CN113187448B - 一种多煤层煤层气合采设备 - Google Patents

Abstract

一种多煤层煤层气合采设备，包括安装筒，安装筒的内侧筒壁上设置有八组行走机构，其中四组行走机构均匀布置在安装筒的上方筒壁上，另外四组行走机构均匀布置在安装筒的下方筒壁上；综上所述，本发明可以同时开采多层煤层气，且不受煤层数量的限制，并且有效的防止多层煤层气同时开采时的煤层气倒灌问题；在开采时不受煤层深度的限制，任意行进至任意位置进行开采，可以加快开采速度，在同一煤层防止多台设备可成倍增加开采效率。

Description

一种多煤层煤层气合采设备

技术领域

本发明属于煤层气开采技术领域，具体涉及一种多煤层煤层气合采设备。

背景技术

为了提高煤层气的单井开采量，目前国内除了使用稳定的单层压裂开采方式外，还在多煤层压裂合采的模式进行了很多的探索，探索出的多煤层合采技术却在开采中没有展示出过多的优势，其中一个很主要的原因就是多煤层在同时开采的时候常常发生煤层间的干扰，也就是由于各个煤层之间的压力不一样，在开采的时候造成煤层气倒灌，对正常的开采造成干扰，也对煤层造成一定的伤害。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种多煤层煤层气合采设备，该合采设备可以在开采的时候合理的利用井内布局，使用单向阀配合开采，有效防止煤层气倒灌。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多煤层煤层气合采设备，包括安装筒，安装筒的内侧筒壁上设置有八组行走机构，其中四组行走机构均匀布置在安装筒的上方筒壁上，另外四组行走机构均匀布置在安装筒的下方筒壁上；安装筒的筒壁上设置有四个安装口，每个安装口内安装有煤层气合采装置，煤层气合采装置包括内部输气机构、外部输气机构和两组悬挂机构，内部输气机构和外部输气机构通过两组悬挂机构安装在安装筒的安装口处，且内部输气机构位于安装筒内，外部输气机构位于安装筒的外侧，内部输气机构通过输气软管与外部输气机构连接。

安装筒包括上筒体和下筒体，上筒体和下筒体结构相同，且上筒体和下筒体上下对称设置，上筒体由四块长侧板和四块短侧板组成，长侧板和短侧板均为弧面结构，长侧板和短侧板交替设置，长侧板与短侧板通过螺栓连接；

上筒体的长侧板和对应的下筒体的长侧板之间通过螺栓连接，上筒体的短侧板和对应的下筒体的短侧板之间形成安装口，所述安装口处的煤层气合采装置的两组悬挂机构分别安装在上筒体的短侧板和下筒体的短侧板的内侧面上；

四组行走机构安装在上筒体的内侧壁上，且每组行走机构安装在上筒体的长侧板上；四组行走机构安装在下筒体的内侧壁上，且每组行走机构安装在下筒体的长侧板上。

安装在上筒体长侧板上的行走机构包括杆状的弹簧悬架，弹簧悬架沿上筒体的径向方向设置，弹簧悬架的外端穿过上筒体的筒壁且可沿径向方向移动，弹簧悬架上安装有第一弹簧，弹簧悬架的内端安装有轮毂电机。

悬挂机构包括悬挂固定架、两块方板和两组液压缸，两块方板的下方通过两根连接杆固定连接，两块方板的上方通过两根连接螺栓固定连接，其中两组液压缸安装在两块方板下部之间，两组液压缸左右并排设置，其中一组液压缸的的推杆部朝向安装筒的外侧，另外一组液压缸的推杆部朝向安装筒的内侧；

悬挂固定架由固定杆和安装板组成，安装板上开设有两个孔，两根连接螺栓穿设在安装板的两个孔内，每根连接螺栓上套设有两根第二弹簧，安装板位于两根第二弹簧之间；

悬挂机构通过悬挂固定架的固定杆固定在短侧板上，且悬挂机构的两组液压缸的推杆部分别与内部输气机构和外部输气机构连接，其中一组液压缸推动内部输气机构向安装筒的内侧移动，另外一组液压缸推动外部输气机构向安装筒的外侧移动。

内部输气机构包括内挡板，内挡板为弧面结构，内挡板的内侧面外周连接有第一弹性橡胶圈，第一弹性橡胶圈凸出于内挡板的内侧面，内挡板的中部开设有内钻头工作孔；内挡板的外侧面设置有两个第一液压缸推杆连接处，煤层气合采装置的两组悬挂机构的液压缸分别连接在内挡板的外侧面的两个第一液压缸推杆连接处；

内挡板的外侧面密封固定有第一安装盒，第一安装盒上设置有内连接头，第一安装盒内安装有内钻头和钻孔机构，钻孔机构驱动内钻头超内钻头工作孔方向钻孔。

钻孔机构包括钻孔电机和钻孔推进组件，钻孔电机的主轴朝向内钻头工作孔，内钻头安装在钻孔电机的主轴上，钻孔推进组件用于驱动钻孔电机朝向内钻头工作孔方向移动。

钻孔推进组件包括钻孔推进板、丝杠电机和光轴，内钻头工作孔位于丝杠电机和光轴之间，钻孔推进板上设置有丝杠滑块，钻孔推进板上开设有光轴限位孔，钻孔推进板安装在丝杠电机的丝杠上和光轴上，其中丝杠电机的丝杠与钻孔推进板上的丝杠滑块螺纹配合，光轴穿过钻孔推进板上的光轴限位孔，钻孔电机安装在钻孔推进板的中部。

外部输气机构包括外挡板，外挡板为弧面结构，外挡板的外侧面外周连接有第二弹性橡胶圈，第二弹性橡胶圈凸出于外挡板的外侧面，外挡板上开设有外钻头工作孔；外挡板的内侧面设置有两个第二液压缸推杆连接处，煤层气合采装置的两组悬挂机构的液压缸分别连接在外挡板的内侧面的两个第二液压缸推杆连接处；

外挡板的内侧面密封固定有第二安装盒和第三安装盒，第二安装盒内安装有外钻头和钻孔机构，钻孔机构驱动外钻头超外钻头工作孔方向钻孔，第三安装盒上设置有外连接头，外连接头通过输气软管与内连接头连接；

第三安装盒与第二安装盒之间设置有连通孔，在第三安装盒内设置有单向输气组件。

第二安装盒内的钻孔机构和第一安装盒内的钻孔机构结构相同；

第三安装盒内具有安装腔，单向输气组件位于安装腔内，单向输气组件包括金属球和第三弹簧，连通孔处设置有橡胶圆环，第三弹簧支撑在金属球和安装腔内壁上，在第三弹簧的弹力下，金属球抵在连通孔处橡胶圆环上，金属球封堵第三安装盒与第二安装盒之间的连通孔。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明可以同时开采多层煤层气，且不受煤层数量的限制，并且有效的防止多层煤层气同时开采时的煤层气倒灌问题；在开采时不受煤层深度的限制，任意行进至任意位置进行开采，可以加快开采速度，在同一煤层防止多台设备可成倍增加开采效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的轴测图；

图3是安装筒的结构示意图；

图4是行走机构的结构示意图；

图5是悬挂机构的结构示意图；

图6是内部输气机构的内侧面视图；

图7是内部输气机构的外侧面视图；

图8是钻孔推进板位于第一安装盒内的位置示意图；

图9是钻孔推进组件安装在第一安装盒内的示意图；

图10是钻孔机构的结构示意图；

图11是外部输气机构的外侧面视图；

图12是外部输气机构的内侧面视图；

图13是单向输气组件的结构示意图；

图14是第二安装盒内部结构示意图；

图15是连通孔的位置示意图；

图16是本发明的工作状态图。

具体实施方式

如图1-16所示，本发明的多煤层煤层气合采设备，包括安装筒1，安装筒1的内侧筒壁上设置有八组行走机构2，其中四组行走机构2均匀布置在安装筒1的上方筒壁上，另外四组行走机构2均匀布置在安装筒1的下方筒壁上；安装筒1的筒壁上设置有四个安装口3，每个安装口3内安装有煤层气合采装置，煤层气合采装置包括内部输气机构4、外部输气机构5和两组悬挂机构6，内部输气机构4和外部输气机构5通过两组悬挂机构6安装在安装筒1的安装口3处，且内部输气机构4位于安装筒1内，外部输气机构5位于安装筒1的外侧，内部输气机构4通过输气软管7与外部输气机构5连接。

安装筒1包括上筒体104和下筒体105，上筒体104和下筒体105结构相同，且上筒体104和下筒体105上下对称设置，上筒体104由四块长侧板8和四块短侧板9组成，长侧板8和短侧板9均为弧面结构，长侧板8和短侧板9交替设置，长侧板8与短侧板9通过螺栓连接；

上筒体104的长侧板8和对应的下筒体105的长侧板8之间通过螺栓连接，上筒体104的短侧板9和对应的下筒体105的短侧板9之间形成安装口3，所述安装口3处的煤层气合采装置的两组悬挂机构6分别安装在上筒体104的短侧板9和下筒体105的短侧板9的内侧面上；

四组行走机构2安装在上筒体104的内侧壁上，且每组行走机构2安装在上筒体104的长侧板8上；四组行走机构2安装在下筒体105的内侧壁上，且每组行走机构2安装在下筒体105的长侧板8上。

安装在上筒体104长侧板8上的行走机构2包括杆状的弹簧悬架10，弹簧悬架10沿上筒体104的径向方向设置，弹簧悬架10的外端穿过上筒体104的筒壁且可沿径向方向移动，弹簧悬架10上安装有第一弹簧11，弹簧悬架10的内端安装有轮毂电机12。

悬挂机构6包括悬挂固定架、两块方板13和两组液压缸14，两块方板13的下方通过两根连接杆15固定连接，两块方板13的上方通过两根连接螺栓16固定连接，其中两组液压缸14安装在两块方板13下部之间，两组液压缸14左右并排设置，其中一组液压缸14的的推杆部朝向安装筒1的外侧，另外一组液压缸14的推杆部朝向安装筒1的内侧；

悬挂固定架由固定杆17和安装板18组成，安装板18上开设有两个孔，两根连接螺栓16穿设在安装板18的两个孔内，每根连接螺栓16上套设有两根第二弹簧19，安装板18位于两根第二弹簧19之间；

悬挂机构6通过悬挂固定架的固定杆17固定在短侧板9上，且悬挂机构6的两组液压缸14的推杆部分别与内部输气机构4和外部输气机构5连接，其中一组液压缸14推动内部输气机构4向安装筒1的内侧移动，另外一组液压缸14推动外部输气机构5向安装筒1的外侧移动。

内部输气机构4包括内挡板20，内挡板20为弧面结构，内挡板20的内侧面外周连接有第一弹性橡胶圈21，第一弹性橡胶圈21凸出于内挡板20的内侧面，内挡板20的中部开设有内钻头工作孔22；内挡板20的外侧面设置有两个第一液压缸推杆连接处23，煤层气合采装置的两组悬挂机构6的液压缸14分别连接在内挡板20的外侧面的两个第一液压缸推杆连接处23；

内挡板20的外侧面密封固定有第一安装盒24，第一安装盒24上设置有内连接头25，第一安装盒24内安装有内钻头26和钻孔机构，钻孔机构驱动内钻头26超内钻头工作孔22方向钻孔。

钻孔机构包括钻孔电机27和钻孔推进组件，钻孔电机27的主轴朝向内钻头工作孔22，内钻头26安装在钻孔电机27的主轴上，钻孔推进组件用于驱动钻孔电机27朝向内钻头工作孔22方向移动。

钻孔推进组件包括钻孔推进板28、丝杠电机29和光轴30，内钻头工作孔22位于丝杠电机29和光轴30之间，钻孔推进板28上设置有丝杠滑块31，钻孔推进板28上开设有光轴限位孔32，钻孔推进板28安装在丝杠电机29的丝杠上和光轴30上，其中丝杠电机29的丝杠与钻孔推进板28上的丝杠滑块31螺纹配合，光轴30穿过钻孔推进板28上的光轴限位孔32，钻孔电机27安装在钻孔推进板28的中部。

外部输气机构5包括外挡板33，外挡板33为弧面结构，外挡板33的外侧面外周连接有第二弹性橡胶圈34，第二弹性橡胶圈34凸出于外挡板33的外侧面，外挡板33上开设有外钻头工作孔35；外挡板33的内侧面设置有两个第二液压缸推杆连接处36，煤层气合采装置的两组悬挂机构6的液压缸14分别连接在外挡板33的内侧面的两个第二液压缸推杆连接处36；

外挡板33的内侧面密封固定有第二安装盒37和第三安装盒38，第二安装盒37内安装有外钻头39和钻孔机构，钻孔机构驱动外钻头39超外钻头工作孔35方向钻孔，第三安装盒38上设置有外连接头40，外连接头40通过输气软管7与内连接头25连接；

第三安装盒38与第二安装盒37之间设置有连通孔41，在第三安装盒38内设置有单向输气组件。

第二安装盒37内的钻孔机构和第一安装盒24内的钻孔机构结构相同；

第三安装盒38内具有安装腔42，单向输气组件位于安装腔42内，单向输气组件包括金属球43和第三弹簧44，连通孔41处设置有橡胶圆环45，第三弹簧44支撑在金属球43和安装腔42内壁上，在第三弹簧44的弹力下，金属球43抵在连通孔41处橡胶圆环45上，金属球43封堵第三安装盒38与第二安装盒37之间的连通孔41。

在进行多煤层合采时(本实施例以双层煤层合采举例)，现在钻井内贯穿煤层安装两根管道，分别为生产管100和外套管101，其中生产管100安装在外套管101内，生产管100顶部连接集气装置，用来收集煤层气，外套管101则直接与煤层接触，在安装好生产管100与外套管101后，将两组合采设备采用同心的方式依次放入生产管100与外套管101之间的夹层内，在放置设备时，弹簧悬架10可以依靠第一弹簧11的弹性将设备支撑固定在生产管100的外壁上，此时驱动轮毂电机12，使下方的合采设备向下方行进，移动至与煤层二102内部，然后再驱动合采设备的轮毂电机12，使合采设备行进至煤层一103内部；

在合采设备分别行走至指定位置后，将轮毂电机12刹车，然后驱动悬挂机构6上的两组液压缸14，使得内部输气机构4与外部输气机构5分别相两侧推进，由于悬挂机构6上的两个第二弹簧19的存在，内部输气机构4与外部输气机构5可自动找平，在内部输气机构4的外表面贴近生产管100，并且第一弹性橡胶圈21与生产管100外壁贴合，密封挤压变形，外部输气机构5的表面贴近外套管101内壁，第二弹性橡胶圈34与外套管101贴合，密封挤压变形后停止两组液压缸14的推进，此时内部输气机构4的内挡板20与生产管100表面密封，外部输气机构5的外挡板33与外套管101表面密封；

接着驱动内部输气机构4内的钻头电机带动内钻头26旋转，然后驱动内部输气机构4内的丝杆电机带动丝杆滑块与钻头推进板向内钻头工作孔22方向移动，使得内钻头26从内钻头工作孔22探出，并且在生产管100表面在进行钻孔，钻孔完成后，再次驱动丝杆电机将内钻头26收回；然后再次驱动外部输气机构5内的钻头电机带动外钻头39旋转，然后驱动外部输气机构5内的丝杆电机带动丝杆滑块与钻头推进板向外钻头工作孔35方向移动，使得外钻头39从外钻头工作孔35探出，并且在外套管101内壁进行钻孔，钻孔完成后，再次驱动丝杆电机将内钻头26收回；

此时煤层气通过外部输气机构5表面进入外钻头工作孔35内，(由于第二弹性橡胶圈34的存在，此处不存在漏气的情况)，并通过外钻头工作孔35进入外部输气机构5的第二安装盒37，再由连通孔41进入第三安装盒38，由于气体的压力，可将金属球43推动，气体可经由金属球43四周与第三弹簧44流至外连接头40(此时，如果有外部气流从外连接头40反向流向金属球43，金属球43则由于受到第三弹簧44的推力原因抵在橡胶圆环45上，形成阻塞，无法流通)，煤层气通过外连接头40和输气软管7进入内部输气机构4的内连接头25，再次通过内连接头25流至第一安装盒24内部，然后依次通过内钻头工作孔22、刚刚在生产管100表面制作的钻孔，流至生产管100内(由于第一弹性橡胶圈21的存在，此处不存在漏气情况)，通过上述操作，则可以在外套管101与生产管100之间使用合采设备建立一条连接煤层一103密封的带有单向阀的链路，可以进行输气操作；重复上述操作，可以再次使用合采设备在煤层二102之间建立新的链路。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种多煤层煤层气合采设备，其特征在于：包括安装筒，安装筒的内侧筒壁上设置有八组行走机构，其中四组行走机构均匀布置在安装筒的上方筒壁上，另外四组行走机构均匀布置在安装筒的下方筒壁上；安装筒的筒壁上设置有四个安装口，每个安装口内安装有煤层气合采装置，煤层气合采装置包括内部输气机构、外部输气机构和两组悬挂机构，内部输气机构和外部输气机构通过两组悬挂机构安装在安装筒的安装口处，且内部输气机构位于安装筒内，外部输气机构位于安装筒的外侧，内部输气机构通过输气软管与外部输气机构连接；

悬挂机构包括悬挂固定架、两块方板和两组液压缸，两块方板的下方通过两根连接杆固定连接，两块方板的上方通过两根连接螺栓固定连接，其中两组液压缸安装在两块方板下部之间，两组液压缸左右并排设置，其中一组液压缸的推杆部朝向安装筒的外侧，另外一组液压缸的推杆部朝向安装筒的内侧；

悬挂固定架由固定杆和安装板组成，安装板上开设有两个孔，两根连接螺栓穿设在安装板的两个孔内，每根连接螺栓上套设有两根第二弹簧，安装板位于两根第二弹簧之间；

悬挂机构通过悬挂固定架的固定杆固定在短侧板上，且悬挂机构的两组液压缸的推杆部分别与内部输气机构和外部输气机构连接，其中一组液压缸推动内部输气机构向安装筒的内侧移动，另外一组液压缸推动外部输气机构向安装筒的外侧移动；

内部输气机构包括内挡板，内挡板为弧面结构，内挡板的内侧面外周连接有第一弹性橡胶圈，第一弹性橡胶圈凸出于内挡板的内侧面，内挡板的中部开设有内钻头工作孔；内挡板的外侧面设置有两个第一液压缸推杆连接处，煤层气合采装置的两组悬挂机构的液压缸分别连接在内挡板的外侧面的两个第一液压缸推杆连接处；

内挡板的外侧面密封固定有第一安装盒，第一安装盒上设置有内连接头，第一安装盒内安装有内钻头和钻孔机构，钻孔机构驱动内钻头超内钻头工作孔方向钻孔；

钻孔机构包括钻孔电机和钻孔推进组件，钻孔电机的主轴朝向内钻头工作孔，内钻头安装在钻孔电机的主轴上，钻孔推进组件用于驱动钻孔电机朝向内钻头工作孔方向移动；

钻孔推进组件包括钻孔推进板、丝杠电机和光轴，内钻头工作孔位于丝杠电机和光轴之间，钻孔推进板上设置有丝杠滑块，钻孔推进板上开设有光轴限位孔，钻孔推进板安装在丝杠电机的丝杠上和光轴上，其中丝杠电机的丝杠与钻孔推进板上的丝杠滑块螺纹配合，光轴穿过钻孔推进板上的光轴限位孔，钻孔电机安装在钻孔推进板的中部；

外部输气机构包括外挡板，外挡板为弧面结构，外挡板的外侧面外周连接有第二弹性橡胶圈，第二弹性橡胶圈凸出于外挡板的外侧面，外挡板上开设有外钻头工作孔；外挡板的内侧面设置有两个第二液压缸推杆连接处，煤层气合采装置的两组悬挂机构的液压缸分别连接在外挡板的内侧面的两个第二液压缸推杆连接处；

外挡板的内侧面密封固定有第二安装盒和第三安装盒，第二安装盒内安装有外钻头和钻孔机构，钻孔机构驱动外钻头超外钻头工作孔方向钻孔，第三安装盒上设置有外连接头，外连接头通过输气软管与内连接头连接；

第三安装盒与第二安装盒之间设置有连通孔，在第三安装盒内设置有单向输气组件。

2.根据权利要求1所述的一种多煤层煤层气合采设备，其特征在于：安装筒包括上筒体和下筒体，上筒体和下筒体结构相同，且上筒体和下筒体上下对称设置，上筒体由四块长侧板和四块短侧板组成，长侧板和短侧板均为弧面结构，长侧板和短侧板交替设置，长侧板与短侧板通过螺栓连接；

上筒体的长侧板和对应的下筒体的长侧板之间通过螺栓连接，上筒体的短侧板和对应的下筒体的短侧板之间形成安装口，所述安装口处的煤层气合采装置的两组悬挂机构分别安装在上筒体的短侧板和下筒体的短侧板的内侧面上；

四组行走机构安装在上筒体的内侧壁上，且每组行走机构安装在上筒体的长侧板上；四组行走机构安装在下筒体的内侧壁上，且每组行走机构安装在下筒体的长侧板上。

3.根据权利要求2所述的一种多煤层煤层气合采设备，其特征在于：安装在上筒体长侧板上的行走机构包括杆状的弹簧悬架，弹簧悬架沿上筒体的径向方向设置，弹簧悬架的外端穿过上筒体的筒壁且可沿径向方向移动，弹簧悬架上安装有第一弹簧，弹簧悬架的内端安装有轮毂电机。

4.根据权利要求1所述的一种多煤层煤层气合采设备，其特征在于：第二安装盒内的钻孔机构和第一安装盒内的钻孔机构结构相同；

第三安装盒内具有安装腔，单向输气组件位于安装腔内，单向输气组件包括金属球和第三弹簧，连通孔处设置有橡胶圆环，第三弹簧支撑在金属球和安装腔内壁上，在第三弹簧的弹力下，金属球抵在连通孔处橡胶圆环上，金属球封堵第三安装盒与第二安装盒之间的连通孔。

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