CN201802362U - 地下气化通道贯通装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于在气化井内对气化通道进行贯通的地下气化通道贯通装置，该地下气化通道贯通装置包括位于气化井上部的地面系统(100)、位于气化井内的井下系统(200)，以及连接在地面系统(100)和井下系统(200)之间的传输系统(300)；所述地面系统(100)包括提吊系统(101)和上位机(102)；所述井下系统(200)包括深度测井仪(201)、液压系统(202)和用于切割通道的刀盘(203)；所述传输系统(300)包括用于电力及信号传输的上行专用电缆及下行专用电缆。采用本实用新型，可以提高生产井周围煤层层段的渗透性，从而提高煤炭地下气化贯通效率，节约贯通时间，降低贯通成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种地下气化通道贯通装置，该装置可以应用在煤炭地下气化等领域中，也可以应用在煤层气开采、油层气开采、油页岩利用等其他能源开采领域中，用以提高能源开采效率。
背景技术
在煤炭地下气化用高压空气压裂煤层的过程中，煤层裂隙空间分布的不均匀性、地层局部构造及在生产井的钻井固井操作导致的水泥浆漏失固结等因素均可能导致生产井周煤层很难贯通。因此需要采取相应措施增加井周的孔隙度，降低贯通难度，节约地下气化成本。
US 6,672,405提出一种提高油气产量的多级射孔装置，该装置通过装置内部多个射孔装置(用密封球等间隔)可以在至少一个地层的多个位置进行射孔。射孔装置内装有多级射孔器件及偏心装置，保证能够射穿套管，增加油气产量。
US 7,320,365提出一种提高现有油井产量的方法，具体过程为首先将底部设有钻孔器的泥浆管下到井内，这样在设备与井孔之间就形成了一个圆环，将泥浆管下到井内油气区后向管内泵入泥浆，泥浆的作用是在环内液压低于外部压力时产生不平衡条件，钻孔器用来扩孔，在此过程中产生的碎屑由泥浆循环带走。
目前，煤炭地下气化产气井与注气井之间的贯通过程中存在着贯通时间长、贯通难度大等缺点。通过分析发现造成上述问题的原因主要是煤层裂隙空间分布的不均匀性、地质构造及生产井钻井固井操作造成水泥浆漏失固结在生产井周围。
US 6,672,405的主要目的是利用多级射孔的方法提高油气井的产量。这种方法虽然也可以增加煤层的孔隙度，但是一次射孔只能针对单一位置且射孔深度有限，通道可控性差，构造的裂隙少，且由于射孔面积较小很可能导致软岩段的射孔在一定时间后射孔重新闭合，因此该方法只能作为降低煤层压裂强度的备选方案。
US 7,320,365所述的方法是利用钻孔仪器来扩大目的区域的井口半径来提高油气产率。这种方法主要是消除钻井过程中在井周形成的泥饼影响，对于煤炭地下气化来讲工作量较大，代价高，范围小，效果不是很明显。
实用新型内容
为克服上述现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提出一种提高地下气化通道贯通效率的装置。
在实际生产过程中，煤炭地下气化炉由注气井、产气井及气化通道组成，气化通道位于注气井和产气井之间的煤层段，可以提高煤炭气化效率，节约气化成本。
由于煤层的裂隙导致在不同方向上煤层的渗透性不同，因此在进行煤层开采之前首先要确定该层段的裂隙发育方向，然后沿裂隙方向开拓注气井及产气井并对两井之间的煤层进行压裂。然而由于煤层裂隙的空间分布并不均匀甚至可能存在局部地质构造，以及生产井在钻井固井操作中可能会由于煤层松软的地质条件导致水泥浆漏失而堵塞并固结在生产井周围，从而导致煤炭地下气化贯通效率低下。
为实现上述目的，本实用新型提供一种用于在气化井内对气化通道进行贯通的地下气化通道贯通装置，该地下气化通道贯通装置包括位于气化井上部的地面系统、位于气化井内的井下系统，以及连接在地面系统和井下系统之间的传输系统；所述地面系统包括提吊系统和上位机；其中，所述井下系统包括深度测井仪、液压系统和用于切割通道的刀盘，所述刀盘在铰接点处以铰接方式连接到所述液压系统，从而所述刀盘能够以铰接点为枢轴而相对于所述液压系统的纵向以一个角度范围回转，所述刀盘相对于所述液压系统的纵向以一个角度范围回转使得所述刀盘在地层内切割出与所述液压系统的纵向相平行的扇形通道面。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述角度范围为0至80度。在本实用新型的一种优选实施方式中，所述角度范围为0至70度。在本实用新型的一种优选实施方式中，所述角度范围为0至60度。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述液压系统以能够在气化井内的任一水平截面中回转的方式设置在气化井内，从而所述刀盘在地层中能够切割出多个在水平方向上以不同角度定向的扇形通道面。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述液压系统以能够在气化井内的任一水平截面中360度回转的方式设置在气化井内，从而所述刀盘203在地层中在水平方向的360范围内能够切割出多个以不同角度定向的扇形通道面。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述传输系统包括用于电力及信号传输的上行专用电缆及下行专用电缆。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述刀盘上镶嵌有多个刀具。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述液压系统包括油箱、过滤器、溢流阀、单向阀、安全溢流阀组、伺服放大器、电液伺服阀、双杆液压泵、位置传感器，以及测速电动机。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述液压系统还包括单向变量液压泵、双向变量液压泵，以及双向定量液压马达。
通过采用本实用新型，可以实现通过地面系统控制井下装置在生产井周煤层层段沿预先确定的裂隙方向剖开若干垂直切面，这样可以有效解决煤层裂隙分布不均及水泥浆漏失对煤层造成的影响，提高生产井周围煤层层段的渗透性，从而提高煤炭地下气化贯通效率，节约贯通时间，降低贯通成本。本实用新型不但适用于煤炭地下气化领域，同样可以在煤层气开采、油层气开采、油页岩利用等其他能源开采领域提高能源开采效率。
在背景技术部分中介绍的各发明主要用于提高油气开采率，对地下气化通道贯通有一定的借鉴意义，但由于煤层自身的特点，用于地下气化效果并不明显。
与在背景技术部分中介绍的各发明相比，本实用新型根据煤层自身的特点设计了专用装置在生产井的煤层段沿贯通方向切割多条一定半径(半径尺寸由锯子的长度确定)的垂直扇面，这样形成的扇面方向与煤层的裂隙方向、贯通方向一致，有助于提高贯通效率，且方法操作简便，可以节约贯通成本。
下面结合附图，对本实用新型的原理、结构、各种实施方式及其优点作进一步的说明。
附图说明
图1是本实用新型的地下气化通道贯通装置的总体布局示意图；
图2是本实用新型的液压系统的总体示意图；
图3是本实用新型的地下气化通道贯通装置在煤层中的作用位置的示意图。
具体实施方式
下面参照说明书附图对本实用新型进行详细说明。
在预先完成的生产井中对煤层进行压裂贯通的过程中，由于煤层裂隙空间分布不均匀甚至可能存在地质构造，可能会使得裂隙方向与预先测定的大区裂隙发育方向可能会存在一定的偏差；层状结构的煤层夹矸也是很难避免的，夹矸层的压裂贯通难度比煤层的压裂贯通难度大很多；钻井、固井施工可能导致生产井附近煤层的原始受力情况发生变化及井周被固井水泥封住从而导致很难从生产井贯通到煤层。本实用新型综合考虑上述问题，利用专用装置在井周形成若干扇形垂直切面来增加生产井附近煤层孔隙度，切开可能存在的夹矸及固结的水泥环，降低煤层压裂贯通难度。
如各附图所示，本实用新型提供一种用于在气化井内对气化通道进行贯通的地下气化通道贯通装置，该地下气化通道贯通装置包括位于气化井上部的地面系统100、位于气化井内的井下系统200，以及连接在地面系统100和井下系统200之间的传输系统300；所述地面系统100包括提吊系统101和上位机102；
其中：所述井下系统200包括深度测井仪201、液压系统202和用于切割通道的刀盘203，所述刀盘203在铰接点处以铰接方式连接到所述液压系统202，从而所述刀盘203能够以铰接点为枢轴而相对于所述液压系统202的纵向以一个角度范围回转，所述刀盘203相对于所述液压系统202的纵向以一个角度范围回转使得所述刀盘在地层内切割出与所述液压系统202的纵向相平行的扇形通道面。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述角度范围为0至80度。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述角度范围为0至70度。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述角度范围为0至60度(如图3中的“扇面”示意性地所示)。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述液压系统202以能够在气化井内的任一水平截面中回转的方式设置在气化井内，从而所述刀盘203在地层中能够切割出多个在水平方向上以不同角度定向的扇形通道面。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述液压系统202以能够在气化井内的任一水平截面中360度回转的方式设置在气化井内，从而所述刀盘203在地层中在水平方向的360范围内都能够切割出多个以任意角度定向的扇形通道面。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述传输系统300包括用于电力及信号传输的上行专用电缆及下行专用电缆。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述刀盘203上镶嵌有多个刀具204。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述液压系统202包括油箱2021、过滤器2022、溢流阀2024、单向阀2026、2027、安全溢流阀组2029、伺服放大器20210、20211、电液伺服阀20212、双杆液压泵20213、位置传感器20214，以及测速电动机20215。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述液压系统202还包括单向变量液压泵2023、双向变量液压泵2025，以及双向定量液压马达2028。
简言之，本实用新型设计的专用装置包括地面系统100、井下系统200及传输系统300，如附图1所示；地面系统可以采用井下操作常用的地面系统，包括提吊系统101、上位机102；井下系统包括深度测井仪器201、液压系统202、刀盘203(刀盘上可以镶嵌多个刀具204)；传输系统包括上行专用电缆及下行专用电缆(能够进行电力及信号传输)。深度测井仪201可以采用常用的深度测井工具，液压系统202是整个系统的核心部分，包括油箱2021、过滤器2022、单向变量液压泵2023、溢流阀2024、双向变量液压泵2025、单向阀2026、2027、双向定量液压马达2028、安全溢流阀组2029、伺服放大器20210、20211、电液伺服阀20212、双杆液压泵20213、位置传感器20214、测速电动机20215，如附图2所示。刀盘203结构如附图3所示，上面可以刚性连接多个刀具204。
下面举例说明本实用新型所提供的用于在气化井内对气化通道进行贯通的地下气化通道贯通装置的具体使用方式。
在利用本实用新型设计的装置进行具体操作前，首先需要根据该生产井附近煤层的地质信息确定所要切割的半径，并根据生产井的半径确定井下是否有足够的工作空间供工作，若空间不足，需要首先对井下的煤层段进行扩孔，以满足井下系统正常工作的需要。通过扶正器调节始终位于井轴中心位置。
在利用本实用新型设计的装置进行具体操作过程中，首先通过地面装置的提吊系统101将装置的井下系统200下放到生产井中，在下放过程中，深度测井仪器201实时测量井下装置所处深度位置，然后通过专用上行电缆将仪器所处的深度信息上传到地面系统的上位机102，上位机102通过比较得到的深度信号与预设信号，来控制提调系统101是否继续工作，当井下系统深度位置小于预设深度时，提调系统101继续工作，当井下系统达到预设深度位置时，提吊系统101停止运动。与此同时，上位机102控制液压系统203开始工作，该液压系统为一个泵控闭式系统。液压系统开始工作时，单向变量液压泵2023从油箱2021吸油，经单向阀2026进入双向变量液压泵2025然后进入双向变量液压马达2028，双向定量液压马达2028驱动刀盘203转动，从而使刀盘上与刀盘刚性连接的刀具切割煤层，双向定量液压马达2028的回油返回到双向变量液压泵2025中，从而使2025、2028形成一个液压回路；在系统工作过程中，系统中各液压元件的泄漏损失由单向定量液压泵2023经单向阀2026或单向阀2027进行补偿。
该系统的控制系统通过改变双向变量液压泵2025的排量对双向定量液压马达2028调节刀盘203工作速度及方向。双向变量液压泵2025的排量通过电液伺服阀20212和双杆液压缸20213组成的阀控式电液伺服机构(经常附设在双向变量液压泵2025内部)的位移调节来实现。刀盘与输入信号之间设有测速传感器20215，构成一个闭环位置控制系统。当系统输入指令信号后，控制液压源的压力油20216经电液伺服阀20212向双杆液压缸20213供油，使液压缸驱动双向变量液压泵2023的变量机构在一定速度下工作；双向定量液压马达控制的刀盘的位置通过位置传感器20215检测，转换为反馈信号，与输入信号相比较，得出的偏差信号控制电液伺服阀20212的阀口开度，从而改变双向变量液压泵2023的排量，最终保证双向变量液压马达2028在希望的速度工作。位置传感器20214构成内部反馈环节，用于保证刀具204在煤层裂隙方向上进行切割。
在整个切割过程中，液压系统中的液压油在传递能量的同时起到冷却系统的作用，保证系统在切割煤层的过程中不至于温度过高而损坏液压系统，完成切割工作后，关闭电液伺服阀20212的阀口，双向变量液压泵2023停止向双向定量液压马达2028提供液压油，双向定量液压马达2028停止工作。如果需要再次进行切割工作，则根据需要调整刀具的周向位置，然后重复上述切割过程；如果不再需要进行切割则液压系统停止工作，上位机102控制地面的提吊系统101将井下装置提到地面。整个工作完成后，在煤层段需要贯通区域的井壁上会形成一条或几条切割线，每条切割线都在煤层内部形成了一条扇面，且这些扇面的方向与煤层的裂隙大体方向分布基本一致，从而使得煤层易于贯通，节约贯通成本。
本实用新型提出的方法不但适用于煤炭地下气化领域，同样可以在煤层气开采、油层气开采、油页岩利用等其他能源开采领域提高能源开采效率。
Claims (10)
1.一种用于在气化井内对气化通道进行贯通的地下气化通道贯通装置，该地下气化通道贯通装置包括位于气化井上部的地面系统(100)、位于气化井内的井下系统(200)，以及连接在地面系统(100)和井下系统(200)之间的传输系统(300)；
所述地面系统(100)包括提吊系统(101)和上位机(102)；
其特征在于：所述井下系统(200)包括深度测井仪(201)、液压系统(202)和用于切割通道的刀盘(203)，所述刀盘(203)在铰接点处以铰接方式连接到所述液压系统(202)，从而所述刀盘(203)能够以铰接点为枢轴而相对于所述液压系统(202)的纵向以一个角度范围回转，所述刀盘(203)相对于所述液压系统(202)的纵向以一个角度范围回转使得所述刀盘在地层内切割出与所述液压系统(202)的纵向相平行的扇形通道面。
2.根据权利要求1所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述角度范围为0至80度。
3.根据权利要求1所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述角度范围为0至70度。
4.根据权利要求1所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述角度范围为0至60度。
5.根据权利要求1所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述液压系统(202)以能够在气化井内的任一水平截面中回转的方式设置在气化井内，从而所述刀盘(203)在地层中能够切割出多个在水平方向上以不同角度定向的扇形通道面。
6.根据权利要求5所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述液压系统(202)以能够在气化井内的任一水平截面中360度回转的方式设置在气化井内。
7.根据权利要求1所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述传输系统(300)包括用于电力及信号传输的上行专用电缆及下行专用电缆。
8.根据权利要求1所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述刀盘(203)上镶嵌有多个刀具(204)。
9.根据权利要求1所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述液压系统(202)包括油箱(2021)、过滤器(2022)、溢流阀(2024)、单向阀(2026、2027)、安全溢流阀组(2029)、伺服放大器(20210、20211)、电液伺服阀(20212)、双杆液压泵(20213)、位置传感器(20214)，以及测速电动机(20215)。
10.根据权利要求4所述的地下气化通道贯通装置，其特征在于：所述液压系统(202)还包括单向变量液压泵(2023)、双向变量液压泵(2025)，以及双向定量液压马达(2028)。
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