CN114482973A - 用于煤炭地下气化的采气方法及生产井井口装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤炭地下气化的采气方法及生产井井口装置，包括以下步骤：气举排水，将排水气体从喷淋管注入产品气管内，直至排水气体将井底的积水从注入井的井口压出，进而将氮气从喷淋管注入产品气管中，直至产品气管内的排水气体从采气通道排出；点火启动，将点火燃料注入注入井中，并在井底点燃，使煤层燃烧产生产品气；气化运行，将氧气和水注入注入井中，使煤层气化产生的产品气从采气通道排出，并将冷却水从喷淋管喷淋至产品气管内。本发明通过气举排水将井底的积水排出，避免井底的水量过多而影响煤层的气化，气化运行时使生产井相关部件的温度降低，避免其出现热损坏和湿热损坏的问题，以及技术套管和产品气管受热套变的问题。

Description

用于煤炭地下气化的采气方法及生产井井口装置

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化技术领域，特别地，涉及一种用于煤炭地下气化的采气方法及生产井井口装置。

背景技术

煤炭地下气化技术(ISC或UCG)变物理采煤为化学采气，不仅能有效改善因采煤引起的安全和生态环境问题，而且将煤炭利用从直接燃烧利用终端转移到成熟的天然气产业中。与地面煤制气项目相比，煤炭地下气化更环保、更经济，由于其能量密度、产气速度和效率均远高于目前开发的非常规气，将有望开辟中国特色的快速有效供气的战略新途径。

由于我国地下煤炭气化工艺的研究起步较晚，虽然理论研究已经取得突破但没有将其开采商业化，还只处于实验阶段，原因是关键设备研制未能取得突破。在煤炭地下气化过程中，由于气化过程的强放热性，所生成的产品气通常具有极高的温度，例如一般为700-800℃，有时甚至高达1000℃，而直接应对这种高温产品气的生产井必然要面临多种由于高温高压所引发的问题，具体包括生产井相关部件的热损坏和湿热腐蚀损坏，例如绝对高温如700℃超过生产井套管材料的屈服应力失效温度而造成生产井损坏，热套变造成生产井内产品管弯曲变形，和湿腐蚀性产品气造成生产井完整性劣化和损坏。

因此，目前亟需发明一种用于煤炭地下气化的采气方法及生产井井口装置，能同时解决超高温下的密封问题、套管受热套变引起的井口向上抬升问题、装置腐蚀问题以及安全防护问题，推动煤炭地下气化商业化进程。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于煤炭地下气化的采气方法及生产井井口装置，其目的在于解决目前煤炭地下气化的生产井相关部件受高温高压的产品气的影响而出现热损坏和湿热损坏，以及套管受热套变而引起的井口向上抬升的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种用于煤炭地下气化的采气方法，用于将生产井和注入井的井底连通部位的煤层气化产生产品气，并将产品气从所述生产井的产品气管排出，所述采气方法包括以下步骤：气举排水，将氮气注入技术套管和所述产品气管之间的环形空间内，将排水气体从喷淋管注入所述产品气管内，直至排水气体将井底的积水从注入井的井口压出，进而将氮气从所述喷淋管注入所述产品气管中，直至所述产品气管内的排水气体从采气通道排出；点火启动，将点火燃料注入所述注入井中，并在井底点燃，使所述煤层燃烧产生产品气，并将氮气从所述喷淋管注入所述产品气管中，使所述产品气管中的产品气从所述采气通道排出；气化运行，在产品气达到预设温度时，将氧气和水注入所述注入井中，使所述煤层气化产生的产品气从所述采气通道排出，并将冷却水从所述喷淋管喷淋至所述产品气管内。

本发明的实施方式中，当所述气化运行过程中出现故障而需要关停的时间低于预设时间时，停止向所述注入井中注入水且继续注入氧气；当故障解除后需要重新启动时，重新进行所述气化运行步骤。

本发明的实施方式中，当所述气化运行过程中需要紧急关停时，将所述喷淋管剪断并将所述采气通道关闭，同时停止向所述注入井中注入水和氧气，而向所述注入井中注入氮气。

本发明的实施方式中，当所述气化运行过程中出现故障而需要关停的时间超过预设时间时，停止向所述注入井中注入水和氧气，而将氮气注入所述注入井，以及将氮气从所述喷淋管注入所述生产井中，同时通过所述采气通道将所述注入井和所述生产井中的气体排出，使所述注入井和所述生产井中形成气体循环；

本发明的实施方式中，当故障解除后需要重新启动时，重新进行所述点火启动步骤。

本发明还提供一种用于煤炭地下气化的生产井井口装置，采用上述采气方法，所述生产井井口装置包括；套管头，与表层套管和所述技术套管之间的环形空间相连通并将该环形空间与所述技术套管进行封隔；气管头，与所述技术套管和所述产品气管之间的环形空间相连通并将该环形空间与所述产品气管进行封隔；采气树，设有所述采气通道，所述采气通道与所述产品气管相连通；喷淋总成，安装在所述采气树上，所述喷淋总成设有所述喷淋管，所述喷淋管从所述采气通道伸入所述产品气管中。

本发明的实施方式中，所述采气树包括高温闸板防喷器，所述高温闸板防喷器包括壳体、两个液压控制结构以及两个剪切闸板，所述壳体与所述气管头连接并与所述产品气管相连通，两个所述剪切闸板分别与一所述液压控制结构相连接，且两个所述剪切闸板相对地伸入所述壳体内，两个所述液压控制结构可控制两个所述剪切闸板朝彼此靠近而将所述喷淋管剪断并将所述采气通道关闭。

本发明的实施方式中，所述气管头包括：气管头本体，安装在所述套管头上并与所述技术套管相连通；气管悬挂器，所述产品气管通过所述气管悬挂器悬挂固定于所述气管头本体内；第一密封结构，将所述气管悬挂器与所述气管头本体密封连接；其中，所述气管悬挂器和所述第一密封结构的上方具有第一补偿空间，所述产品气管在受热套变的状态下将所述气管悬挂器与所述第一密封结构挤压移动至所述第一补偿空间内。

本发明的实施方式中，所述第一密封结构包括第一密封圈和第一密封压盖，所述气管悬挂器的外壁面与所述气管头本体的内壁面配合形成有第一密封凹槽，所述第一密封压盖与所述气管悬挂器连接，所述第一密封压盖将所述第一密封圈压于所述第一密封凹槽内。

本发明的实施方式中，所述气管头本体上安装有第一顶紧件，所述第一顶紧件可沿所述气管头本体的径向移动而与所述第一密封压盖相抵接。

本发明的实施方式中，所述套管头包括：套管头本体，安装在所述表层套管上并与其相连通；套管悬挂器，所述技术套管通过所述套管悬挂器悬挂固定于所述套管头本体内；第二密封结构，将所述套管悬挂器与所述套管头本体密封连接；其中，所述套管悬挂器和所述第二密封结构的上方具有第二补偿空间，所述技术套管在受热套变的状态下将所述套管悬挂器与所述第二密封结构挤压移动至所述第二补偿空间内。

本发明的实施方式中，所述第二密封结构包括第二密封圈和第二密封压盖，所述套管悬挂器的外壁面与所述套管头本体的内壁面配合形成有第二密封凹槽，所述第二密封压盖与所述套管悬挂器连接，所述第二密封压盖将所述第二密封圈压于所述第二密封凹槽内。

本发明的实施方式中，所述套管头本体上安装有第二顶紧件，所述第二顶紧件可沿所述套管头本体的径向移动而与所述第二密封压盖相抵接。

本发明的特点及优点是：

本发明的采气方法和生产井井口装置，通过气举排水将井底的积水排出，避免井底的水量过多而影响煤层的气化，通过点火启动将煤层点燃并产生产品气，产品气进入产品气管中，通过喷淋管将氮气注入产品气管中，从而将产品气管中的产品气压送至采气通道后排出，当产品气达到预设温度时，便可判断煤层燃烧达到一定的规模，进而通过将氧气和水注入注入井中，使煤层不断地气化产生产品气，同时通过喷淋管向产品气管中喷淋冷却水，使产品气管中的产品气从采气通道排出，并降低了产品气的温度，此外，利用技术套管与产品气管之间的氮气进行隔热，减少产品气管向技术套管辐射的热量，从而使生产井相关部件的温度降低，避免生产井相关部件受高温高压的产品气的影响而出现热损坏和湿热损坏的问题，也能避免生产井内技术套管和产品气管受热套变的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的采气方法的主体部分的流程示意图。

图2为本发明的采气方法的整体的流程示意图。

图3为本发明的采气方法中点火启动时的结构示意图。

图4为本发明的采气方法中气化运行时的结构示意图。

图5为本发明的生产井井口装置的结构示意图。

图6为本发明的喷淋总成和采气树配合的结构示意图。

图7为本发明的第一四通接头的结构示意图。

图8为本发明的气管头和套管头配合的结构示意图。

图9为本发明的法兰接头、第二四通接头、第三四通接头相配合的结构示意图。

图10为本发明的法兰接头的结构示意图。

图11为本发明的第二四通接头的结构示意图。

图12为本发明的第三四通接头的结构示意图。

图中：

100、生产井井口装置；200、生产井；300、注入井；400、表层套管；500、技术套管；600、产品气管；700、煤层；

1、喷淋总成；101、喷淋管；102、喷淋管悬挂器；103、吊环；104、喷淋控制阀；2、采气树；201、采气通道；202、第一四通接头；2021、轴向通孔；2022、径向通孔；2023、堆焊层；2024、阀拆卸堵螺纹孔；203、采气控制阀组；2031、内侧采气控制阀；2032、外侧采气控制阀；204、高温闸板防喷器；2041、剪切闸板；2042、壳体；2043、液压控制结构；3、气管头；301、气管头本体；3011、第二四通接头；3012、法兰接头；3013、第一补偿空间；3014、第一密封脂注入孔；3015、进气控制阀；3016、第一顶紧件；3017、密封圈；3018、第一电缆入口；3019、第二电缆入口；3020、试压入口；302、气管悬挂器；303、第一密封结构；3031、第一密封圈；3032、第一密封压盖；4、套管头；401、套管头本体；4011、第三四通接头；4012、第二补偿空间；4013、第二密封脂注入孔；4014、第二导流槽；4015、泄压控制阀；4016、第二顶紧件；402、套管悬挂器；403、第二密封结构；4031、第二密封圈；4032、第二密封压盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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。

实施方式一

如图1、图3以及图4所示，本发明提供一种用于煤炭地下气化的采气方法，用于将生产井200和注入井300的井底连通部位的煤层700气化产生产品气，并将产品气从生产井200的产品气管600排出，采气方法包括以下步骤：气举排水，将氮气注入技术套管500和产品气管600之间的环形空间内，将排水气体从喷淋管101注入产品气管600内，直至排水气体将井底的积水从注入井300的井口压出，进而将氮气从喷淋管101注入产品气管600中，直至产品气管600内的排水气体从采气通道201排出；点火启动，将点火燃料注入注入井300中，并在井底点燃，使煤层700燃烧产生产品气，并将氮气从喷淋管101注入产品气管600中，使产品气管600中的产品气从采气通道201排出；气化运行，在产品气达到预设温度时，将氧气和水注入注入井300中，使煤层700气化产生的产品气从采气通道201排出，并将冷却水从喷淋管101喷淋至产品气管600内。

本发明的采气方法，通过气举排水将井底的积水排出，避免井底的水量过多而影响煤层700的气化，通过点火启动将煤层700点燃并产生产品气，产品气进入产品气管600中，通过喷淋管101将氮气注入产品气管600中，从而将产品气管600中的产品气压送至采气通道201后排出，当产品气达到预设温度时，便可判断煤层700燃烧达到一定的规模，进而通过将氧气和水注入注入井300中，使煤层700不断地气化产生产品气，同时通过喷淋管101向产品气管600中喷淋冷却水，使产品气管600中的产品气从采气通道201排出，并降低了产品气的温度，此外，利用技术套管500与产品气管600之间的氮气进行隔热，减少产品气管600向技术套管500辐射的热量，从而使生产井200相关部件的温度降低，避免生产井200相关部件受高温高压的产品气的影响而出现热损坏和湿热损坏的问题，也能避免生产井200内技术套管500和产品气管600受热套变的问题。

具体的，生产井200的最外层具有表层套管400，技术套管500依次穿过表层套管400和地下的煤层700并与注入井300的井底相连通，产品气管600则从技术套管500伸入煤层700中，连通的生产井200和注气井大体呈U型管结构。气举排水过程中，排水气体从喷淋管101中注入产品气管600中，排水气体穿过井底的煤层700进入注入井300中，从而使井底的积水被排水气体压出注入井300。排水气体优选空气，成本低，也可选择氮气等其他气体。煤层700在点火启动阶段燃烧产生的产品气的成分与煤层700的含水量密封相关，因此在点火启动时，若煤层700的含水率比较低，可将水也从喷淋管101注入产品气管700中。当煤层700不断燃烧而使排出的产品气的温度达到100摄氏度时，便判断煤层700可以进入气化运行阶段。

如图2和图4所示，本发明的实施方式中，当气化运行过程中出现故障而需要关停的时间低于预设时间时，停止向注入井300中注入水且继续注入氧气；当故障解除后需要重新启动时，重新进行气化运行步骤。在短时间关停的过程中，使井底的煤层700维持最低限度的燃烧，因此重新启动时，无需重新点火启动，仅通过将氧气和水注入注入井300中，便可使煤层700重新开始气化运行阶段。具体的，可根据故障的严重程度判断解决该故障的时间，即为所需关停的时间，若该时间低于1小时，便停止向注入井300中注入水且继续注入氧气。

如图2和图4所示，本发明的实施方式中，当气化运行过程中需要紧急关停时，将喷淋管101剪断并将采气通道201关闭，同时停止向注入井300中注入水和氧气，而向注入井300中注入氮气。通过将喷淋管101剪断并将采气通道201关闭，便将生产井200关闭，并且通过向注入井300中注入氮气，使煤层700停止气化，从而提高了作业的安全性。具体的，当气化运行过程中，生产井200内压力过大或出现溢流、井涌、井喷现象等危险情况时，便需要紧急关停。

如图2和图4所示，本发明的实施方式中，当气化运行过程中出现故障而需要关停的时间超过预设时间时，停止向注入井300中注入水和氧气，而将氮气注入注入井300，以及将氮气从喷淋管101注入生产井200中，同时通过采气通道201将注入井300和生产井200中的气体排出，使注入井300和生产井200中形成气体循环；当故障解除后需要重新启动时，重新进行点火启动步骤。在长时间关停的过程中，将氮气在注入井300和生产井200中形成气体循环，使煤层700停止气化，并避免水气在井底积聚，因此重新启动时，无需重新气举排水，只需重新点火启动后便可进入气化运行阶段。具体的，可根据故障的严重程度判断解决该故障的时间，即为所需关停的时间，若该时间超过1小时而低于48小时，便将氮气在注入井300和生产井200中形成气体循环。

实施方式二

如图3、图4以及图5所示，本发明还提供一种用于煤炭地下气化的生产井井口装置100，包括；套管头4，与表层套管400和技术套管500之间的环形空间相连通并将该环形空间与技术套管500进行封隔；气管头3，与技术套管500和产品气管600之间的环形空间相连通并将该环形空间与产品气管600进行封隔；采气树2，设有采气通道201，采气通道201与产品气管600相连通；喷淋总成1，安装在采气树2上，喷淋总成1设有喷淋管101，喷淋管101从采气通道201伸入产品气管600中。将本发明的生产井井口装置100安装在生产井200的井口处，进而采用采气方法将煤层700气化产生的产品气从采气树2内的采气通道201排出，所述采气方法与实施方式一中所述的采气方法的具体步骤、工作原理以及有益效果均相同，在此不再赘述。

采气前，先将生产井井口装置100安装在生产井200的井口，具体包括以下步骤：套管头4安装表层套管400上，再将气管头3安装在套管头4上，然后将采气树2安装在气管头3上，最后将喷淋总成1安装在采气树2上，并将喷淋管101穿过采气树2内的采气通道201伸入产品气管600中的一定深度处，并且套管头4、气管头3、采气树2以及喷淋总成1均为关闭状态，进而进行密封测试，以确保套管头4将表层套管400和技术套管500之间的环形空间与技术套管500封隔，以及气管头3将技术套管500和产品气管600之间的环形空间与产品气管600封隔，避免表层套管400、技术套管500、产品气管600之间出现气体乱窜。

如图6所示，本发明的实施方式中，采气通道201的两侧具有两个剪切闸板2041，两个所述剪切闸板2041可在紧急状态下朝彼此靠近而将喷淋管101剪断并将所述采气通道201关闭。利用两个剪切闸板2041可在紧急状态下将采气通道201关闭的同时将喷淋管101剪断，实现生产井200的快速关井，提高作业的安全性。并且剪切闸板2041不会在采气通道201内产品气的高温作用下发生变形，确保能在紧急状态将喷淋管101剪断并将采气通道201截断，安全可靠。

具体的，采气树2包括高温闸板防喷器204，高温闸板防喷器204包括壳体2042、两个液压控制结构2043以及两个剪切闸板2041，壳体2042与气管头3连接并与产品气管600相连通，两个剪切闸板2041分别与一液压控制结构2043相连接，且两个剪切闸板2041相对地伸入壳体2042内，两个液压控制结构2043可控制两个剪切闸板2041朝彼此靠近而将喷淋管101剪断并将采气通道201关闭。高温闸板防喷器204也可用于长期封井。本实施例中，高温闸板防喷器204为手液动一体式全封闸板防喷器。正常工况下高温闸板防喷器204采用液动控制，尽量避免人工直接接触高温的生产井井口装置100，当液动控制发生故障时，在穿戴保护设备下，可以进行人工操作高温闸板防喷器204，两种操作方式，保证了生产井井口装置100在高温工况下工作的可靠性。

如图6所示，采气树2还包括第一四通接头202和两个采气控制阀组203，两个采气控制阀组203以及喷淋总成1通过第一四通接头202与高温闸板防喷器204相连通。具体的，采气控制阀组203包括相连通的内侧采气控制阀2031和外侧采气控制阀2032。采气控制阀为平板闸阀。两个采气控制阀组203分别位于第一四通接头202的两侧。如图7所示，第一四通接头202的两侧分别通过阀拆卸堵螺纹孔2024与两个内侧采气控制阀2031的一端相连通，内侧采气控制阀2031的另一端与外侧采气控制阀2032相连通。当其中一个采气控制阀组203中的外侧采气控制阀2032出现故障时，关闭该采气控制阀组203中的内侧采气控制阀2031，便可将该采气控制阀组203中的外侧采气控制阀2032进行维修或更换，而另一个采气控制阀组203仍继续进行作业。当其中一个采气控制阀组203中的内侧采气控制阀2031出现故障时，将阀拆卸堵工具送至阀拆卸堵螺纹孔2024处进行封堵，便可将该采气控制阀组203中的内侧采气控制阀2031进行维修或更换，另一侧的采气控制阀组203仍能继续作业，由此可知，本发明在进行闸阀维修更换时不必停车进行，保证了生产效率。

如图6所示，喷淋总成1包括喷淋管悬挂器102和喷淋控制阀104，喷淋管悬挂器102与采气树2连接，喷淋管101通过喷淋管悬挂器102悬挂固定于采气通道201中，喷淋管101通过喷淋控制阀104与供水管道或供气管道相连通。具体的，喷淋控制阀104为平板闸阀。喷淋控制阀104安装在喷淋管悬挂器102的顶端。喷淋管悬挂器102的两侧螺纹连接有吊环103，以便于将喷淋总成1吊装至采气树2的上方进行安装，使喷淋管101从采气通道201伸入产品气管600中。

如图7所示，采气树2内具有相连通的轴向通孔2021和径向通孔2022，该轴向通孔2021沿产品气管600的轴向设置，喷淋管101穿过轴向通孔2021伸入产品气管600中，该径向通孔2022沿产品气管600的径向设置，煤层700气化产生的产品气先沿产品气管600的轴向向上从产品气管600与喷淋管101之间的环形空间进入轴向通孔2021中，再换向后进入径向通孔2022中，由于产品气中含有大量煤灰、煤渣等固体颗粒，固态颗粒在换向时会冲蚀径向通孔2022内上侧的孔壁，因此，本发明通过对径向通孔2022内上侧的孔壁进行堆焊处理形成堆焊层2023，避免采气树2的该部位被冲蚀磨损导致壁厚变薄的问题，保证了作业的安全性。

如图8和图9所示，本发明的实施方式中，气管头3包括：气管头本体301，安装在套管头4上并与技术套管500相连通；气管悬挂器302，产品气管600通过气管悬挂器302悬挂固定于气管头本体301内；第一密封结构303，将气管悬挂器302与气管头本体301密封连接；其中，气管悬挂器302和第一密封结构303的上方具有第一补偿空间3013，产品气管600在受热套变的状态下将气管悬挂器302与第一密封结构303挤压移动至第一补偿空间3013内。通过在气管头本体301内设置第一补偿空间3013，避免产品气管600在受热套变时向上顶气管头3，使气管头3与套管头4的连接处松动，或者将气管头3和套管头4整体抬升，造成套管头4和表层套管400的连接处松动。

具体的，气管头本体301包括第二四通接头3011、法兰接头3012以及两个进气控制阀组，法兰接头3012的底端、两个进气控制阀组通过第二四通接头3011与套管头4相连通，且法兰接头3012的底端通过密封圈3017与第二四通接头3011密封连接，密封圈3017的安装槽的内表面通过堆焊处理形成有堆焊层，有效防止了腐蚀带来的密封失效问题，保证了装置的使用寿命，该密封圈3017采用金属空心O形密封圈，保证在高温高压工况条件下法兰连接处的密封可靠。法兰接头3012的顶端与高温闸板防喷器204相连通，气管悬挂器302的底端安装在第二四通接头3011内，气管悬挂器302的顶端伸于法兰接头3012的底端的台阶孔内，该台阶孔形成第一补偿空间3013。产品气管600通过法兰接头3012与采气通道201相连通，喷淋管101依次穿过法兰接头3012和连接通道伸入产品气管600中。可选的，第二四通接头直接与上方的采气树相连通。可选的，气管悬挂器安装在第二四通接头内，第一补偿空间设于第二四通接头内。可选的，第二四通接头直接与上方的采气树相连通，采气树的底端设有台阶孔，气管悬挂器的一段伸入该台阶孔内，该台阶孔形成第一补偿空间。其中，进气控制阀组包括两个进气控制阀3015，用于控制氮气输送至产品气管600与技术套管500之间的环形空间内。两个进气控制阀组与上述两个采气控制阀组203的结构、有益效果类似，在此不再赘述。在点火启动后，当产品气管600与技术套管500之间的环形空间充满氮气后，便将进气控制阀3015关闭。

如图10和图11所示，第二四通接头3011上设有第一电缆入口3018，法兰接头3012上设有第二电缆入口3019，均用于测试线路或控制线路伸入。法兰接头3012上还设有试压入口3020，用于在生产井井口装置100安装完成后进行密封测试。

如图8和图9所示，第一密封结构303包括第一密封圈3031和第一密封压盖3032，气管悬挂器302的外壁面与气管头本体301的内壁面配合形成有第一密封凹槽，第一密封压盖3032与气管悬挂器302连接，第一密封压盖3032将第一密封圈3031压于第一密封凹槽内。

如图9和图11所示，具体的，第一密封圈3031采用柔性石墨密封圈，气管头本体301上设有第一密封脂注入孔3014，该第一密封脂注入孔3014与第一密封凹槽相连通。柔性石墨不仅耐腐蚀，而且最高耐800摄氏度以上的高温，在实际使用过程中，井口温度出现变化时，柔性石墨密封圈3017会出现损耗，这时可以通过第一密封脂注入孔3014注入密封脂进行补偿密封。此外，气管头本体301上还设有第一导流槽，该第一导流槽连通第一密封脂注入孔3014和第一密封凹槽，使密封脂可以沿第一导流槽流动至第一密封凹槽内，当产品气管600受热套变顶起气管悬挂器302时，气管悬挂器302带动第一密封圈3031朝第一补偿空间3013移动时，第一密封圈3031的位置发生变化，密封脂可以沿第一导流槽向上流动到第一密封圈3031变动后的位置进行补偿密封，确保气管悬挂器302与气管头本体301之间的密封性，解决了超高温工况下普通密封方式失效的问题。

如图9和图11所示，本发明的实施方式中，气管头本体301上安装有第一顶紧件3016，第一顶紧件3016可沿气管头本体301的径向移动而与第一密封压盖3032相抵接。在产品气管600未达到一定温度时，即产品气管未发生受热套变时或者套变程度非常小时，利用第一顶紧件3016将第一密封压盖3032顶紧，提高第一密封结构303密封的可靠性。当井口温度达到400摄氏度时，产品套管600便发生一定程度的受热套变时，将第一顶紧件3016沿气管主体的径向向外移动，产品气管600受热伸长，从而移动至第一补偿空间3013内。

如图9和图12所示，本发明的实施方式中，套管头4包括：套管头本体401，安装在表层套管400上并与其相连通；套管悬挂器402，技术套管500通过套管悬挂器402悬挂固定于套管头本体401内；第二密封结构403，将套管悬挂器402与套管头本体401密封连接；其中，套管悬挂器402和第二密封结构403的上方具有第二补偿空间4012，技术套管500在受热套变的状态下将套管悬挂器402与第二密封结构403挤压移动至第二补偿空间4012内。第二补偿空间4012与第一补偿空间3013的有益效果与相似，在此不再赘述。

具体的，套管头本体401包括第三四通接头4011以及两个泄压控制阀4015，两个泄压控制阀4015以及气管头3通过第三四通接头4011与表层套管400相连通，套管悬挂器402通过第二密封结构403与第三四通接头4011密封连接，从而将表层套管400与技术套管500之间的环形空间与表层套管400进行封隔，当表层套管400与技术套管500之间的环形空间中压力过大时，通过开启泄压控制阀4015进行泄压。泄压控制阀4015为平板闸阀。两个泄压控制阀4015与上述两个采气控制阀组203的有益效果类似，在此不再赘述。而第二补偿空间4012与第一补偿空间3013的设置方式相似，即第二补偿空间4012可设置在气管头3的底端，也可设置在套管头本体401的内部，还可设置在气管头3与套管头本体401相连通的部位。本实施例中，气管头3的底端设有台阶孔，套管悬挂器402的顶端伸入该台阶孔中，该台阶孔形成第二补偿空间4012。

如图9和图12所示，第二密封结构403包括第二密封圈4031和第二密封压盖4032，套管悬挂器402的外壁面与套管头本体401的内壁面配合形成有第二密封凹槽，第二密封压盖4032与套管悬挂器402连接，第二密封压盖4032将第二密封圈4031压于第二密封凹槽内。具体的，第二密封圈4031也采用柔性石墨密封圈，套管头本体401上设有第二密封脂注入孔4013以及第二导流槽4014，该第二密封脂注入孔4013和第二导流槽4014与第一密封脂注入孔3014和第一导流槽的结构、工作原理以及有益效果相似，在此不再赘述。

如图9和图12所示，本发明的实施方式中，套管头本体401上安装有第二顶紧件4016，第二顶紧件4016可沿套管头本体401的径向移动而与第二密封压盖4032相抵接。第二顶紧件4016与第一顶紧件3016的结构、工作原理以及有益效果相似，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于煤炭地下气化的采气方法，其特征在于，用于将生产井和注入井的井底连通部位的煤层气化产生产品气，并将产品气从所述生产井的产品气管排出，所述采气方法包括以下步骤：

气举排水，将氮气注入技术套管和所述产品气管之间的环形空间内，将排水气体从喷淋管注入所述产品气管内，直至排水气体将井底的积水从注入井的井口压出，进而将氮气从所述喷淋管注入所述产品气管中，直至所述产品气管内的排水气体从采气通道排出；

点火启动，将点火燃料注入所述注入井中，并在井底点燃，使所述煤层燃烧产生产品气，并将氮气从所述喷淋管注入所述产品气管中，使所述产品气管中的产品气从所述采气通道排出；

气化运行，在产品气达到预设温度时，将氧气和水注入所述注入井中，使所述煤层气化产生的产品气从所述采气通道排出，并将冷却水从所述喷淋管喷淋至所述产品气管内。

2.根据权利要求1所述的采气方法，其特征在于，

当所述气化运行过程中出现故障而需要关停的时间低于预设时间时，停止向所述注入井中注入水且继续注入氧气；

当故障解除后需要重新启动时，重新进行所述气化运行步骤。

3.根据权利要求1所述的采气方法，其特征在于，

当所述气化运行过程中需要紧急关停时，将所述喷淋管剪断并将所述采气通道关闭，同时停止向所述注入井中注入水和氧气，而向所述注入井中注入氮气。

4.根据权利要求1所述的采气方法，其特征在于，

当所述气化运行过程中出现故障而需要关停的时间超过预设时间时，停止向所述注入井中注入水和氧气，而将氮气注入所述注入井，以及将氮气从所述喷淋管注入所述生产井中，同时通过所述采气通道将所述注入井和所述生产井中的气体排出，使所述注入井和所述生产井中形成气体循环；

当故障解除后需要重新启动时，重新进行所述点火启动步骤。

5.一种用于煤炭地下气化的生产井井口装置，其特征在于，采用权利要求1-4中任一项所述的采气方法，所述生产井井口装置包括；

套管头，与表层套管和所述技术套管之间的环形空间相连通并将该环形空间与所述技术套管进行封隔；

气管头，与所述技术套管和所述产品气管之间的环形空间相连通并将该环形空间与所述产品气管进行封隔；

采气树，设有所述采气通道，所述采气通道与所述产品气管相连通；

喷淋总成，安装在所述采气树上，所述喷淋总成设有所述喷淋管，所述喷淋管从所述采气通道伸入所述产品气管中。

6.根据权利要求5所述的生产井井口装置，其特征在于，

所述采气树包括高温闸板防喷器，所述高温闸板防喷器包括壳体、两个液压控制结构以及两个剪切闸板，所述壳体与所述气管头连接并与所述产品气管相连通，两个所述剪切闸板分别与一所述液压控制结构相连接，且两个所述剪切闸板相对地伸入所述壳体内，两个所述液压控制结构可控制两个所述剪切闸板朝彼此靠近而将所述喷淋管剪断并将所述采气通道关闭。

7.根据权利要求5所述的生产井井口装置，其特征在于，所述气管头包括：

气管头本体，安装在所述套管头上并与所述技术套管相连通；

气管悬挂器，所述产品气管通过所述气管悬挂器悬挂固定于所述气管头本体内；

第一密封结构，将所述气管悬挂器与所述气管头本体密封连接；

其中，所述气管悬挂器和所述第一密封结构的上方具有第一补偿空间，所述产品气管在受热套变的状态下将所述气管悬挂器与所述第一密封结构挤压移动至所述第一补偿空间内。

8.根据权利要求7所述的生产井井口装置，其特征在于，

所述第一密封结构包括第一密封圈和第一密封压盖，所述气管悬挂器的外壁面与所述气管头本体的内壁面配合形成有第一密封凹槽，所述第一密封压盖与所述气管悬挂器连接，所述第一密封压盖将所述第一密封圈压于所述第一密封凹槽内。

9.根据权利要求8所述的生产井井口装置，其特征在于，

所述气管头本体上安装有第一顶紧件，所述第一顶紧件可沿所述气管头本体的径向移动而与所述第一密封压盖相抵接。

10.根据权利要求5所述的生产井井口装置，其特征在于，所述套管头包括：

套管头本体，安装在所述表层套管上并与其相连通；

套管悬挂器，所述技术套管通过所述套管悬挂器悬挂固定于所述套管头本体内；

第二密封结构，将所述套管悬挂器与所述套管头本体密封连接；

其中，所述套管悬挂器和所述第二密封结构的上方具有第二补偿空间，所述技术套管在受热套变的状态下将所述套管悬挂器与所述第二密封结构挤压移动至所述第二补偿空间内。

11.根据权利要求10所述的生产井井口装置，其特征在于，

所述第二密封结构包括第二密封圈和第二密封压盖，所述套管悬挂器的外壁面与所述套管头本体的内壁面配合形成有第二密封凹槽，所述第二密封压盖与所述套管悬挂器连接，所述第二密封压盖将所述第二密封圈压于所述第二密封凹槽内。

12.根据权利要求11所述的生产井井口装置，其特征在于，

所述套管头本体上安装有第二顶紧件，所述第二顶紧件可沿所述套管头本体的径向移动而与所述第二密封压盖相抵接。

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