CN114542041A - 一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置 - Google Patents

一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，包括：从外向内依次同轴相连的抽采管、压裂管和驱替管；其中，所述抽采管自井口伸入抽采井中，且其外部间隔套设有四个分隔环，且从左向右两个相邻的分隔环之间依次构成压裂空间、驱替空间和抽采空间；所述压裂管的一端位于压裂空间中，且能够向所述压裂空间中注入压裂液；所述驱替管的一端位于驱替空间中，且能够向所述驱替空间中注入二氧化碳；所述抽采管位于所述抽采空间部分开设有抽采孔。

Description

一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置。
背景技术
煤体对于二氧化碳的吸附能力大于对瓦斯的吸附能力，因此向煤层注入二氧化碳驱替瓦斯是通过二氧化碳与瓦斯竞争吸附而将煤层中的瓦斯置换出来，从而有利于瓦斯的产出，大幅度提高煤层气产量和采收率，并且将二氧化碳封存至煤层深部，有利于减少温室气体的排放，现有的利用二氧化碳驱替煤层瓦斯的装置往往结构较为简单，其通过注气管进行注气，待注气结束一段时间后再下入抽采管进行抽采，较为繁琐，效率较低。
因此，有必要提供一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置以解决上述问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，包括：
从外向内依次同轴相连的抽采管、压裂管和驱替管；
其中，所述抽采管自井口伸入抽采井中，且其外部间隔套设有四个分隔环，且从左向右两个相邻的分隔环之间依次构成压裂空间、驱替空间和抽采空间；
所述压裂管的一端位于压裂空间中，且能够向所述压裂空间中注入压裂液；
所述驱替管的一端位于驱替空间中，且能够向所述驱替空间中注入二氧化碳；
所述抽采管位于所述抽采空间部分开设有抽采孔。
进一步，作为优选，所述压裂管远离压裂空间的一端与注液总管相连通，所述注液总管上连接有注液分管，并通过所述注液分管进行注液；
所述驱替管远离驱替空间的一端与注气总管相连通，所述注气总管上连接有注气分管，并通过所述注气分管进行注气；
所述抽采管远离井口的一端与抽气总管相连通，所述抽气总管上连接有抽气分管，并通过所述抽气分管进行抽气。
进一步，作为优选，所述抽气总管、注气总管以及注液总管均由脉冲组件进行脉冲供能。
进一步，作为优选，所述注液总管、注气总管以及抽气总管上均设置有单向阀，且所述单向阀均能够允许各流体沿其所需输送方向移动。
进一步，作为优选，所述脉冲组件包括：
第一脉冲缸，其脉冲输出端与抽气总管相连通，所述第一脉冲缸的脉冲输出端位置处还设置有电磁阀；
第二脉冲缸，其脉冲输出端与注气总管相连通；以及
第三脉冲缸，其脉冲输出端与注液总管相连通。
进一步，作为优选，所述第一脉冲缸、第二脉冲缸以及第三脉冲缸的结构相同，均包括：
缸体；
塞体，其具有一活塞，所述活塞的一端连接有杆体，所述活塞密封滑动设置于所述缸体中；以及
连接口，作为其脉冲输出端设置于所述缸体远离杆体的一端。
进一步，作为优选，各个杆体远离活塞的一端均连接至滑动杆上，所述滑动杆的一端滑动设置于外缸内，其另一端滑动贯穿所述外缸且与复位弹簧相连，所述复位弹簧套设于所述滑动杆的外部，且其另一端与外缸相连，以便驱动所述滑动杆进行伸长运动，所述滑动杆的收缩运动由传动机构所驱动。
进一步，作为优选，所述传动机构包括：
凸轮，其转动设置于所述外缸的一侧，且能够与所述滑动杆相接触；
从动齿轮，其同轴设置于所述凸轮的一侧；以及
主动齿轮，其转动设置于所述外缸的一侧，且与所述从动齿轮相啮合，且所述主动齿轮上同轴设置有从动同步轮，所述从动同步轮采用同步带与主动同步轮传动相连，所述主动同步轮固定于电机的输出端。
进一步，作为优选，所述传动机构还包括锥齿轮组，所述锥齿轮组包括两个垂直传动连接的锥齿轮，其中一个锥齿轮同轴设置于凸轮上，另一个锥齿轮同轴固定在驱动臂上，所述驱动臂与转子同轴相连，所述转子转动设置于驱动筒的内部，且所述驱动筒中还设置有与所述转子相匹配的定子，所述驱动筒的进液端与进液管相连通，另一端与注液分管相连通。
进一步，作为优选，所述井口处还设置有封头，所述封头与所述抽采管密封滑动相连，且能够为所述抽采管提供移动动力。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，具有以下有益效果：
本发明实施例中，在利用压裂管进行压裂的同时，可以利用驱替管对已经压裂后的区域进行注气驱替，同时可以利用抽采管对已经驱替的区域进行抽采，三者可同步进行，一方面同步进行能够减少等待时长，另一方面经过压裂后的区域其裂隙发育更加全面，有利于驱替的进行，而二氧化碳又能将瓦斯置换出，有利于提高抽采效率和抽采量，并且抽气总管、注气总管以及注液总管均由脉冲组件进行脉冲供能，通过脉冲组件进行脉冲供能，能够提高各自的工作效率。
附图说明
图1为一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置的整体结构示意图；
图2为一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置中脉冲组件的结构示意图；
图3为一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置中传动机构的结构示意图；
图中：1、抽采管；2、压裂管；3、驱替管；4、分隔环；5、封头；6、抽气总管；7、抽气分管；8、注气总管；9、注气分管；10、注液总管；11、注液分管；12、脉冲组件；13、进液管；14、驱动筒；15、转子；16、驱动臂；17、传动机构；18、滑动杆；19、外缸；20、第一脉冲缸；21、第二脉冲缸；22、第三脉冲缸；23、单向阀；24、缸体；25、塞体；26、连接口；27、锥齿轮组；28、凸轮；29、复位弹簧；30、从动齿轮；31、主动齿轮；32、电机。
具体实施方式
请参阅图1～3，本发明提供了一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，包括：
从外向内依次同轴相连的抽采管1、压裂管2和驱替管3；
其中，所述抽采管1自井口伸入抽采井中，且其外部间隔套设有四个分隔环4，且从左向右两个相邻的分隔环4之间依次构成压裂空间、驱替空间和抽采空间；
所述压裂管2的一端位于压裂空间中，且能够向所述压裂空间中注入压裂液；
所述驱替管3的一端位于驱替空间中，且能够向所述驱替空间中注入二氧化碳；
所述抽采管1位于所述抽采空间部分开设有抽采孔。
因此，在实施时，可以利用压裂管进行压裂，同时利用驱替管3对已经压裂后的区域进行注气驱替，同时可以利用抽采管1对已经驱替的区域进行抽采，三者可同步进行，一方面同步进行能够减少等待时长，另一方面经过压裂后的区域其裂隙发育更加全面，有利于驱替的进行，而二氧化碳又能将瓦斯置换出，有利于提高抽采效率和抽采量，并且将二氧化碳封存在深部煤层有利于减少温室效应。
本实施例中，所述压裂管2远离压裂空间的一端与注液总管10相连通，所述注液总管10上连接有注液分管11，并通过所述注液分管11进行注液；
所述驱替管3远离驱替空间的一端与注气总管8相连通，所述注气总管8上连接有注气分管9，并通过所述注气分管9进行注气；
所述抽采管1远离井口的一端与抽气总管6相连通，所述抽气总管6上连接有抽气分管7，并通过所述抽气分管7进行抽气。
较佳的，所述抽气总管6、注气总管8以及注液总管10均由脉冲组件进行脉冲供能，通过脉冲组件进行脉冲供能，能够提高各自的工作效率。
并且，所述注液总管10、注气总管8以及抽气总管6上均设置有单向阀23，且所述单向阀23均能够允许各流体沿其所需输送方向移动，也就是说，注液总管10上的单向阀23能够允许其内部流体沿注液总管10进入至压裂管2中；注气总管8上的单向阀能够允许其内部流体沿注气总管8进入至驱替管3中；抽气总管6上的单向阀能够允许抽采管1中的流体进入至抽气总管6中。
本实施例中，如图2，所述脉冲组件12包括：
第一脉冲缸20，其脉冲输出端与抽气总管6相连通，所述第一脉冲缸的脉冲输出端位置处还设置有电磁阀；
第二脉冲缸21，其脉冲输出端与注气总管8相连通；以及
第三脉冲缸22，其脉冲输出端与注液总管10相连通，也就是说，在抽气总管6进行抽采瓦斯时，第一脉冲缸20能够产生抽气脉冲，具体的，利用抽气分管7与外部抽采泵相连，实现持续抽采，电磁阀门关闭时，第一脉冲缸20中能够创造一负压空间，随后电磁阀门开启，从而实现对充气总管6产生负压脉冲，提高抽采效果；在注气总管8进行注气时，第二脉冲缸21能够产生注气脉冲，具体的，利用注气分管9与外部注气泵相连，实现持续供给二氧化碳，第二脉冲缸21能够间隔抽吸气体并送出气体，使得注气总管8内的气体具有脉冲动力；在注液总管10进行注入压裂液时，第三脉冲缸22能够产生注液脉冲，其原理与注气脉冲一致。
本实施例中，所述第一脉冲缸20、第二脉冲缸21以及第三脉冲缸22的结构相同，均包括：
缸体24；
塞体25，其具有一活塞，所述活塞的一端连接有杆体，所述活塞密封滑动设置于所述缸体24中；以及
连接口26，作为其脉冲输出端设置于所述缸体24远离杆体的一端。
作为较佳的实施例，各个杆体远离活塞的一端均连接至滑动杆18上，所述滑动杆18的一端滑动设置于外缸19内，其另一端滑动贯穿所述外缸19且与复位弹簧29相连，所述复位弹簧29套设于所述滑动杆的外部，且其另一端与外缸19相连，以便驱动所述滑动杆18进行伸长运动，所述滑动杆18的收缩运动由传动机构17所驱动。
另外，如图3，所述传动机构17包括：
凸轮28，其转动设置于所述外缸19的一侧，且能够与所述滑动杆18相接触；
从动齿轮30，其同轴设置于所述凸轮28的一侧，需要解释的是，这里的同轴是与凸轮的基圆同轴；以及
主动齿轮31，其转动设置于所述外缸19的一侧，且与所述从动齿轮30相啮合，且所述主动齿轮31上同轴设置有从动同步轮，所述从动同步轮采用同步带与主动同步轮传动相连，所述主动同步轮固定于电机32的输出端，在实施时，通过驱动主动齿轮31进行转动从而带动从动齿轮进行转动，进而带动凸轮进行转动，凸轮在转动过程中能够驱动滑动杆18进行收缩滑动，而复位弹簧又能够驱动滑动杆18进行伸长滑动，从而为第一脉冲缸、第二脉冲缸和第三脉冲缸提供动力。
作为较佳的实施例，所述传动机构17还包括锥齿轮组27，所述锥齿轮组27包括两个垂直传动连接的锥齿轮，其中一个锥齿轮同轴设置于凸轮28上，需要解释的是，这里的同轴是与凸轮的基圆同轴；另一个锥齿轮同轴固定在驱动臂16上，所述驱动臂16与转子15同轴相连，所述转子转动设置于驱动筒14的内部，且所述驱动筒中还设置有与所述转子相匹配的定子，所述驱动筒14的进液端与进液管13相连通，另一端与注液分管11相连通，也就是说，在利用进液管13持续供给压裂液时，其能够驱动转子进行转动，从而通过驱动臂16带动转子15进行转动，也就是说，当持续进行压裂时，可以不采用电机32作为动力，当停止压裂时，则采用电机32作为动力。
本实施例中，所述井口处还设置有封头5，所述封头5与所述抽采管1密封滑动相连，且能够为所述抽采管1提供移动动力。
在具体实施时，利用压裂管进行压裂，同时利用驱替管3对已经压裂后的区域进行注气驱替，同时利用抽采管1对已经驱替的区域进行抽采，三者可同步进行，并且抽气总管6、注气总管8以及注液总管10均由脉冲组件进行脉冲供能，其中，通过驱动主动齿轮31进行转动从而带动从动齿轮进行转动，进而带动凸轮进行转动，凸轮在转动过程中能够驱动滑动杆18进行收缩滑动，而复位弹簧又能够驱动滑动杆18进行伸长滑动，从而为第一脉冲缸、第二脉冲缸和第三脉冲缸提供动力，而在利用进液管13持续供给压裂液时，其能够驱动转子进行转动，从而通过驱动臂16带动转子15进行转动，也就是说，当持续进行压裂时，可以不采用电机32作为动力，当停止压裂时，则采用电机32作为动力。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：包括：
从外向内依次同轴相连的抽采管(1)、压裂管(2)和驱替管(3)；
其中，所述抽采管(1)自井口伸入抽采井中，且其外部间隔套设有四个分隔环(4)，且从左向右两个相邻的分隔环(4)之间依次构成压裂空间、驱替空间和抽采空间；
所述压裂管(2)的一端位于压裂空间中，且能够向所述压裂空间中注入压裂液；
所述驱替管(3)的一端位于驱替空间中，且能够向所述驱替空间中注入二氧化碳；
所述抽采管(1)位于所述抽采空间部分开设有抽采孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：所述压裂管(2)远离压裂空间的一端与注液总管(10)相连通，所述注液总管(10)上连接有注液分管(11)，并通过所述注液分管(11)进行注液；
所述驱替管(3)远离驱替空间的一端与注气总管(8)相连通，所述注气总管(8)上连接有注气分管(9)，并通过所述注气分管(9)进行注气；
所述抽采管(1)远离井口的一端与抽气总管(6)相连通，所述抽气总管(6)上连接有抽气分管(7)，并通过所述抽气分管(7)进行抽气。
3.根据权利要求2所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：所述抽气总管(6)、注气总管(8)以及注液总管(10)均由脉冲组件进行脉冲供能。
4.根据权利要求2所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：所述注液总管(10)、注气总管(8)以及抽气总管(6)上均设置有单向阀(23)，且所述单向阀(23)均能够允许各流体沿其所需输送方向移动。
5.根据权利要求3所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：所述脉冲组件(12)包括：
第一脉冲缸(20)，其脉冲输出端与抽气总管(6)相连通，所述第一脉冲缸的脉冲输出端位置处还设置有电磁阀；
第二脉冲缸(21)，其脉冲输出端与注气总管(8)相连通；以及
第三脉冲缸(22)，其脉冲输出端与注液总管(10)相连通。
6.根据权利要求5所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：所述第一脉冲缸(20)、第二脉冲缸(21)以及第三脉冲缸(22)的结构相同，均包括：
缸体(24)；
塞体(25)，其具有一活塞，所述活塞的一端连接有杆体，所述活塞密封滑动设置于所述缸体(24)中；以及
连接口(26)，作为其脉冲输出端设置于所述缸体(24)远离杆体的一端。
7.根据权利要求6所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：各个杆体远离活塞的一端均连接至滑动杆(18)上，所述滑动杆(18)的一端滑动设置于外缸(19)内，其另一端滑动贯穿所述外缸(19)且与复位弹簧(29)相连，所述复位弹簧(29)套设于所述滑动杆的外部，且其另一端与外缸(19)相连，以便驱动所述滑动杆(18)进行伸长运动，所述滑动杆(18)的收缩运动由传动机构(17)所驱动。
8.根据权利要求7所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：所述传动机构(17)包括：
凸轮(28)，其转动设置于所述外缸(19)的一侧，且能够与所述滑动杆(18)相接触；
从动齿轮(30)，其同轴设置于所述凸轮(28)的一侧；以及
主动齿轮(31)，其转动设置于所述外缸(19)的一侧，且与所述从动齿轮(30)相啮合，且所述主动齿轮(31)上同轴设置有从动同步轮，所述从动同步轮采用同步带与主动同步轮传动相连，所述主动同步轮固定于电机(32)的输出端。
9.根据权利要求8所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：所述传动机构(17)还包括锥齿轮组(27)，所述锥齿轮组(27)包括两个垂直传动连接的锥齿轮，其中一个锥齿轮同轴设置于凸轮(28)上，另一个锥齿轮同轴固定在驱动臂(16)上，所述驱动臂(16)与转子(15)同轴相连，所述转子转动设置于驱动筒(14)的内部，且所述驱动筒中还设置有与所述转子相匹配的定子，所述驱动筒(14)的进液端与进液管(13)相连通，另一端与注液分管(11)相连通。
10.根据权利要求1所述的一种基于二氧化碳深部封存的煤层瓦斯高效驱替抽采装置，其特征在于：所述井口处还设置有封头(5)，所述封头(5)与所述抽采管(1)密封滑动相连，且能够为所述抽采管(1)提供移动动力。
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