱体的内壁匹配接触的弧形边，连杆竖向设置，活塞的下端面中部固定设置有耳座，连杆的上端铰接在耳座上，固定座设置在下混合箱体的右侧，第一减速电机固定安装在固定座的顶部，第一减速电机的输出轴沿下混合箱体的径向设置，第一减速电机的输出轴的左端同轴传动连接有一根驱动轴，驱动轴的左端水平向左穿过下混合箱体的右侧壁并伸入到下混合箱体的内中部且位于活塞的下方，驱动轴转动连接在下混合箱体的右侧壁上，曲柄固定安装在驱动轴的左端，连杆的下端与曲柄铰接，下混合箱体的下端盖上均匀安装有若干个朝下喷射的第一喷头，下混合箱体通过各个第一喷头与旋转混合筒连通，第二热风分流箱体同中心设置在旋转混合筒的内中部且位于各个第一喷头的正下方，第二热风分流箱体的顶板上均匀安装有若干个朝上喷射的第二喷头，第二送风管的出风端穿过混合物输出筒的侧壁伸入到混合物输出筒内并沿混合物输出筒的中心线向上弯折，第二送风管的出风端固定连接第二热风分流箱体的底部中心并与第二热风分流箱体的内部连通，固定座的左侧下部固定安装有第二减速电机，第二减速电机的输出轴竖向设置，第二减速电机的输出轴上固定安装有主动带轮，旋转混合筒的外圆周上固定设置有从动带轮，主动带轮和从动带轮通过传动带传动连接，混合物输出筒的下端与开设在低煤阶储层内的煤层井的上端连接。
驱动轴外圆周和下混合箱体的右侧壁之间设置有套设在驱动轴外圆周上的第一密封圈，旋转混合筒的上端口内圆周套设在下混合箱体的下端外圆周，旋转混合筒的上端口内圆周与下混合箱体的下端外圆周转动连接且之间设置有第二密封圈，旋转混合筒的下端口内圆周套设混合物输出筒的上端外圆周，旋转混合筒的下端口内圆周与混合物输出筒的上端外圆周转动连接且之间设置有第三密封圈。
旋转混合筒的内壁上周向均匀设置有若干条沿轴向设置的螺旋凸棱。
热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统的工作方法，包括以下步骤：
（1）、通过高温高压热风生成装置生成高温高压的热风；
（2）、将高温高压的热风以及支撑剂同时通入到多级混合装置内；
（3）、使高温高压的热风和支撑剂在多级混合装置内充分混合；
（4）、将热风和支撑剂形成的混合物从多级混合装置排出并注入开设在低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中，支撑裂隙防止裂隙因应力释放而闭合，保持裂隙具有高导流能力，增加煤层气产量。
步骤（1）具体为：启动各个吸气泵，各个吸气泵分别通过吸气管吸入空气，吸入的空气通过输气管进入到气体收集环箱中，气体收集环箱中的空气再经由各根进气管进入陶瓷加热箱体内，同时使各根电加热棒均通电，则各根电加热棒对陶瓷加热箱体内的空气进行加热，从而使陶瓷加热箱体内的空气加热升压形成高温高压的热风。
步骤（2）具体为：陶瓷加热箱体内的高温高压的热风通过出风管分别进入第一送风管和第二送风管，通过第一送风管和第二送风管上的流量电控调节阀调节高温高压的热风的流量，耐高温流量计、压力表和温度计分别监测第一送风管和第二送风管内热风的流量、压力和温度，确保热风的状态可监测可控制，高温高压的热风通过第一送风管进入到第一热风分流箱体中，再经由各根热风分流管进入到上混合箱体中，同时高温高压的热风还通过第二送风管进入到第二热风分流箱体中，再经由各个第二喷头向上喷入到旋转混合筒中。
步骤（3）具体为：进入第一热风分流箱体内的高温高压的热风经由各根热风分流管进入到上混合箱体中时，由于每根热风分流管的出风端处均安装有下部敞口的矩形管，矩形管内安装有若干片竖向设置的激振声波发生片，各片激振声波发生片等距离间隔设置，相邻两片激振声波发生片之间形成出风缝，则高温高压的热风从每根热风分流管排出时，出口截面会突然减小，从而使高温高压的热风的流速增大，高流速的热风冲击激振声波发生片从而产生振荡的高压热风流及声波，同时，启动支撑剂输送泵、第一减速电机和第二减速电机，支撑剂输送泵将支撑剂储存罐中的支撑剂通过支撑剂输送管泵入支撑剂分流环舱中，再经由各根支撑剂进料管进入上混合箱体中，支撑剂便会与振荡的高压热风流进行一次混合，并在声波下进行振荡，从而加大了热风与支撑剂的混合均匀度，上混合箱体内的热风和支撑剂所形成的一次混合物便会在气流和声波的作用向下进入下混合箱体内，而第一减速电机的输出轴传动驱动轴转动，驱动轴带动曲柄转动，曲柄便会通过连杆驱动活塞在下混合箱体内上下往复运动，一次混合物便会在活塞的抽吸力作用下通过活塞的外圆周与下混合箱体内壁之间的间隙向下流动，其中，活塞沿下混合箱体内壁向上移动到下混合箱体上侧部的上粗下细的圆锥筒结构内部时，此时四块水平支板的外边沿与下混合箱体内壁滑动配合，活塞的上部外圆与圆锥筒结构的内壁之间形成圆环形间隙，下混合箱体内部上下贯通，上混合箱体中的一次混合物向下通过圆环形间隙移动到活塞下方的下混合箱体内部，接着活塞向下移动，对流向活塞下方的一次混合物进行加压，使加压后的一次混合物通过各个第一喷头向下喷入旋转混合筒中，则经由各个第二喷头向上喷入到旋转混合筒中高温高压的热风便会与加压后的一次混合物对喷形成涡流，从而进行二次混合，使支撑剂和热风混合均匀度更好，热风和支撑剂的二次混合物在旋转混合筒内继续向下流动，此过程中，第二减速电机的输出轴上的主动带轮通过传动带传动旋转混合筒上的从动带轮，如此，驱动旋转混合筒持续转动，旋转混合筒内壁上的各条螺旋凸棱便会带动热风和支撑剂的二次混合物进一步旋转混合，从而使热风和支撑剂进行三次混合，达到最大混合均匀度。
步骤（4）具体为：热风和支撑剂三次混合后所形成的混合物继续向下流动并经过混合物输出筒的下端口排出，之后注入开设在低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中，支撑裂隙防止裂隙因应力释放而闭合，保持裂隙具有高导流能力，增加煤层气产量。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明将生成的高温高压的热风与支撑剂均匀混合，首先是在上混合箱体内将热风和支撑剂进行一次声波激振混合形成一次混合物，然后通过活塞抽吸和加压将一次混合物通过下混合箱体下端的各个第一喷头向下喷入旋转混合筒中，经由第二热风分流箱体顶部的各个第二喷头向上喷入到旋转混合筒中高温高压的热风与加压后的一次混合物对喷形成涡流，从而进行二次混合，使支撑剂和热风混合均匀度更好，最后第二减速电机的输出轴通过带传动机构驱动旋转混合筒转动，旋转混合筒内壁上的各条螺旋凸棱便会带动热风和支撑剂的二次混合物进一步旋转混合，从而使热风和支撑剂进行三次混合，达到最大混合均匀度，热风和支撑剂三次混合后所形成的混合物继续向下流动并经过混合物输出筒的下端口排出，之后注入开设在低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中，支撑裂隙防止裂隙因应力释放而闭合，保持裂隙具有高导流能力，增加煤层气产量，有效防止井下因混合物不均匀造成的局部堵塞现象发生，本发明对空气进行加热，资源消耗小、成本低，经济成效高，能够实现产业化、规模化实施应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的高温高压热风生成装置的结构示意图。
图3是本发明的支撑剂储存罐、支撑剂输送泵和多级混合装置的连接关系示意图。
图4是本发明的多级混合装置的剖视图。
图5是本发明的下混合箱体、第二热风分流箱体、第二送风管、第一减速电机和第一减速电机的连接关系示意图。
图6是本发明的旋转混合筒的结构示意图。
图7是本发明的活塞的主视图。
图8是本发明的活塞的轴测图。
图9是图4中A处局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-图9所示，热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统，包括高温高压热风生成装置、支撑剂储存罐1、支撑剂输送泵2和多级混合装置，高温高压热风生成装置的出风端与多级混合装置的进风端连接，支撑剂储存罐1的出料端与支撑剂输送泵2的进料端连接，支撑剂输送泵2的出料端与多级混合装置的进料端连接，多级混合装置的混合物出料端与开设在低煤阶储层内的煤层井的上端连接。
高温高压热风生成装置包括第一支架3、陶瓷加热箱体4、圆环支板5、若干个吸气泵6和气体收集环箱7，陶瓷加热箱体4为竖向设置的圆筒结构，陶瓷加热箱体4的底部固定安装在第一支架3上，圆环支板5同中心套设固定在陶瓷加热箱体4的外圆周下侧部，陶瓷加热箱体4的外圆周下侧部圆周阵列固定连接有若干块竖向设置的支撑筋板8，圆环支板5的下表面与各块支撑筋板8的上边沿固定连接，各个吸气泵6圆周阵列设置在陶瓷加热箱体4的一周并固定安装在圆环支板5的上表面上，每个吸气泵6的进气端均连接有一根吸气管9，气体收集环箱7套设在陶瓷加热箱体4的外圆周上侧部，每个吸气泵6的出气端均与气体收集环箱7通过一根输气管10连接，输气管10中安装有用于向气体收集环箱7内进气的单向阀，气体收集环箱7上圆周阵列设置若干根进气管11，气体收集环箱7与陶瓷加热箱体4通过各根进气管11固定连接并连通，陶瓷加热箱体4的外圆周右下侧部连接有一根位于圆环支板5下方的出风管12，出风管12的出风端通过三通（图未示，为常规部件）安装有第一送风管13和第二送风管14，陶瓷加热箱体4内均匀固定安装有若干根竖向设置的电加热棒15，各根电加热棒15的上端接头固定安装在陶瓷加热箱体4的顶板上，各根电加热棒15的下端接头固定安装在陶瓷加热箱体4的底板上，第一送风管13和第二送风管14上沿气流方向均安装有流量电控调节阀、耐高温流量计、压力表和温度计。
多级混合装置包括支撑剂分流环舱16、上混合箱体17、下混合箱体18、旋转混合筒19、混合物输出筒20、第一热风分流箱体21、第二热风分流箱体22和输送加压机构，上混合箱体17、下混合箱体18、第一热风分流箱体21和第二热风分流箱体22均为圆筒结构，支撑剂分流环舱16、上混合箱体17、下混合箱体18、旋转混合筒19、混合物输出筒20、第一热风分流箱体21和第二热风分流箱体22的中心线重合且均竖向设置，上混合箱体17的下端、下混合箱体18的上端、旋转混合筒19的上下两端、混合物输出筒20的上下两端和第一热风分流箱体21的上端均敞口，上混合箱体17、下混合箱体18、旋转混合筒19和混合物输出筒20由上至下依次设置且上下连通，下混合箱体18的上侧部呈上粗下细的圆锥筒结构，上混合箱体17的下端与下混合箱体18的上端固定连接，旋转混合筒19的上端转动连接在下混合箱体18的下端，旋转混合筒19的下端转动连接在混合物输出筒20的上端，下混合箱体18的外圆周固定连接有第二支架，混合物输出筒20的外圆周固定连接有第三支架，支撑剂分流环舱16套设在上混合箱体17的外圆周上侧部，支撑剂分流环舱16的外圆周上圆周阵列固定设置有若干根支撑剂进料管23，支撑剂分流环舱16与上混合箱体17通过各根支撑剂进料管23固定连接并连通，支撑剂储存罐1与支撑剂分流环舱16通过支撑剂输送管24连接，支撑剂输送泵2设置在支撑剂输送管24上，第一热风分流箱体21同中心设置在上混合箱体17内，第一热风分流箱体21的上端面固定连接在上混合箱体17内顶面，第一送风管13的出风端固定连接在上混合箱体17的顶部中心并与第一热风分流箱体21的内部连通，第一热风分流箱体21的外圆周上均匀间隔固定连接有若干根圆周阵列设置的热风分流管25，热风分流管25的出风端朝下弯折设置且不低于支撑剂进料管23的进料端，每根热风分流管25的出风端处均安装有下部敞口的矩形管26，矩形管26内安装有若干片竖向设置的激振声波发生片27，各片激振声波发生片27等距离间隔设置，相邻两片激振声波发生片27之间形成出风缝；输送加压机构包括活塞28、连杆29、曲柄30、第一减速电机31和固定座32，活塞28同中心滑动设置在下混合箱体18内且位于圆锥筒结构的下侧，活塞28为上大下小的T型圆柱结构，活塞28的上部外圆与下混合箱体18的下侧内壁滑动配合，活塞28的下端外圆周上固定连接有四块圆周阵列设置的水平支板33，四块水平支板33的外边沿为与下混合箱体18的内壁匹配接触的弧形边，连杆29竖向设置，活塞28的下端面中部固定设置有耳座34，连杆29的上端铰接在耳座34上，固定座32设置在下混合箱体18的右侧，第一减速电机31固定安装在固定座32的顶部，第一减速电机31的输出轴沿下混合箱体18的径向设置，第一减速电机31的输出轴的左端同轴传动连接有一根驱动轴35，驱动轴35的左端水平向左穿过下混合箱体18的右侧壁并伸入到下混合箱体18的内中部且位于活塞28的下方，驱动轴35转动连接在下混合箱体18的右侧壁上，曲柄30固定安装在驱动轴35的左端，连杆29的下端与曲柄30铰接，下混合箱体18的下端盖上均匀安装有若干个朝下喷射的第一喷头36，下混合箱体18通过各个第一喷头36与旋转混合筒19连通，第二热风分流箱体22同中心设置在旋转混合筒19的内中部且位于各个第一喷头36的正下方，第二热风分流箱体22的顶板上均匀安装有若干个朝上喷射的第二喷头37，第二送风管14的出风端穿过混合物输出筒20的侧壁伸入到混合物输出筒20内并沿混合物输出筒20的中心线向上弯折，第二送风管14的出风端固定连接第二热风分流箱体22的底部中心并与第二热风分流箱体22的内部连通，固定座32的左侧下部固定安装有第二减速电机38，第二减速电机38的输出轴竖向设置，第二减速电机38的输出轴上固定安装有主动带轮39，旋转混合筒19的外圆周上固定设置有从动带轮40，主动带轮39和从动带轮40通过传动带41传动连接，混合物输出筒20的下端与开设在低煤阶储层内的煤层井的上端连接。
驱动轴35外圆周和下混合箱体18的右侧壁之间设置有套设在驱动轴35外圆周上的第一密封圈42，旋转混合筒19的上端口内圆周套设在下混合箱体18的下端外圆周，旋转混合筒19的上端口内圆周与下混合箱体18的下端外圆周转动连接且之间设置有第二密封圈43，旋转混合筒19的下端口内圆周套设混合物输出筒20的上端外圆周，旋转混合筒19的下端口内圆周与混合物输出筒20的上端外圆周转动连接且之间设置有第三密封圈44。第一密封圈42实现驱动轴35与下混合箱体18的右侧壁之间的旋转密封，第二密封圈43实现旋转混合筒19与下混合箱体18的筒壁间的旋转密封，第三密封圈44实现旋转混合筒19与混合物输出筒20的筒壁间的旋转密封。
旋转混合筒的内壁上周向均匀设置有若干条沿轴向设置的螺旋凸棱45。
流量电控调节阀、耐高温流量计、压力表、温度计、单向阀、第二支架和第三支架在图中均未示，支撑剂输送泵2、吸气泵6、电加热棒15、流量电控调节阀、耐高温流量计、压力表、温度计、单向阀、激振声波发生片27、第一减速电机31和第二减速电机38均是现有常规器件，在市场上可购置。
热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统的工作方法，包括以下步骤：
（1）、通过高温高压热风生成装置生成高温高压的热风；
（2）、将高温高压的热风以及支撑剂同时通入到多级混合装置内；
（3）、使高温高压的热风和支撑剂在多级混合装置内充分混合；
（4）、将热风和支撑剂形成的混合物从多级混合装置排出并注入开设在低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中，支撑裂隙防止裂隙因应力释放而闭合，保持裂隙具有高导流能力，增加煤层气产量。
步骤（1）具体为：启动各个吸气泵6，各个吸气泵6分别通过吸气管9吸入空气，吸入的空气通过输气管10进入到气体收集环箱7中，气体收集环箱7中的空气再经由各根进气管11进入陶瓷加热箱体4内，同时使各根电加热棒15均通电，则各根电加热棒15对陶瓷加热箱体4内的空气进行加热，从而使陶瓷加热箱体4内的空气加热升压形成高温高压的热风。
步骤（2）具体为：陶瓷加热箱体4内的高温高压的热风通过出风管12分别进入第一送风管13和第二送风管14，通过第一送风管13和第二送风管14上的流量电控调节阀调节高温高压的热风的流量，耐高温流量计、压力表和温度计分别监测第一送风管13和第二送风管14内热风的流量、压力和温度，确保热风的状态可监测可控制，高温高压的热风通过第一送风管13进入到第一热风分流箱体21中，再经由各根热风分流管25进入到上混合箱体17中，同时高温高压的热风还通过第二送风管14进入到第二热风分流箱体22中，再经由各个第二喷头37向上喷入到旋转混合筒19中。
步骤（3）具体为：进入第一热风分流箱体21内的高温高压的热风经由各根热风分流管25进入到上混合箱体17中时，由于每根热风分流管25的出风端处均安装有下部敞口的矩形管26，矩形管26内安装有若干片竖向设置的激振声波发生片27，各片激振声波发生片27等距离间隔设置，相邻两片激振声波发生片27之间形成出风缝，则高温高压的热风从每根热风分流管25排出时，出口截面会突然减小，从而使高温高压的热风的流速增大，高流速的热风冲击激振声波发生片27从而产生振荡的高压热风流及声波，同时，启动支撑剂输送泵2、第一减速电机31和第二减速电机38，支撑剂输送泵2将支撑剂储存罐1中的支撑剂通过支撑剂输送管24泵入支撑剂分流环舱16中，再经由各根支撑剂进料管23进入上混合箱体17中，支撑剂便会与振荡的高压热风流进行一次混合，并在声波下进行振荡，从而加大了热风与支撑剂的混合均匀度，上混合箱体17内的热风和支撑剂所形成的一次混合物便会在气流和声波的作用向下进入下混合箱体18内，而第一减速电机31的输出轴传动驱动轴35转动，驱动轴35带动曲柄30转动，曲柄30便会通过连杆29驱动活塞28在下混合箱体18内上下往复运动，一次混合物便会在活塞28的抽吸力作用下通过活塞28的外圆周与下混合箱体18内壁之间的间隙向下流动，其中，活塞28沿下混合箱体18内壁向上移动到下混合箱体18上侧部的上粗下细的圆锥筒结构内部时，此时四块水平支板33的外边沿与下混合箱体18内壁滑动配合，活塞28的上部外圆与圆锥筒结构的内壁之间形成圆环形间隙，下混合箱体18内部上下贯通， 上混合箱体17中的一次混合物向下通过圆环形间隙移动到活塞28下方的下混合箱体18内部，接着活塞28向下移动，对流向活塞28下方的一次混合物进行加压，使加压后的一次混合物通过各个第一喷头36向下喷入旋转混合筒19中，则经由各个第二喷头37向上喷入到旋转混合筒19中高温高压的热风便会与加压后的一次混合物对喷形成涡流，从而进行二次混合，使支撑剂和热风混合均匀度更好，热风和支撑剂的二次混合物在旋转混合筒19内继续向下流动，此过程中，第二减速电机38的输出轴上的主动带轮39通过传动带41传动旋转混合筒19上的从动带轮40，如此，驱动旋转混合筒19持续转动，旋转混合筒19内壁上的各条螺旋凸棱45便会带动热风和支撑剂的二次混合物进一步旋转混合，从而使热风和支撑剂进行三次混合，达到最大混合均匀度。
步骤（4）具体为：热风和支撑剂三次混合后所形成的混合物继续向下流动并经过混合物输出筒20的下端口排出，之后注入开设在低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中，支撑裂隙防止裂隙因应力释放而闭合，保持裂隙具有高导流能力，增加煤层气产量。
本发明将生成的高温高压的热风与支撑剂均匀混合，首先是在上混合箱体17内将热风和支撑剂进行一次声波激振混合形成一次混合物，然后通过活塞28抽吸和加压将一次混合物通过下混合箱体18下端的各个第一喷头36向下喷入旋转混合筒19中，经由第二热风分流箱体22顶部的各个第二喷头37向上喷入到旋转混合筒19中高温高压的热风与加压后的一次混合物对喷形成涡流，从而进行二次混合，使支撑剂和热风混合均匀度更好，最后第二减速电机38的输出轴通过带传动机构驱动旋转混合筒19转动，旋转混合筒19内壁上的各条螺旋凸棱45便会带动热风和支撑剂的二次混合物进一步旋转混合，从而使热风和支撑剂进行三次混合，达到最大混合均匀度，热风和支撑剂三次混合后所形成的混合物继续向下流动并经过混合物输出筒20的下端口排出，之后注入开设在低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中，支撑裂隙防止裂隙因应力释放而闭合，保持裂隙具有高导流能力，增加煤层气产量，有效防止井下因混合物不均匀造成的局部堵塞现象发生。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统，其特征在于：包括高温高压热风生成装置、支撑剂储存罐、支撑剂输送泵和多级混合装置，高温高压热风生成装置的出风端与多级混合装置的进风端连接，支撑剂储存罐的出料端与支撑剂输送泵的进料端连接，支撑剂输送泵的出料端与多级混合装置的进料端连接，多级混合装置的混合物出料端与开设在低煤阶储层内的煤层井的上端连接。
2.根据权利要求1所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统，其特征在于：高温高压热风生成装置包括第一支架、陶瓷加热箱体、圆环支板、若干个吸气泵和气体收集环箱，陶瓷加热箱体为竖向设置的圆筒结构，陶瓷加热箱体的底部固定安装在第一支架上，圆环支板同中心套设固定在陶瓷加热箱体的外圆周下侧部，陶瓷加热箱体的外圆周下侧部圆周阵列固定连接有若干块竖向设置的支撑筋板，圆环支板的下表面与各块支撑筋板的上边沿固定连接，各个吸气泵圆周阵列设置在陶瓷加热箱体的一周并固定安装在圆环支板的上表面上，每个吸气泵的进气端均连接有一根吸气管，气体收集环箱套设在陶瓷加热箱体的外圆周上侧部，每个吸气泵的出气端均与气体收集环箱通过一根输气管连接，输气管中安装有用于向气体收集环箱内进气的单向阀，气体收集环箱上圆周阵列设置若干根进气管，气体收集环箱与陶瓷加热箱体通过各根进气管固定连接并连通，陶瓷加热箱体的外圆周右下侧部连接有一根位于圆环支板下方的出风管，出风管的出风端通过三通安装有第一送风管和第二送风管，陶瓷加热箱体内均匀固定安装有若干根竖向设置的电加热棒，各根电加热棒的上端接头固定安装在陶瓷加热箱体的顶板上，各根电加热棒的下端接头固定安装在陶瓷加热箱体的底板上，第一送风管和第二送风管上沿气流方向均安装有流量电控调节阀、耐高温流量计、压力表和温度计。
3.根据权利要求2所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统，其特征在于：多级混合装置包括支撑剂分流环舱、上混合箱体、下混合箱体、旋转混合筒、混合物输出筒、第一热风分流箱体、第二热风分流箱体和输送加压机构，上混合箱体、下混合箱体、第一热风分流箱体和第二热风分流箱体均为圆筒结构，支撑剂分流环舱、上混合箱体、下混合箱体、旋转混合筒、混合物输出筒、第一热风分流箱体和第二热风分流箱体的中心线重合且均竖向设置，上混合箱体的下端、下混合箱体的上端、旋转混合筒的上下两端、混合物输出筒的上下两端和第一热风分流箱体的上端均敞口，上混合箱体、下混合箱体、旋转混合筒和混合物输出筒由上至下依次设置且上下连通，下混合箱体的上侧部呈上粗下细的圆锥筒结构，上混合箱体的下端与下混合箱体的上端固定连接，旋转混合筒的上端转动连接在下混合箱体的下端，旋转混合筒的下端转动连接在混合物输出筒的上端，下混合箱体的外圆周固定连接有第二支架，混合物输出筒的外圆周固定连接有第三支架，支撑剂分流环舱套设在上混合箱体的外圆周上侧部，支撑剂分流环舱的外圆周上圆周阵列固定设置有若干根支撑剂进料管，支撑剂分流环舱与上混合箱体通过各根支撑剂进料管固定连接并连通，支撑剂储存罐与支撑剂分流环舱通过支撑剂输送管连接，支撑剂输送泵设置在支撑剂输送管上，第一热风分流箱体同中心设置在上混合箱体内，第一热风分流箱体的上端面固定连接在上混合箱体内顶面，第一送风管的出风端固定连接在上混合箱体的顶部中心并与第一热风分流箱体的内部连通，第一热风分流箱体的外圆周上均匀间隔固定连接有若干根圆周阵列设置的热风分流管，热风分流管的出风端朝下弯折设置且不低于支撑剂进料管的进料端，每根热风分流管的出风端处均安装有下部敞口的矩形管，矩形管内安装有若干片竖向设置的激振声波发生片，各片激振声波发生片等距离间隔设置，相邻两片激振声波发生片之间形成出风缝；输送加压机构包括活塞、连杆、曲柄、第一减速电机和固定座，活塞同中心滑动设置在下混合箱体内且位于圆锥筒结构的下侧，活塞为上大下小的T型圆柱结构，活塞的上部外圆与下混合箱体的下侧内壁滑动配合，活塞的下端外圆周上固定连接有四块圆周阵列设置的水平支板，四块水平支板的外边沿为与下混合箱体的内壁匹配接触的弧形边，连杆竖向设置，活塞的下端面中部固定设置有耳座，连杆的上端铰接在耳座上，固定座设置在下混合箱体的右侧，第一减速电机固定安装在固定座的顶部，第一减速电机的输出轴沿下混合箱体的径向设置，第一减速电机的输出轴的左端同轴传动连接有一根驱动轴，驱动轴的左端水平向左穿过下混合箱体的右侧壁并伸入到下混合箱体的内中部且位于活塞的下方，驱动轴转动连接在下混合箱体的右侧壁上，曲柄固定安装在驱动轴的左端，连杆的下端与曲柄铰接，下混合箱体的下端盖上均匀安装有若干个朝下喷射的第一喷头，下混合箱体通过各个第一喷头与旋转混合筒连通，第二热风分流箱体同中心设置在旋转混合筒的内中部且位于各个第一喷头的正下方，第二热风分流箱体的顶板上均匀安装有若干个朝上喷射的第二喷头，第二送风管的出风端穿过混合物输出筒的侧壁伸入到混合物输出筒内并沿混合物输出筒的中心线向上弯折，第二送风管的出风端固定连接第二热风分流箱体的底部中心并与第二热风分流箱体的内部连通，固定座的左侧下部固定安装有第二减速电机，第二减速电机的输出轴竖向设置，第二减速电机的输出轴上固定安装有主动带轮，旋转混合筒的外圆周上固定设置有从动带轮，主动带轮和从动带轮通过传动带传动连接，混合物输出筒的下端与开设在低煤阶储层内的煤层井的上端连接。
4.根据权利要求3所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统，其特征在于：驱动轴外圆周和下混合箱体的右侧壁之间设置有套设在驱动轴外圆周上的第一密封圈，旋转混合筒的上端口内圆周套设在下混合箱体的下端外圆周，旋转混合筒的上端口内圆周与下混合箱体的下端外圆周转动连接且之间设置有第二密封圈，旋转混合筒的下端口内圆周套设混合物输出筒的上端外圆周，旋转混合筒的下端口内圆周与混合物输出筒的上端外圆周转动连接且之间设置有第三密封圈。
5.根据权利要求4所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统，其特征在于：旋转混合筒的内壁上周向均匀设置有若干条沿轴向设置的螺旋凸棱。
6.如权利要求5所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、通过高温高压热风生成装置生成高温高压的热风；
（2）、将高温高压的热风以及支撑剂同时通入到多级混合装置内；
（3）、使高温高压的热风和支撑剂在多级混合装置内充分混合；
（4）、将热风和支撑剂形成的混合物从多级混合装置排出并注入开设在低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中，支撑裂隙防止裂隙因应力释放而闭合，保持裂隙具有高导流能力，增加煤层气产量。
7.根据权利要求6所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统的工作方法，其特征在于：步骤（1）具体为：启动各个吸气泵，各个吸气泵分别通过吸气管吸入空气，吸入的空气通过输气管进入到气体收集环箱中，气体收集环箱中的空气再经由各根进气管进入陶瓷加热箱体内，同时使各根电加热棒均通电，则各根电加热棒对陶瓷加热箱体内的空气进行加热，从而使陶瓷加热箱体内的空气加热升压形成高温高压的热风。
8.根据权利要求7中所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统的工作方法，其特征在于：步骤（2）具体为：陶瓷加热箱体内的高温高压的热风通过出风管分别进入第一送风管和第二送风管，通过第一送风管和第二送风管上的流量电控调节阀调节高温高压的热风的流量，耐高温流量计、压力表和温度计分别监测第一送风管和第二送风管内热风的流量、压力和温度，确保热风的状态可监测可控制，高温高压的热风通过第一送风管进入到第一热风分流箱体中，再经由各根热风分流管进入到上混合箱体中，同时高温高压的热风还通过第二送风管进入到第二热风分流箱体中，再经由各个第二喷头向上喷入到旋转混合筒中。
9.根据权利要求8中所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统的工作方法，其特征在于：步骤（3）具体为：进入第一热风分流箱体内的高温高压的热风经由各根热风分流管进入到上混合箱体中时，由于每根热风分流管的出风端处均安装有下部敞口的矩形管，矩形管内安装有若干片竖向设置的激振声波发生片，各片激振声波发生片等距离间隔设置，相邻两片激振声波发生片之间形成出风缝，则高温高压的热风从每根热风分流管排出时，出口截面会突然减小，从而使高温高压的热风的流速增大，高流速的热风冲击激振声波发生片从而产生振荡的高压热风流及声波，同时，启动支撑剂输送泵、第一减速电机和第二减速电机，支撑剂输送泵将支撑剂储存罐中的支撑剂通过支撑剂输送管泵入支撑剂分流环舱中，再经由各根支撑剂进料管进入上混合箱体中，支撑剂便会与振荡的高压热风流进行一次混合，并在声波下进行振荡，从而加大了热风与支撑剂的混合均匀度，上混合箱体内的热风和支撑剂所形成的一次混合物便会在气流和声波的作用向下进入下混合箱体内，而第一减速电机的输出轴传动驱动轴转动，驱动轴带动曲柄转动，曲柄便会通过连杆驱动活塞在下混合箱体内上下往复运动，一次混合物便会在活塞的抽吸力作用下通过活塞的外圆周与下混合箱体内壁之间的间隙向下流动，其中，活塞沿下混合箱体内壁向上移动到下混合箱体上侧部的上粗下细的圆锥筒结构内部时，此时四块水平支板的外边沿与下混合箱体内壁滑动配合，活塞的上部外圆与圆锥筒结构的内壁之间形成圆环形间隙，下混合箱体内部上下贯通，上混合箱体中的一次混合物向下通过圆环形间隙移动到活塞下方的下混合箱体内部，接着活塞向下移动，对流向活塞下方的一次混合物进行加压，使加压后的一次混合物通过各个第一喷头向下喷入旋转混合筒中，则经由各个第二喷头向上喷入到旋转混合筒中高温高压的热风便会与加压后的一次混合物对喷形成涡流，从而进行二次混合，使支撑剂和热风混合均匀度更好，热风和支撑剂的二次混合物在旋转混合筒内继续向下流动，此过程中，第二减速电机的输出轴上的主动带轮通过传动带传动旋转混合筒上的从动带轮，如此，驱动旋转混合筒持续转动，旋转混合筒内壁上的各条螺旋凸棱便会带动热风和支撑剂的二次混合物进一步旋转混合，从而使热风和支撑剂进行三次混合，达到最大混合均匀度。
10.根据权利要求8中所述的热风支撑剂混合提高煤层气产率的系统的工作方法，其特征在于：步骤（4）具体为：热风和支撑剂三次混合后所形成的混合物继续向下流动并经过混合物输出筒的下端口排出，之后注入开设在低煤阶储层内的煤层井中，对煤层进行加热，产生大量的人造裂隙，提高煤层气的解析速率，同时，支撑剂充填到裂隙中，支撑裂隙防止裂隙因应力释放而闭合，保持裂隙具有高导流能力，增加煤层气产量。
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