一种煤炭地下气化进、出气孔结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种煤炭地下气化进、出气孔结构，涉及煤炭地下气化【技术领域】，为避免含水层的水进入炉内，影响正常气化或导致气化炉熄火而发明。所述煤炭地下气化进、出气孔结构包括开设于地面且与待气化煤层连通的安装孔，所述安装孔包括彼此连通的上套管安装孔和下套管安装孔，所述上套管安装孔穿过含水层设置，所述上套管安装孔内固定连接有上套管，所述下套管安装孔内自由穿设有下套管，所述下套管上端配合穿设于所述上套管内，且所述下套管可沿所述上套管内壁自由滑动。本发明煤炭地下气化进、出气孔结构用于煤炭地下气化。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤炭地下气化【技术领域】，尤其涉及一种煤炭地下气化进、出气孔结构。 一种煤炭地下气化进、出气孔结构
【背景技术】
[0002] 煤炭地下气化技术中，最小的实体有机质气化单元由进气孔、出气孔和气化通道 组成，进气孔将气化剂输送到有机质中，与高温的有机质发生氧化、还原及热解等反应，产 生的煤气经过气化通道01由出气孔02导出地面03进行进一步的利用，随着气化剂与有机 质的反应，进气孔04端形成的空腔会越来越大，出气孔02的温度会越来越高，煤炭地下气 化技术的整体结构如图1所示，03为气化通道，02为出气孔，03为地面，04为进气孔，图中 的箭头表示煤气流路。
[0003] 为了保证钻孔在底部冒落或在温度上升发生套管膨胀伸缩后上部含水层的水不 与气化煤层导通，现有技术中是在钻孔套管外壁与周围岩层通过固井水泥封死，如图2所 示，其中05为套管，06为含水层，07为气化煤层，08为固井水泥，09为岩层。
[0004] 现有技术的钻孔在地层不发生错落，或钻孔套管没有大的温度变化不引起套管05 伸缩的情况下，可以保证上部含水层06的水不会导入气化煤层07中。但是当地层发生错 落或者套管05伸缩时，经常会使固井水泥08松动、脱落甚至是套管05被拉断，且发生故障 的位置是在含水层06或含水层06以下。这样就会导致含水层06的承压水通过断口经套 管导入气化煤层07,或者是导致含水层06的承压水通过破坏后的固井水泥层导入炉内，造 成气化炉的温度下降，不会产生高热值的煤气，严重时会导致气化炉熄火，被迫中断气化。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例提供一种煤炭地下气化进、出气孔结构，可以避免含水层的水进 入炉内，影响正常气化或导致气化炉熄火。
[0006] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0007] -种煤炭地下气化进、出气孔结构，包括开设于地面且与待气化煤层连通的安装 孔，所述安装孔包括彼此连通的上套管安装孔和下套管安装孔，所述上套管安装孔穿过含 水层设置，所述上套管安装孔内固定连接有上套管，所述下套管安装孔内自由穿设有下套 管，所述下套管上端配合穿设于所述上套管内，且所述下套管可沿所述上套管内壁自由滑 动。
[0008] 进一步地，所述上套管通过固井水泥环与所述上套管安装孔连接。
[0009] 进一步地，所述上套管的下表面位于距离待气化煤层最近的含水层以下。
[0010] 更进一步地，所述上套管的下表面与所述含水层的距离大于5米。
[0011] 进一步地，所述上套管的下表面与待气化煤层顶面的距离大于待气化煤层厚度的 5倍。
[0012] 进一步地，所述上套管的下端设有第一限位件，所述下套管的上端对应所述第一 限位件设有第二限位件，所述第一限位件和所述第二限位件可阻止所述下套管的上端与所 述上套管的下端脱离。
[0013] 进一步地，所述第一限位件为设置于所述上套管的下端内壁上的卡环，所述第二 限位件为设置于所述下套管的上端外壁上的卡环或阶梯状凸台环。
[0014] 进一步地，所述第一限位件为均匀布置于所述上套管的下端内壁一周的卡环段， 所述第二限位件为设置于所述下套管的上端外壁上的卡环；
[0015] 或所述第一限位件为设置于所述上套管的下端内壁上的卡环，所述第二限位件为 均匀布置于所述下套管的上端外壁一周的卡环段。
[0016] 进一步地，所述第一限位件为设置于所述上套管的下端内壁上的阶梯状凸台环， 所述第二限位件为设置于所述下套管的上端外壁上的卡环或阶梯状凸台环。
[0017] 进一步地，所述卡环的限位面为斜面。本发明实施例提供的煤炭地下气化进、出气 孔结构，上套管安装孔穿过含水层设置，由于上套管安装孔内固定连接有上套管，下套管安 装孔内自由穿设有下套管，下套管在热胀冷缩的情况下可以在上套管内壁自由滑动，使得 下套管受地层冒落的影响作用减小，对上套管产生外力的影响作用也减小，避免煤层顶板 发生冒落时，地层错动拉断套管，含水层的水经套管的断口导入炉内，保证了钻孔的正常进 出气，进而确保了煤炭地下气化过程的正常进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术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。
[0019] 图1为现有技术煤炭地下气化结构的整体示意图；
[0020] 图2为现有技术钻孔结构的示意图；
[0021] 图3为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构的整体结构示意图；
[0022] 图4为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中第一限位件和第二限位件采 用卡环的结构示意图；
[0023] 图5为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中第一限位件和第二限位件的 卡环的限位面采用斜面结构的示意图；
[0024] 图6为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中第一限位件采用卡环段的结 构示意图；
[0025] 图7为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中第二限位件采用卡环段的结 构示意图；
[0026] 图8为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中上套管下端采用斜面结构的 限位面、下套管上端采用卡环段的结构示意图；
[0027] 图9为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中上套管下端采用卡环段结 构、下套管上端采用斜面结构的限位面的示意图；
[0028] 图10为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中第一限位件和第二限位件 均采用阶梯状凸台环的结构示意图；
[0029] 图11为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中第一限位件采用阶梯状凸 台环、第二限位件采用限位面为斜面结构卡环的结构示意图；
[0030] 图12为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构中第一限位件采用限位面为 斜面结构卡环、第二限位件采用阶梯状凸台环的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构进行详细描述。
[0032] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、 "右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的 方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0033] 术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐 含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，"多个"的含义是两个 或两个以上。
[0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的 普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035] 图3为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构的一个具体实施例，本实施例 煤炭地下气化进、出气孔结构，包括开设于地面且与待气化煤层连通的安装孔，安装孔包括 彼此连通的上套管安装孔和下套管安装孔，上套管安装孔为从地面穿过含水层到含水层以 下岩层之间的孔，下套管安装孔为从含水层以下岩层到待气化煤层之间的孔，上套管安装 孔内固定连接有上套管1，下套管安装孔内自由穿设有下套管2,下套管2上端配合穿设于 上套管1内，且下套管2可沿上套管1内壁自由滑动。
[0036] 本发明的实施例提供的煤炭地下气化进、出气孔结构，上套管安装孔穿过含水层 设置，由于上套管安装孔内固定连接有上套管1，下套管安装孔内自由穿设有下套管2,下 套管2在热胀冷缩的情况下可以在上套管1内壁自由滑动，使得下套管2受地层冒落的影 响作用减小，对上套管1产生外力的影响作用也减小，避免煤层顶板发生冒落时，地层错动 拉断套管，含水层的水经套管的断口导入炉内，保证了钻孔的正常进出气，进而确保了煤炭 地下气化过程的正常进行。
[0037] 为确保气化过程的正常进行，如图3所示，将上套管1通过固井水泥环5与上套管 1安装孔连接。固井水泥凝固后形成的固井水泥环5可以用来固定上套管1与周围岩层31， 保证含水层4被固定死，避免含水层4的水进入炉内，阻止进、出气孔结构的正常进出气，影 响煤炭地下气化过程的正常进行。并且下套管2与周围岩层32未采用固井水泥环5固定， 仅仅通过岩层32的收缩应力自动固定，由此使下套管2与周围岩层32的附着力较小，在受 热胀冷缩或地层冒落拉伸时，对下套管2的破坏力较低。
[0038] 为确保不同地层结构下煤炭地下气化过程均正常进行，需要考虑上套管1的位置 设计，上套管1的位置设计与上套管1的下表面与含水层4的距离、上套管1的下表面与待 气化煤层6顶面的距离以及待气化煤层6的厚度都有关系。如图3所示，由于上套管1的 下端与其周围岩层31处是最容易导水的部位，也是上套管安装孔最薄弱的部分，可以将上 套管1的下表面设计在距离待气化煤层6最近的含水层4以下，且上套管1的下表面与含 水层4的距离设计为大于5米，并且上套管1全部通过固井水泥环5与上套管安装孔连接， 可以保证含水层4被固定死，减小距离待气化煤层6最近的含水层4的水进入待气化煤层6 的可能性；由于含水层4与待气化煤层6之间的地层太薄，随着待气化煤层6气化过程的进 行，该地层失去支撑，发生冒落，所产生的地应力会对上、下套管造成破坏，从而拉断套管， 使得含水层4的水进入炉内，因此，需考虑将上套管1的下表面与待气化煤层6顶面的距离 设计较大一些，实践证明，将上套管1的下表面与待气化煤层6顶面的距离设计为大于待气 化煤层6厚度的5倍时，可以避免含水层4与待气化煤层6之间的地层发生冒落，确保待气 化煤层6气化过程的正常进行。
[0039] 如上述实施例所述，可以将上套管1的下表面与含水层4的距离设计为6米，并且 上套管1全部通过固井水泥环5与上套管安装孔连接，可以保证含水层4被固定死，减小距 离待气化煤层6最近的含水层4的水进入待气化煤层6的可能性；当待气化煤层6的厚度 为7米时，可将上套管1的下表面与待气化煤层6顶面的距离设计为42米，以使得上套管1 的下表面与待气化煤层6顶面的距离大于待气化煤层6厚度的5倍，可以避免含水层4与 待气化煤层6之间的地层发生冒落，确保待气化煤层6气化过程的正常进行。
[0040] 具体的，还可以将上套管1的下表面与含水层4的距离设计为10米，并且上套管 1全部通过固井水泥环5与上套管安装孔连接，可以保证含水层4被固定死，减小距离待气 化煤层6最近的含水层4的水进入待气化煤层6的可能性；当待气化煤层6的厚度为6米 时，可将上套管1的下表面与待气化煤层6顶面的距离设计为40米，以使得上套管1的下 表面与待气化煤层6顶面的距离大于待气化煤层6厚度的5倍，可以避免含水层4与待气 化煤层6之间的地层发生冒落，确保待气化煤层6气化过程的正常进行。
[0041] 由于下套管2在地层应力作用下在上套管1内可以自由伸缩，同时下套管2可以 在其周围岩层32内自由伸缩，如图3所示，为阻止下套管2的上端与上套管1的下端脱离， 在上套管1的下端设有第一限位件11，下套管2的上端对应第一限位件11设有第二限位件 21，第一限位件11和第二限位件21可以将上、下套管悬挂连接，进而阻止上、下套管脱离， 起到给下套管2限位的作用，保证下套管2不会掉入炉内，确保待气化煤层6气化过程的正 常进行。
[0042] 具体的，如图4所示，可以将第一限位件11设计为设置于上套管1的下端内壁上 的卡环，第二限位件21设计为设置于下套管2的上端外壁上的卡环，这种卡环结构可以将 上、下套管悬挂连接，进而阻止上、下套管脱离，起到给下套管2限位的作用，以防止下套管 2掉入炉内，影响待气化煤层6气化过程的正常进行，同时，卡环加工简单，易于实现。
[0043] 在上述实施例中，如图5所示，可以将第一限位件11卡环的限位面111与第二限 位件21卡环的限位面211均设计为斜面，斜面结构可以使得第一限位件11的限位面111 与第二限位件21的限位面211的接触更加平缓，可以避免钻井的施工过程中和下放套管 的过程中容易卡滞的问题发生，可以提高施工质量和进度，同时斜面结构可以确保上套管1 能够下放到预定位置，可以使得上、下套管更好的悬挂连接，阻止上、下套管脱离，确保待气 化煤层6气化过程的正常进行。
[0044] 如图6和图7所示，可以将第一限位件11设计为均匀布置于上套管1的下端内壁 一周的卡环段，卡环段可以采用η个均布的形式，第二限位件21为设置于下套管2的上端 外壁上的卡环；或将第一限位件11设计为设置于上套管1的下端内壁上的卡环，第二限位 件21设计为均匀布置于下套管2的上端外壁一周的卡环段，卡环段可以采用η个均布的形 式。采用卡环段可以节约材料，减少施工时间，提高施工效率。
[0045] 如上述实施例所述，如图8和图9所示，可以将与卡环段相对的卡环的限位面做成 斜面，由此，可以使得卡环与限位面之间由面接触变为线接触，便于下套管2受热膨胀时向 上的蠕动，减小了接触面的吸力，使得上、下套管更好的悬挂连接，防止上、下套管脱离，确 保待气化煤层6气化过程的正常进行。
[0046] 如图10所示，可以将第一限位件11做成设置于上套管1的下端内壁上的阶梯状 凸台环，第二限位件21为设置于下套管2的上端外壁上的阶梯状凸台环，凸台环结构可以 增加上、下套管的悬挂连接强度，更有利于保护下套管2受重力作用下不与上套管1脱开， 对下套管2的定位起到了保护作用。
[0047] 如图11所示，还可以将第一限位件11做成设置于上套管1的下端内壁上的阶梯 状凸台环，第二限位件21做成设置于下套管2的上端外壁上的卡环，且第二限位件21卡环 的限位面211为斜面，可以使得凸台环与第二限位件21卡环的限位面211由面接触变为线 接触，便于在下套管2受热膨胀时向上的蠕动，减小了接触面的吸力，使得上、下套管更好 的悬挂连接，同时阻止下套管2的上端与上套管1的下端脱离，确保待气化煤层6气化过程 的正常进行。
[0048] 如图12所示，将第一限位件11设计为设置于上套管1的下端内壁上的卡环，且第 一限位件11卡环的限位面111为斜面，第二限位件21为设置于下套管2的上端外壁上的 阶梯状凸台环，可以使得凸台环与第一限位件11卡环的限位面111由面接触变为线接触， 便于在下套管2受热膨胀时向上的蠕动，减小了接触面的吸力，使得上、下套管更好的悬挂 连接，同时阻止下套管2的上端与上套管1的下端脱离，确保待气化煤层6气化过程的正常 进行。
[0049] 在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实 施例或示例中以合适的方式结合。
[0050] 以上所述，仅为本发明的【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，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，包括开设于地面且与待气化煤层连 通的安装孔，所述安装孔包括彼此连通的上套管安装孔和下套管安装孔，所述上套管安装 孔穿过待气化煤层上部的含水层设置，所述上套管安装孔内固定连接有上套管，所述下套 管安装孔内自由穿设有下套管，所述下套管上端配合穿设于所述上套管内，且所述下套管 可沿所述上套管内壁自由滑动。
2. 根据权利要求1所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述上套管通过 固井水泥环与所述上套管安装孔连接。
3. 根据权利要求1所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述上套管的下 表面位于距离待气化煤层最近的含水层以下。
4. 根据权利要求3所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述上套管的下 表面与所述含水层的距离大于5米。
5. 根据权利要求1所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述上套管的下 表面与待气化煤层顶面的距离大于待气化煤层厚度的5倍。
6. 根据权利要求1所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述上套管的下 端设有第一限位件，所述下套管的上端对应所述第一限位件设有第二限位件，所述第一限 位件和所述第二限位件可阻止所述下套管的上端与所述上套管的下端脱离。
7. 根据权利要求6所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述第一限位件 为设置于所述上套管的下端内壁上的卡环，所述第二限位件为设置于所述下套管的上端外 壁上的卡环或阶梯状凸台环。
8. 根据权利要求6所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述第一限位件 为均匀布置于所述上套管的下端内壁一周的卡环段，所述第二限位件为设置于所述下套管 的上端外壁上的卡环； 或所述第一限位件为设置于所述上套管的下端内壁上的卡环，所述第二限位件为均匀 布置于所述下套管的上端外壁一周的卡环段。
9. 根据权利要求6所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述第一限位件 为设置于所述上套管的下端内壁上的阶梯状凸台环，所述第二限位件为设置于所述下套管 的上端外壁上的卡环或阶梯状凸台环。
10. 根据权利要求7?9任一项所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所述 卡环的限位面为斜面。
【文档编号】E21B43/295GK104088617SQ201410288536
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】桂谢文, 邢浩 申请人:新奥气化采煤有限公司