专利名称：一种煤炭地下气化钻孔井身结构及其构造方法
技术领域：
本发明涉及煤炭地下气化钻孔井身结构以及煤炭地下气化钻孔井身结构的构造方法。
背景技术：
煤炭地下气化过程的气化炉钻井包括进气井和出气井两类工艺井，其工艺钻孔设计的是否合理直接影响着气化工艺的选择及稳定运行，是煤炭地下气化实现稳定生产和低成本的关键。在煤炭地下气化生产中，进、出气井的主要作用是将气化剂通过进气井送至待气化煤层，煤炭在原位燃烧气化产出煤气和灰渣，煤气通过出气井将导出地面、灰渣则留在地下。在传统石油、天然气领域，钻孔井身结构设计是钻井工程的基础设计，钻孔井身材料的选择及其下放位置是井身结构设计的重要组成部分，基础设计的合理性直接影响油气井能否安全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层实现稳定生产、防止损害。煤炭地下气化建炉钻井参照石油钻井，其井结构通常采用石油系列钢质套管由地面通井下放至煤层下部，然后再依次固井密封、透孔成井。这种结构设计在煤炭地下气化过程中，会因煤层特殊的地质结构条件，出现诸如以下的问题气化剂供入不到位，加大贯通难度，使局部煤层不能气化燃烧；出气井孔底灰渣积聚，堵塞出气孔或地面管道；在进出气井底形成局部液封，造成系统阻力波动大。因此，合理的井结构将有助于提高煤炭采收率、 出气稳定性，减少系统阻力急剧变化。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种优化的进、出气钻孔井身结构设计及对应的构造方法，其能够实现气化剂的定位供应并减少进出气井堵塞和水封。根据本发明的一个方面，提供了一种煤炭地下气化钻孔井身结构的构造方法，其特征在于，该方法包括钻出自地面至少延伸至煤层的井孔；在井孔中下放具有预定长度的可燃套管，当该可燃套管在该井孔中被下放至预定位置时，借助与所述可燃套管的上端连接的另外的套管继续下放所述可燃套管，从而使得所述可燃套管的下端位于煤层中的预定位置处；以及将所述可燃套管以及所述另外的套管在井孔中固定就位。根据本发明的另一个方面，提供了一种地下气化钻孔井身结构，该钻孔井身结构包括自地面至少延伸至煤层的井孔以及位于井孔中的工作套管，其特征在于，所述工作套管包括上部套管以及下部的可燃套管，其中，所述可燃套管的下端位于煤层中的预定位置处。根据本发明的钻孔井身结构及其构造方法具有以下有益效果(1)可燃套管和例如石油钢质套管的不可燃硬质套管组合造价成本低。(2)可燃套管下放至气化煤层，能够实现气化剂的定位供应，有利于贯通。 (3)可燃套管易烧蚀，不结渣、不结块，有效减少生产中的灰渣堆积，减少灰渣堵塞和水封，提高气化炉运行稳定性，延长出气钻孔使用寿命，间接降低生产成本。(4)可燃套管较例如石油钢质套管的不可燃硬质套管质量轻，更容易下放。下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行描述。
附图中示意性地示出了本发明的实施方式，其中图1至图4示出了根据本发明的钻井井身结构的构造方法的示意图，特别是，图4示出了完工的根据本发明的钻井井身结构。附图标记说明1-地面，2-井孔，3-上部套管，4-固井水泥，5-煤层顶板，6_承压密封连接，7-可燃套管，8-煤层，9-煤层底板。
具体实施例方式首先参照图4，其示出了根据本发明的钻井井身结构。如图4所示，根据本发明的钻井井身结构包括自地面1至少延伸至煤层顶板5与煤层底板9之间的煤层8中的井孔 2、包括上部套管3和下部可燃套管7的工作套管、固井水泥4等。工作套管定位于井孔2 中，且可燃套管7的下端位于煤层中的预定位置处。在一个实施方式中，所述可燃套管7可以设计成其长度基本等于煤层的厚度且被下放到其下端大致与煤层底板9齐平。在另一个实施方式中，所述可燃套管7可以设计成其长度基本等于煤层的厚度1/2，且被下放到其下端临近煤层底板9。工作套管例如可以被固井水泥4固定就位。本发明的一个重要特征在于，位于所述工作套管的最下部的部分是可燃套管7而非传统的钢质套管。根据本发明，可燃套管7应该具有熔点低、易燃烧的特点，从而在提供气化剂通路的同时，还能够在煤层气化燃烧的高温下燃烧，并且不会产生大量灰渣或者导致阻塞井孔或上方的套管进而影响煤气采出。根据本发明的优选实施方式，工作套管为多段式结构，即最下部的可燃套管7与上部套管3采用连接部6连接。所述连接部6优选为承压密封连接部。由于在诸如气化剂或者煤气等流体的流路贯通初期可能会产生高压，所以所述承压密封连接部优选地设计成使得在流体(例如气化剂或者煤气)流路贯通初期，该连接部处不会发生漏水、漏气现象。 所述连接部6例如可以通过相邻的两根套管借助各自端部的内外螺纹的连接而实现。需要特别说明的是，根据本发明，前面所述的与最下部可燃套管7相连的上部套管3可以是一段也可以是多段，且既可以是不可燃硬质套管例如陶瓷套管或者石油开采领域的标准的石油钢质套管，也可以是与最下部的可燃套管7 —样或类似的可燃套管，还可以是不可燃硬质套管与可燃套管的任意组合。根据本发明的一个实施例，所述下部可燃套管7与上部套管3可以是连续的一体式结构。另外，可燃套管7还应具有预定的强度和承压性，使得在下放到所述煤层中的所述预定位置之前不会受损。根据本发明，所述可燃套管7可以是例如玻璃钢管、PE管、PVC管等。根据本发明，所述井孔可以为进气井。此时，相应地，所述预定位置为待气化煤层位置，所述工作套管将气化剂送至待气化煤层。另外，所述井孔也可以为出气井。此时，相应地，所述预定位置为煤层气化位置，煤层气化获得的煤气通过该工作套管导至地面。根据本发明的另一方面，还提供了一种如上所述的钻井井身结构的构造方法。该方法大体上包括如下几个步骤(1)钻出至少延伸至煤层的井孔；( 下放包括下部可燃套管的工作套管，使得所述下部可燃套管下放至煤层中的预定位置；以及(3)固定工作套管。下面结合前述的工作套管为多段式结构的情形对此详细说明。如图1至图4所示，对于工作套管为多段式结构的情形，该方法可以包括如下步骤步骤1 完成至少延伸至煤层的、符合设计要求的裸孔或者说井孔2，如图1所示；步骤2 自井孔的孔口下放符合设计长度(例如煤层厚度)的可燃套管7，并且在下放至预定位置(例如当可燃套管7的上端接近井孔的孔口位置)时，采用承压密封连接部6在可燃套管7上连接第二根套管3，如图2所示，然后借助该第二根套管3继续下放所述可燃套管7 ；本领域技术人员应能理解，对于该步骤，也可以如下进行，即首先采用承压密封连接部在可燃套管7上连接第二根套管3，然后自井孔的孔口将两者的组合下放；步骤3 当下放至预定位置，例如该第二根套管3的上端到达井孔的孔口附近时， 采用承压密封连接在该第二根套管3的上端连接并下放第三根套管，这样反复承压密封连接并下放第η根套管，η为大于等于3的整数，直至所述可燃套管7的下端被下放至预定位置为止，如图3所示；本领域技术人员应能理解的是，上述第三根以至第η根套管可能并非必须的。换句话说，在特殊情况下，有可能借助单根套管就足以将可燃套管下放至预定部位。步骤4 完成钻孔后期施工，固井、透孔完井、测井、水压试验等，完成最终的井身结构，如图4所示。为便于进一步理解本发明，尤其是本发明的方法，下面说明几个具体实例。实例1以下是对孔深为500米，预气化煤层位置为484 495米，净煤厚为8米为例说明本发明的实施步骤完成裸孔深度为500米的钻孔取芯施工；根据取芯结果，确定石油钢质套管底端下放位置486米，玻璃钢管底端下放位置 492. 5 米；将6. 5米长的玻璃钢管与石油钢质套管连接，采用螺纹连接方式，将玻璃钢管下放至地下486米处；下放石油钢质套管至地上0. 5米左右(安装地面管网)；进行钻孔后期施工，固井、透孔完井、测井、水压试验等。实例2以下是对孔深为480米，预气化煤层位置为470 478米，净煤厚为6米为例说明本发明的实施步骤完成裸孔深度为480米的钻孔取芯施工；根据取芯结果，确定石油钢质套管底端下放位置468米，PE管底端下放位置475. 5 米；
将7. 5米长的PE管与石油钢质套管连接，采用螺纹连接方式，将PE管下放至地下 475. 5米处；下放石油钢质套管至地上0. 5米左右(安装地面管网)；进行钻孔后期施工，固井、透孔完井、测井、水压试验等。实例3以下是对孔深为580米，预气化煤层位置为570 578米，净煤厚为6米为例说明本发明的实施步骤完成裸孔深度为580米的钻孔取芯施工；根据取芯结果，确定石油钢质套管底端下放位置568米，PVC管底端下放位置 575. 5 米；将7. 5米长的PVC管与石油钢质套管连接，采用螺纹连接方式，将PVC管下放至地下575. 5米处；下放石油钢质套管至地上0. 5米左右(安装地面管网)；进行钻孔后期施工，固井、透孔完井、测井、水压试验等。根据本发明的钻孔井身结构及其方法具有以下有益效果(1)可燃套管和例如石油钢质套管的不可燃硬质套管组合造价成本低。(2)可燃套管下放至气化煤层，能够实现气化剂的定位供应，有利于贯通。(3)可燃套管易烧蚀，不结渣、不结块，有效减少生产中的灰渣堆积，减少灰渣堵塞和水封，提高气化炉运行稳定性，延长出气钻孔使用寿命，间接降低生产成本。(4)可燃套管较例如石油钢质套管的不可燃硬质套管质量轻，更容易下放。
权利要求
1.一种煤炭地下气化钻孔井身结构的构造方法，其特征在于，该方法包括钻出自地面至少延伸至煤层的井孔；在井孔中下放具有预定长度的可燃套管，当该可燃套管在该井孔中被下放至预定位置时，借助与所述可燃套管的上端连接的另外的套管继续下放所述可燃套管，从而使得所述可燃套管的下端位于煤层中的预定位置处；以及将所述可燃套管以及所述另外的套管在井孔中固定就位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下放的步骤包括首先自井孔的孔口下放所述可燃套管，然后当可燃套管的上端接近井孔的孔口位置时，采用承压密封连接的方式在可燃套管的上端连接第二根套管，并且借助该第二根套管继续下放所述可燃套管； 或者，首先采用承压密封连接的方式在可燃套管上连接第二根套管，然后自井孔的孔口将两者的组合下放。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述下放的步骤进一步包括当下放进行至第二根套管的上端到达井孔的孔口附近时，采用承压密封连接在该第二根套管的上端连接并下放第三根套管，这样反复承压密封连接并下放第η根套管，η为大于等于3的整数， 直至所述可燃套管的下端被下放至预定位置为止。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连接为承压密封连接，且所述承压密封连接设计成使得在流体流路贯通初期，该连接不会发生漏水、漏气现象，并且所述连接能够由可燃套管以及所述另外的套管的端部的内外螺纹连接来实现。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可燃套管构造成能够在煤层气化燃烧的温度下燃烧，且具有预定的强度和承压性，使得在下放到所述井孔中的所述预定位置之前不会受损。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可燃套管为玻璃钢管、PE管或PVC 管，所述另外的套管为可燃套管或者不可燃硬质套管，且所述不可燃硬质套管包括陶瓷套管以及标准石油钢质套管。
7.—种地下气化钻孔井身结构，该钻孔井身结构包括自地面至少延伸至煤层的井孔以及位于井孔中的工作套管，其特征在于，所述工作套管包括上部套管以及下部的可燃套管，其中，所述可燃套管的下端位于煤层中的预定位置处。
8.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述上部套管与所述可燃套管通过承压密封连接部连接，且所述承压密封连接部设计成使得在流体流路的贯通初期，该连接部处不会发生漏水、漏气现象，并且所述连接部能够通过可燃套管以及上部套管的端部的内外螺纹连接来实现。
9.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述可燃套管构造成能够在煤层气化燃烧的温度下燃烧，且具有预定的强度和承压性，使得在下放到所述井孔中的所述预定位置之前不会受损。
10.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述可燃套管为玻璃钢管、PE管或PVC 管，所述上部套管为可燃套管或者不可燃硬质套管，且所述不可燃硬质套管包括陶瓷套管以及标准石油钢质套管。
11.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述井孔为进气井或出气井，所述预定位置为待气化煤层位置或者煤层气化位置，所述工作套管将气化剂送至待气化煤层或者将煤气导出至地面。
全文摘要
本发明公开了一种煤炭地下气化钻孔井身结构的构造方法，其特征在于，该方法包括钻出自地面至少延伸至煤层的井孔；在井孔中下放具有预定长度的可燃套管，当该可燃套管在该井孔中被下放至预定位置时，借助与所述可燃套管的上端连接的另外的套管继续下放所述可燃套管，从而使得所述可燃套管的下端位于煤层中的预定位置处；以及将所述可燃套管以及所述另外的套管在井孔中固定就位。本发明还提供了对应的井身结构。
文档编号E21B43/295GK102465693SQ201010532068
公开日2012年5月23日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者刘刚, 宋玉平, 庞旭林, 陈 峰, 陈影 申请人:乌兰察布新奥气化采煤技术有限公司, 新奥科技发展有限公司