一种煤炭地下气化用套管及煤炭地下气化进、出气孔结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤炭地下气化用套管及煤炭地下气化进、出气孔结构，涉及煤炭地下气化【技术领域】，为避免气化剂的地层无效漏失，利于套管的运行而发明。煤炭地下气化用套管包括上套管和下套管，所述下套管的上端配合穿设于所述上套管的下端内，且所述下套管可沿所述上套管内壁自由滑动，所述下套管的上端与所述上套管的下端均为漏斗状结构，且所述上套管的下端漏斗状结构可对所述下套管的上端漏斗状结构进行限位，从而阻止所述下套管的上端与所述上套管的下端脱离。本发明煤炭地下气化用套管用于煤炭地下气化进、出气孔结构。
【专利说明】一种煤炭地下气化用套管及煤炭地下气化进、出气孔结构
【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用套管及煤炭地 下气化进、出气孔结构。
【背景技术】
[0002] 随着煤炭地下气化技术的发展，有机质气化单元在煤炭地下气化【技术领域】的应用 越来越广，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，其中进气孔将气 化剂输送到有机质中，并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 化通道后由出气孔导出地面，再进行进一步的利用，而随着气化剂与有机质的反应，进气孔 端形成的空腔会越来越大，出气孔的温度会越来越高，当钻孔在底部冒落或当温度上升时 套管发生伸缩，会破坏上部含水层的固定结构，并使得上部含水层的水与气化煤层导通，影 响煤炭地下气化过程的正常进行。
[0003] 现有技术中通过采用固井水泥将钻孔套管外壁与周围岩层之间封死，并且现有技 术的钻孔套管结构单一，在地层不发生错落，或钻孔套管由于温度变化不大，不引起套管伸 缩的情况下，不会使上部含水层的水导入气化煤层中，进而影响煤炭地下气化过程的正常 进行。
[0004] 但是现有技术的套管存在以下两方面问题：
[0005] 第一，上、下套管连接处采用普通结构时，由于下套管与地层不固定，在钻孔使用 以前，可能存在周围的岩层没有与下套管完全挤死，当钻孔使用时，尤其是高压压裂时，很 容易从上、下段套管的连接部位向下套管周围的地层中漏气，这样会增加贯通过程中气化 剂的漏失量。
[0006] 第二，当钻孔为出气钻孔时，出气气体会夹带着细小灰渣和气态及液态水一块排 出钻孔，随着出气时间的增长，这些细小的灰渣就会与水混合沉积到连接部位的凸台处，受 出气气体的高温作用，这些沉积物就会变得很坚硬，从而阻止下段套管的向上膨胀，影响套 管的运行。
【发明内容】
[0007] 本发明的实施例提供一种煤炭地下气化用套管及煤炭地下气化进、出气孔结构， 可以避免气化剂的地层无效漏失，又有利于套管的运行。为达到上述目的，本发明的实施例 采用如下技术方案：
[0008] -种煤炭地下气化用套管，包括上套管和下套管，所述下套管的上端配合穿设于 所述上套管的下端内，且所述下套管可沿所述上套管内壁自由滑动，所述下套管的上端与 所述上套管的下端均为漏斗状结构，且所述上套管的下端漏斗状结构可对所述下套管的上 端漏斗状结构进行限位，从而阻止所述下套管的上端与所述上套管的下端脱离。
[0009] 进一步地，所述上套管的下端侧壁的倾斜角度与所述下套管的上端侧壁的倾斜角 度相一致。
[0010] 进一步地，所述上套管的下端侧壁的倾斜角度与所述下套管的上端侧壁的倾斜角 度均为3°?5°。
[0011] 进一步地，所述上套管的下端侧壁的倾斜角度与所述下套管的上端侧壁的倾斜角 度均为4°。
[0012] 本发明另一方面的实施例还提供了一种煤炭地下气化进、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待气化煤层上部的含水层设置，还包括如上任一技术方案 所述的煤炭地下气化用套管，所述上套管固定设置于所述上套管安装孔内，所述下套管自 由穿设于所述下套管安装孔内。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 进一步地，所述上套管的下表面与所述含水层的距离为10米，所述待气化煤层厚 度为6米，所述上套管的下表面与待气化煤层顶面的距离为40米。
[0018] 本发明实施例提供的煤炭地下气化用套管及煤炭地下气化进、出气孔结构，由于 下套管可沿上套管内壁自由滑动，下套管的上端与上套管的下端均为漏斗状结构，上套管 的下端漏斗状结构可对下套管的上端漏斗状结构进行限位，从而阻止了下套管的上端与上 套管的下端脱离，又由于下套管与其周围地层结构中的岩层不固定，可能存在周围的岩层 没有与下套管完全挤死，当套管用于出气孔时，尤其是高压压裂时，很容易从上、下套管的 连接部位向下套管周围的岩层中漏气，这样会增加贯通过程中气化剂的漏失量，而下套管 的上端与上套管的下端均采用漏斗状结构连接后，上、下套管的连接部位接触面积就会很 大，可以避免气化剂从上、下套管的连接处向周围岩层漏失，因此，当进出气钻孔用于高压 压裂时，更适宜采用这种漏斗状结构连接的套管。又由于当套管用于出气孔时，出气气体 会夹带着细小灰渣和气态及液态水一块排出出气孔，随着出气时间的增长，这些细小的灰 渣就会与水混合沉积到上、下套管的连接部位，受出气气体的高温作用，这些沉积物就会变 得很坚硬，从而阻止下套管向上膨胀，使得下套管对上套管产生外力的影响增大，进而使上 套管破坏上部含水层的气孔结构以及上部含水层的水导入炉内的可能性增大，难以保证煤 炭地下气化过程的正常进行，而下套管的上端与上套管的下端采用漏斗状结构连接后，上、 下套管连接部位过渡平滑，几乎不会形成影响下套管向上膨胀的沉积物，因此，上、下套管 采用漏斗状结构连接后有利于套管的运行，尤其当套管用于出气孔时对套管的运行更加有 利。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 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。
[0020] 图1为本发明实施例煤炭地下气化用套管的结构示意图；
[0021] 图2为本发明实施例煤炭地下气化进、出气孔结构和地层结构的装配图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明实施例煤炭地下气化用套管及煤炭地下气化进、出气孔结 构进行详细描述。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 图1为本发明实施例煤炭地下气化用套管的一个具体实施例，本实施例中煤炭地 下气化用套管，包括上套管1和下套管2,所述下套管2的上端配合穿设于所述上套管1的 下端内，且所述下套管2可沿所述上套管1内壁自由滑动，所述下套管2的上端与所述上套 管1的下端均为漏斗状结构，且所述上套管1的下端漏斗状结构可对所述下套管2的上端 漏斗状结构进行限位，从而阻止所述下套管2的上端与所述上套管1的下端脱离。
[0027] 本发明实施例提供的煤炭地下气化用套管，下套管2的上端与上套管1的下端均 为漏斗状结构，上套管1的下端漏斗状结构可对下套管2的上端漏斗状结构进行限位，从而 阻止下套管2的上端与上套管1的下端脱离。由于下套管2与其周围地层结构中的岩层不 固定，可能存在周围的岩层没有与下套管2完全挤死，当套管用于出气孔时，尤其是高压压 裂时，很容易从上、下套管的连接部位向下套管2周围的岩层中漏气，这样会增加贯通过程 中气化剂的漏失量，如果下套管2的上端与上套管1的下端均为漏斗状结构连接，那么上、 下套管的连接部位接触面积就会很大，可以避免气化剂从上、下套管的连接处向周围岩层 漏失，因此，当进出气钻孔用于高压压裂时，更适宜采用这种漏斗状结构连接的套管。
[0028] 上述实施例中，如图1和图2所示，为保证上、下套管更好的悬挂连接，需要将上套 管1的下端侧壁的倾斜角度与下套管2的上端侧壁的倾斜角度设计一致，形成漏斗状结构， 这种漏斗状结构可以将上、下套管悬挂连接，即可以阻止下套管2的上端与上套管1的下端 脱离，又使得上、下套管的连接部位接触面积增大，可以避免气化剂从上、下套管的连接处 向含水层以下岩层32漏失。
[0029] 上述实施例中，还需要考虑将上套管1的下端侧壁的倾斜角度与下套管2的上端 侧壁的倾斜角度均设计为3°?5°，3°?5°的倾斜角度均可以保证上套管1的下端与下 套管2的上端形成漏斗状结构，并且使上、下套管2更好的悬挂连接，使得上、下套管的连接 部位接触面积增大，避免气化剂从上、下套管的连接处向含水层以下岩层32漏失。
[0030] 作为优选，将上套管1的下端侧壁的倾斜角度与下套管2的上端侧壁的倾斜角度 均设计为4°，将上套管1的下端侧壁的倾斜角度与下套管2的上端侧壁的倾斜角度均设计 为4°，可以保证上套管1的下端与下套管2的上端形成漏斗状结构，并且使上、下套管2悬 挂连接效果最好，最大程度避免气化剂从上、下套管的连接处向含水层以下岩层32漏失。
[0031] 本发明另一方面的实施例还提供了一种煤炭地下气化进、出气孔结构，包括位于 同一直线上且彼此连通的上套管安装孔和下套管安装孔，还包括上述任一实施例所述的煤 炭地下气化用套管，所述上套管1固定设置于所述上套管安装孔内，所述下套管2自由穿设 于所述下套管安装孔内，如图2所示，由于当套管用于出气孔时，出气气体会夹带着细小灰 渣和气态及液态水一块排出出气孔，随着出气时间的增长，这些细小的灰渣就会与水混合 沉积到上、下套管的连接部位，受出气气体的高温作用，这些沉积物就会变得很坚硬，从而 阻止下套管2的向上膨胀，使得下套管2对上套管1产生外力的影响增大，进而使上套管1 破坏上部含水层4的气孔结构以及上部含水层4的水导入炉内的可能性更大，难以保证煤 炭地下气化过程的正常进行，而下套管2的上端与上套管1的下端采用漏斗状结构连接后， 上、下套管连接部位过渡平滑，几乎不会形成影响下套管2向上膨胀的沉积物，从而有利于 套管的运行，尤其对出气孔更加有利。
[0032] 由于在本实施例的煤炭地下气化进、出气孔结构中使用的煤炭地下气化用套管与 上述煤炭地下气化用套管的各实施例中提供的煤炭地下气化用套管相同，因此二者能够解 决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。
[0033] 具体的，如图2所示，将上套管1通过固井水泥环4与上套管安装孔连接，由于上 套管1的偏下部分与含水层4较近，该部分也是需要固定的关键部位，下套管2的上端与上 套管1的下端均采用漏斗状结构连接，上套管1越靠近底端，其与含水层以上岩层31的环 空间隙就越大，即增大了容易导水的部位的套管与岩层的环空间隙，在不用加大钻进裸孔 直径的情况下，使得容易导水部位的固井水泥环5的厚度增加，对套管安装孔的薄弱部分 起到了更好的保护作用，进而防止含水层4的水导入炉内。
[0034] 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，由于上套管1的下端与其含水 层以上岩层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，可以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；同时为减小由于煤层顶板发生冒落后所产生的地应力对上、下套管造成破坏、使 固井水泥环松动脱落、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，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。
[0035] 如上述实施例，由于上套管1的下端与其含水层以上岩层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，并且将上套管1的下表面与含水层4的距离设计为10米，再将上套管 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，使得距离待气 化煤层6最近的含水层4的水进入待气化煤层6的可能性变得更小；同时，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，可以使含水层4与待气化煤层6之间的地层 发生冒落的可能性也变得更小，确保待气化煤层6气化过程的正常进行。
[0036] 关于本发明实施例的煤炭地下气化进、出气孔结构的其他构成等已为本领域的技 术人员所熟知，在此不再详细说明。
[0037] 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。
[0038] 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. 一种煤炭地下气化用套管，其特征在于，包括上套管和下套管，所述下套管的上端配 合穿设于所述上套管的下端内，且所述下套管可沿所述上套管内壁自由滑动，所述下套管 的上端与所述上套管的下端均为漏斗状结构，且所述上套管的下端漏斗状结构可对所述下 套管的上端漏斗状结构进行限位，从而阻止所述下套管的上端与所述上套管的下端脱离。
2. 根据权利要求1所述的煤炭地下气化用套管，其特征在于，所述上套管的下端侧壁 的倾斜角度与所述下套管的上端侧壁的倾斜角度相一致。
3. 根据权利要求2所述的煤炭地下气化用套管，其特征在于，所述上套管的下端侧壁 的倾斜角度与所述下套管的上端侧壁的倾斜角度均为3°?5°。
4. 根据权利要求3所述的煤炭地下气化用套管，其特征在于，所述上套管的下端侧壁 的倾斜角度与所述下套管的上端侧壁的倾斜角度均为4°。
5. -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待气化 煤层上部的含水层设置，其特征在于，还包括权利要求1?4中任一项所述的套管，所述上 套管固定设置于所述上套管安装孔内，所述下套管自由穿设于所述下套管安装孔内。
6. 根据权利要求5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。
7. 根据权利要求5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。
8. 根据权利要求7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。
9. 根据权利要求5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。
10. 根据权利要求7?9中任一项所述的煤炭地下气化进、出气孔结构，其特征在于，所 述上套管的下表面与所述含水层的距离为10米，所述待气化煤层厚度为6米，所述上套管 的下表面与待气化煤层顶面的距离为40米。
【文档编号】E21B17/00GK104088588SQ201410289232
【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