CN112177558B - 一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置，包括伸入到地层井内的钻柱和钻头组件，封堵系统穿过钻柱，输气管线通过绞线盘分别与气泵及封堵系统的通气孔固定连接，气泵对封堵系统上的数个通过气管连接的密封气囊进行充气，使密封气囊膨胀并与井内壁接触，密封气囊固定在连接环或底端连接环上，在两个连接环或连接环与底端连接环之间设置有密封壳，在底端连接环下端设置有定位封堵系统下降深度的里程轮。本发明结构简单、设计合理，能够在不影响开采作业的情况下快速封堵住泄漏处，防止钻井液流失和煤层气泄露。

Description

一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置
技术领域
本发明涉及地下煤气化开采技术领域，具体的说是一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置。
背景技术
地下煤气化是将地下赋存的煤在煤层内燃烧、气化成煤气，输送到地面，作为能源或化工原料，特别适用于常规方法不可采或开采不经济的煤层，以及煤矿的二次或多次复采。地下煤气化的主要产物为一氧化碳、氢气、二氧化碳、硫化氢、甲烷、有机硫等。如果开采过程中，井壁产生裂缝，会造成煤层气通过裂缝进入地层，其中硫化氢、一氧化碳等有害气体进入地层后会对地层造成严重的污染，因此必须进行封堵。常规的注水泥封堵井壁裂缝的方法是在停工停产的情况下进行的，不仅会耽误工期，严重的会造成巨大的经济损失。因此，提供一种地下煤气化开采过程泄露封堵装置，在实现泄露快速封堵的同时又不影响正常钻井作业具有重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种在不影响开采作业的情况下能够快速封堵泄漏处的封堵装置。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置，包括伸入到地层井内的钻柱和钻头组件，封堵系统穿过钻柱，输气管线通过绞线盘分别与气泵及封堵系统的通气孔固定连接，气泵对封堵系统上的数个通过气管连接的密封气囊进行充气，使密封气囊膨胀并与井内壁接触，密封气囊固定在连接环或底端连接环上，在两个连接环或连接环与底端连接环之间设置有密封壳，在底端连接环下端设置有定位封堵系统下降深度的里程轮。
本发明的进一步改进在于：钻柱由数个钻杆依次连接而成，每个钻杆均包括公接头和母接头，其中一个钻杆的公接头和另一个钻杆的母接头连接，钻头组件通过最下端的钻柱的公接头固定。
本发明的进一步改进在于：封堵系统还包括在两个连接环或连接环与底端连接环之间设置的安装支撑机构的支撑机构安装装置，支撑机构安装装置包括两个固定环和均匀设置在两个固定环之间的数个滑轨，在固定环内侧设置有固定滑轨端部的安装槽，在于安装槽位置对应的固定环外侧设置有与安装槽连通的固定孔，螺丝穿过固定孔将滑轨端部固定在固定环上，固定环与连接环或底端连接环通过螺栓连接，在每个滑轨上均设置有两个滑块，在每个固定环上均设置有支撑机构固定机构。
本发明的进一步改进在于：支撑机构包括连接器和固定在连接器上下两端的弓簧，每个弓簧的另外一端均通过螺钉与对应的滑块连接，在滑块端部固定安装有滑块固定安装座，在滑块固定安装座两侧均安装有磁铁，在磁铁上端设置有挡柱，在每个连接器上均设置有两个滑轮。
本发明的进一步改进在于：支撑机构固定机构包括穿过滑轨与固定环固定安装的电子磁铁安装座，在电子磁铁安装座上表面设置有固定安装板，在电子磁铁安装座的两侧设置有电子磁铁，在固定安装板上设置有推杆，推杆与气缸推杆连接，气缸推杆与气缸密封连接，在气缸两侧设置有与挡柱配合锁定支撑机构的伸缩杆。
本发明的进一步改进在于：在连接环上设置有卡槽，密封气囊固定在卡槽内，固定在连接环上的密封气囊上设置有上下分布的两个气嘴，两个气嘴分别插入到连接环上的通气孔中，输气管线与最上端的连接环上侧的通气孔连接。
本发明的进一步改进在于：在底端连接环上设置有安装密封气囊的卡槽，固定在底端连接环上的密封气囊上设置有一个气嘴，在底端连接环上设置有一个与气嘴配合的气孔，在底端连接环下端设置有安装柱，通过安装柱的安装孔，固定安装滚珠轴承以及里程轮。
本发明的有益效果是：1、可以在井内壁泄露点快速形成可移动的封堵井管，防止钻井液流失和煤层气泄露。
2、本发明采用的弓簧和连接器组合方式，在弓簧的弹力及恢复力的作用下，始终保证连接器与钻柱表面紧密接触，对封堵系统起到支撑的作用，同时也保证钻采作业过程中，钻柱可以顺利通过封堵系统，无论是在钻柱向下钻井还是向上起钻过程中都不影响正常作业的情况。
3、本发明采用电子磁铁通电带磁吸引磁铁，从而带动滑块运动到滑轨的一端，然后通过推杆推动气缸推杆将伸缩杆推出气缸，在起钻过程中，在挡柱的作用下保证滑块固定不动，从而保证弓簧不会因为在钻柱与连接器的摩擦力作用下，沿井轴向过度运动而产生不可逆变形，确保弓簧遇到钻柱变径的区域，沿着井径向运动的同时也沿着径向张开。
本发明结构简单、设计合理，能够在不影响开采作业的情况下快速封堵住泄漏处，防止钻井液流失和煤层气泄露。
附图说明
图1是本发明工作示意图。
图2是本发明结构示意图。
图3是本发明部分示意图。
图4是本发明俯视图。
图5是支撑机构安装装置示意图。
图6是固定环示意图。
图7是连接环示意图。
图8是底端连接环示意图。
图9是固定在连接环上的密封气囊示意图。
图10是支撑机构示意图。
图11是电子磁铁安装座示意图。
其中：1-地层；2-钻杆，201-母接头、202-公接头；3-钻头组件；4-气泵；5-绞线盘；6-输气管线；7-封堵系统，701-密封气囊、702-密封壳、703-连接环，7031-通气孔、7032-卡槽、7033-连接环安装孔、704-滑轨、705-底端连接环，7051-气孔、7052-卡槽、7053-安装柱、7054-安装孔、706-里程轮、707-滚珠轴承、708-推杆、709-气缸推杆、710-气缸、711-伸缩杆、712-固定安装板、713-电子磁铁、714-挡柱、715-磁铁、716-滑块、717-滑块固定安装座、718-固定环、7181-固定孔、7182-安装孔、7183-安装槽、719-电子磁铁安装座、720-气管、721-螺钉、722-弓簧、723-滑轮、724-连接器。
具体实施方式
为了加强对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明进行详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1-11所示，本发明是一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置，包括伸入到地层1井内的钻柱和钻头组件3，封堵系统7穿过钻柱，输气管线6通过绞线盘5分别与气泵4及封堵系统7的通气孔7031固定连接，气泵4对封堵系统7上的数个通过气管720连接的密封气囊701进行充气，使密封气囊701膨胀并与井内壁接触，密封气囊701固定在连接环703或底端连接环705上，在两个连接环703或连接环703与底端连接环705之间设置有密封壳702，在底端连接环705下端设置有定位封堵系统7下降深度的里程轮706。
钻柱由数个钻杆2依次连接而成，每个钻杆2均包括公接头202和母接头201，其中一个钻杆2的公接头202和另一个钻杆2的母接头201连接，钻头组件通过最下端的钻柱的公接头202固定。
封堵系统7还包括在两个连接环703或连接环703与底端连接环705之间设置的安装支撑机构的支撑机构安装装置，支撑机构安装装置包括两个固定环718和均匀设置在两个固定环718之间的数个滑轨704，优选的，滑轨704的数量为8个，在固定环718内侧设置有固定滑轨704端部的安装槽7183，在于安装槽7183位置对应的固定环718外侧设置有与安装槽7183连通的固定孔，螺丝穿过固定孔将滑轨704端部固定在固定环718上，固定环718与连接环703或底端连接环705通过螺栓连接，在每个滑轨704上均设置有两个滑块716，滑块716通过槽连接的方式，与滑轨704配合安装，滑块716可沿着滑轨704移动，在每个固定环718上均设置有支撑机构固定机构。固定环718上的固定环安装孔7182与连接环703上的连接环安装孔7033或底端连接环705上的安装孔7054同轴设置，并通过螺栓连接固定环718与连接环703或底端连接环705。
支撑机构包括连接器724和固定在连接器724上下两端的弓簧722，弓簧722可变形，每个弓簧722的另外一端均通过螺钉721与对应的滑块716连接，在滑块716端部固定安装有滑块固定安装座717，在滑块固定安装座717两侧均安装有磁铁715，在磁铁715上端设置有挡柱714，在每个连接器724上均设置有两个滑轮723，滑轮723通过轴固定在连接器724上。
支撑机构固定机构包括穿过滑轨704与固定环718固定安装的电子磁铁安装座719，在电子磁铁安装座719上表面设置有固定安装板712，在电子磁铁安装座719的两侧设置有电子磁铁713，电子磁铁713通电时带磁，断电失去磁性，在固定安装板712上设置有推杆708，推杆708与气缸推杆709连接，气缸推杆709与气缸710密封连接，在气缸710两侧设置有与挡柱714配合锁定支撑机构的伸缩杆711，通过推杆708推动气缸推杆709，气缸推杆709压缩空气，推动伸缩杆711向外延伸。
在连接环703上设置有卡槽7032，密封气囊701固定在卡槽7032内，固定在连接环703上的密封气囊701上设置有上下分布的两个气嘴，两个气嘴分别插入到连接环703上的通气孔7031中，输气管线6与最上端的连接环703上侧的通气孔7031连接。在每个支撑机构安装装置上下两侧的两个连接环703或连接环703与底端连接环705之间均设置有一个气管720，且数个气管720同轴设置，通过气管720与密封气囊701上的气嘴、通气孔7031和气孔7051形成进气管路。
在底端连接环705上设置有安装密封气囊701的卡槽7052，固定在底端连接环705上的密封气囊701上设置有一个气嘴，在底端连接环705上设置有一个与气嘴配合的气孔7051，在底端连接环705下端设置有安装柱7053，安装柱7053焊接固定在所述底端连接环705上，通过安装柱7053的安装孔7054，固定安装滚珠轴承707以及里程轮706。
当发现井壁存在泄漏时，首先在钻杆2组合成钻柱之前将封堵系统7穿过钻柱，然后在绞线盘5以及输气管线6的共同作用下往井下运动，同时通过里程轮706定位封堵系统7下降的深度，从而将封堵系统7下降至泄漏点；然后，通过气泵4向密封气囊701内部注入气体，由于密封气囊701与密封气囊701之间通过气管720连通，所以所有密封气囊701都会注入气体，密封气囊701在气压的作用下膨胀与井内壁接触，同时结合密封壳702实现泄露点的封堵。
钻进的时候，钻柱往下运动，滑轨704上端的电子磁铁713通电带磁，吸引磁铁715，从而带动滑块716往上运动，然后控制推杆708推动气缸推杆709，对气缸710内气体进行压缩，推动气缸710两侧的伸缩杆711往外运动，在挡柱714的限位作用下，滑块716不随钻柱往下运动而往下运动，在通过钻柱变径区域，弓簧722和连接器724朝井径向运动，且连接器724的滑轮723始终与钻柱紧贴；同时，滑轨704下端的电子磁铁713不带电失去磁性，对磁铁715没有吸引力，推杆708拉动气缸推杆709运动，气缸710内部产生低压，气缸710两侧的伸缩杆711收缩运动，挡柱714没有限位作用，因此下端的滑块716可以沿着滑轨704自由运动。
在起钻过程中，钻柱往上运动，滑轨704下端的电子磁铁713通电带磁，从而吸引磁铁715，从而带动滑块716往下运动，然后控制推杆708推动气缸推杆709，对气缸710内气体进行压缩，从而推动气缸710两侧的伸缩杆711往外运动，在挡柱714的限位作用下，滑块716不随钻柱往上运动而往上运动，在通过钻柱变径区域，弓簧722和连接器724朝井径向运动，且连接器724的滑轮723始终与钻柱紧贴；同时，滑轨704上端的电子磁铁713不带电失去磁性，对磁铁715没有吸引力，推杆708拉动气缸推杆709运动，气缸710内部产生低压，气缸710两侧的伸缩杆711收缩运动，挡柱714没有限位作用，因此上端的滑块716可以沿着滑轨704自由运动。
本发明结构简单、设计合理，能够在不影响开采作业的情况下快速封堵住泄漏处，防止钻井液流失和煤层气泄露。
以上内容对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置，包括伸入到地层井内的钻柱和钻头组件，其特征在于：封堵系统穿过所述钻柱，输气管线通过绞线盘分别与气泵及所述封堵系统的通气孔固定连接，所述气泵对所述封堵系统上的数个通过气管连接的密封气囊进行充气，使所述密封气囊膨胀并与井内壁接触，所述密封气囊固定在连接环或底端连接环上，在两个连接环或连接环与所述底端连接环之间设置有密封壳，在所述底端连接环下端设置有定位所述封堵系统下降深度的里程轮，所述封堵系统还包括在两个所述连接环或所述连接环与所述底端连接环之间设置的安装支撑机构的支撑机构安装装置，所述支撑机构安装装置包括两个固定环和均匀设置在两个固定环之间的数个滑轨，在所述固定环内侧设置有固定所述滑轨端部的安装槽，在于所述安装槽位置对应的所述固定环外侧设置有与所述安装槽连通的固定孔，螺丝穿过所述固定孔将所述滑轨端部固定在所述固定环上，所述固定环与所述连接环或底端连接环通过螺栓连接，在每个所述滑轨上均设置有两个滑块，在每个所述固定环上均设置有支撑机构固定机构，所述支撑机构包括连接器和固定在连接器上下两端的弓簧，每个所述弓簧的另外一端均通过螺钉与对应的所述滑块连接，在所述滑块端部固定安装有滑块固定安装座，在所述滑块固定安装座两侧均安装有磁铁，在所述磁铁上端设置有挡柱，在每个所述连接器上均设置有两个滑轮。
2.根据权利要求1所述一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置，其特征在于：所述钻柱由数个钻杆依次连接而成，每个所述钻杆均包括公接头和母接头，其中一个所述钻杆的所述公接头和另一个所述钻杆的所述母接头连接，所述钻头组件通过最下端的所述钻柱的所述公接头固定。
3.根据权利要求1所述一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置，其特征在于：所述支撑机构固定机构包括穿过所述滑轨与所述固定环固定安装的电子磁铁安装座，在所述电子磁铁安装座上表面设置有固定安装板，在所述电子磁铁安装座的两侧设置有电子磁铁，在所述固定安装板上设置有推杆，所述推杆与气缸推杆连接，所述气缸推杆与气缸密封连接，在所述气缸两侧设置有与所述挡柱配合锁定所述支撑机构的伸缩杆。
4.根据权利要求1-3任意一项所述一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置，其特征在于：在所述连接环上设置有卡槽，所述密封气囊固定在所述卡槽内，固定在所述连接环上的所述密封气囊上设置有上下分布的两个气嘴，两个气嘴分别插入到所述连接环上的通气孔中，所述输气管线与最上端的所述连接环上侧的所述通气孔连接。
5.根据权利要求4所述一种新型地下煤气化开采过程泄露封堵装置，其特征在于：在所述底端连接环上设置有安装所述密封气囊的卡槽，固定在所述底端连接环上的所述密封气囊上设置有一个气嘴，在所述底端连接环上设置有一个与所述气嘴配合的气孔，在所述底端连接环下端设置有安装柱，通过所述安装柱的安装孔，固定安装滚珠轴承以及里程轮。
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