一种煤炭地下气化注气钻孔装置的制作方法

本实用新型涉及煤炭地下气化设备领域，具体为一种煤炭地下气化注气钻孔装置。

背景技术：

煤炭地下气化首先采用垂直钻孔和定向钻孔在气化煤层内构建地下气化炉，气化炉一般由进气孔、生产孔和气化通道组成，然后在气化炉的一端进行点火，另一端鼓入气化剂，产生的煤气井生产孔排出地面供后系统使用。传统煤炭地下气化技术采用垂直井注入氧化剂，氧化剂的注入位置不可控，容易导致煤层燃烧点较高，造成低的资源回采率，且生产合成气的热值较低。需要大量的垂直钻井，才能保证气化过程的连续运行，对地表破坏及影响较大。垂直钻孔的数量导致煤气成本较高，使其在深部煤层中应用受到限制。另外，垂直井同时用于注气与出气，导致井功能的频繁切换，以及出气孔焦油堵塞等问题，井极易损坏，尤其是位于高温气化反应区的垂直井。

随着煤炭地下气化技术的发展，目前最先进的煤炭地下气化工艺是结合定向钻井与连续油管技术开发的移动注气点后退气化工艺。该工艺在定向钻井中布置连续油管，通过地面在连续油管中注入气化剂并移动位置，可控制煤层注气点位置，以此来控制气化区，强化气化过程，提高资源回采率。由于采用了先进的连续油管注气技术，可在最小地表影响与最少井的情况下，开采最大范围的煤层。虽然移动注气点后退气化工艺技术可控制注气点位置移动，但由于地下煤层结构复杂，不均质，导致气化/燃烧情况不一，但没有一种可行的火区探测方法，可基于实际气化状况选择合适注气点移动距离。此外，该工艺还有注气井回火风险，可能会对连续油管以及井口设备造成破坏，甚至造成井喷事故。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本实用新型提供一种煤炭地下气化注气钻孔装置，能有效的解决背景技术提出的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种煤炭地下气化注气钻孔装置，包括生产套管、设置在生产套管内部的注气管以及和生产套管连通的生产井，所述生产井垂直深入地面以下且井口处设置有阀门，所述生产套管上端通过悬挂器悬挂在地面上方且下端延伸至煤层并与生产井底部连通，所述注气管的上端连接有控制注气管伸缩的驱动装置，所述注气管的下端通过注入头向下延伸且端部安装有点火装置，所述驱动装置上安装有气化剂注入装置，所述气化剂注入装置和注气管上端连通。

所述生产套管的外壁通过若干个光纤固定装置固定有光纤，所述生产套管的外部依次套设有第二套管和第一套管，所述第一套管和第二套管上端均连接于地面且下端深入地面以下，所述生产套管的上端还开设有水注入口和CO2注入口。

进一步地，所述生产套管由垂直段、弯曲段以及水平段连接而成，所述垂直段及弯曲段生产套管管材采用钢材质，水平段生产套管采用玻璃钢材质。

进一步地，所述第一套管和第二套管均采用水泥浇筑，所述第一套管用于固定松散层，所述第二套管用于固定各岩层，且所述第二套管的长度大于第一套管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的注气管由地面驱动装置控制注气管伸缩，由驱动装置将注气管伸入煤层中，生产过程中根据工艺控制需要，由驱动装置将注气管间歇后撤，所述注气管与生产管之间的间隙，可由地面设置的水注入口和CO2注入口分别注入水或CO2，为注气管与后端生产管降温，保护注气管与后端生产管，并防止回火，维持气化生产正常进行，此外，可通过水或CO2注入量的调整，来调节气化反应，获得合适的煤气组分，所述注气管下端端部安装点火装置，实现移动式任意位置点火，在每次注气管后退一定距离后，可快速点火，建立火区，提高气化效率，强化气化过程；

(2)本实用新型的光纤位于生产套管外侧，可实时反馈整个生产套管上的温度分布，结合生产井出口煤气组分变化，可反映煤炭地下气化反应进行状况，为强化气化过程，提高煤气有效组分，或扩展气化反应区提供依据，并随气化反应过程的进行，依据光纤熔断点判断火区扩展位置，结合生产井出口煤气产量，为判断火区扩展位置，后撤注气管，进行下一阶段气化反应过程提供重要数据参考，达到煤炭地下气化可控可测注气过程。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的图1中A的放大结构示意图。

图中标号：

1-第一套管；2-第二套管；3-生产套管；4-注气管；5-悬挂器；6-注入头；7-驱动装置；8-气化剂注入装置；9-水注入口；10-CO2注入口；11-光纤；12-光纤固定装置；13-点火装置；14-生产井；15-阀门；16-煤层；17-地面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种煤炭地下气化注气钻孔装置，包括生产套管3、设置在生产套管3内部的注气管4以及和生产套管3连通的生产井14，所述生产井14垂直深入地面17以下且井口处设置有阀门15，所述生产套管3上端通过悬挂器5悬挂在地面17上方且下端延伸至煤层16并与生产井14底部连通，所述注气管4的上端连接有控制注气管4伸缩的驱动装置7，所述注气管4的下端通过注入头6向下延伸且端部安装有点火装置13，所述驱动装置7上安装有气化剂注入装置8，所述气化剂注入装置8和注气管4上端连通，所述生产套管3的外壁通过若干个光纤固定装置12固定有光纤11，所述生产套管3的上端还开设有水注入口9和CO2注入口10。

所述注气管4由地面驱动装置7控制注气管4伸缩，建炉过程中由驱动装置7将注气管4伸入煤层中，生产过程中根据工艺控制需要，由驱动装置7将注气管4间歇后撤。所述注气管4中在地面气化剂注入装置8注入气化剂，所述气化剂可为空气、纯氧、富氧、二氧化碳等，根据工艺需要可调节气化剂注入流量。所述注气管4与生产套管3之间的间隙，可由地面设置的水注入口9和CO2注入口10分别注入水或CO2，为注气管4与后端生产套管3降温，并防止回火，维持气化生产正常进行，此外，可通过水或CO2注入量的调整，来调节气化反应，获得合适的煤气组分。所述注气管4下端端部安装点火装置13，注气管4可设置为同心管，可同时通入空气/纯氧与可燃气体，实现移动式任意位置点火，在每次注气管4后退一定距离后，可快速点火，建立火区，提高气化效率，强化气化过程。

光纤11位于生产套管3外侧，由若干个固定装置12固定在生产套管3上。所述光纤11可实时反馈整个生产套管3上的温度分布，结合生产井14出口煤气组分变化，可反映煤炭地下气化反应进行状况，为强化气化过程，提高煤气有效组分，或扩展气化反应区提供依据，并随气化反应过程的进行，依据光纤11熔断点判断火区扩展位置，结合生产井14出口煤气产量，为判断火区扩展位置，后撤注气管4，进行下一阶段气化反应过程提供重要数据参考，达到煤炭地下气化可控可测注气过程。

所述生产套管3由垂直段、弯曲段以及水平段用形扣等专用连接方式连接组成，所述垂直段及弯曲段生产套管3管材采用钢材质，水平段生产套管3采用玻璃钢材质。玻璃钢材质生产套管3长度等于定向井水平段长度，此后，再连接上钢材质生产套管3，钢材质生产套管3长度由定向井垂直段与弯曲段决定。采用边下生产套管边连接方式，由地面悬挂器逐渐下入煤层16中。水平段生产套管3上部、下部与煤层16有一定间隙，为光纤固定装置12预留一定空间，间隙大小视光纤固定装置12尺寸决定。所述生产套管3在煤层16内起支护作用，防止煤层16塌落，影响注气管4伸缩。

所述生产套管3的外部依次套设有第二套管2和第一套管1，第一套管1上端位于地面，下端位于地面以下，具体位置依据第四系松散层深度决定，第一套管1长度由地面至第四系松散层以下1米至5米，第二套管2位于第一套管1内部，上端位于地面，下端延伸至定向井垂直段与弯曲段连接处。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。