用于煤炭地下气化工艺的模块化连续油管井口控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于煤炭地下气化工艺的模块化连续油管井口控制系统，属于煤炭地下气化工艺设备技术领域。

背景技术：

煤炭地下气化(ISC)是一个借助氧化剂，通过地下煤层的燃烧和气化反应，把煤直接转化为产品气的过程。产品气通常被称为合成气，可以作为燃料生产、化工生产、发电等下游工艺的原料。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。

一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。煤炭地下气化(ISC)可能在注入井和产品井之间还需要使用到一个或多个的垂直井(例如：功能井和辅助井)。

当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化(ISC)单元或井对。ISC单元包括燃烧区，气化区和热解区。其中，燃烧区在煤层中氧化剂注入点附近；气化区以放射状形态围绕在燃烧区周围或者在燃烧区下游，煤炭在气化区被气化、部分被氧化，从而生成产品气；热解区在气化区下游，煤的热解反应一般在这里发生。高温的产品气从气化区往下游流动，并最终从产品井井口输送到地面。在煤燃烧或气化的同时，煤层中的ISC燃空区会生长变大。

通过煤炭地下气化生成的产品气(粗合成气)通常含有合成气(CO，CO2， H2，CH4及其他气体的混合物)以及其他成分(固体颗粒，水，煤焦油，烃类蒸汽，其他微量组分包括H2S，NH4，COS等)。其成分复杂程度取决于多个方面：煤炭地下气化所使用的氧化剂(空气或其他氧化剂，比如氧气、富氧空气或蒸汽混合物)、煤层中的内在水或周边地层渗入煤层中的水、煤质、以及煤炭地下气化工艺的操作参数，包括温度，压力等。

根据已有专利文献，目前现有煤炭地下气化技术面临的具体问题包括：

1)大多数煤炭地下气化采用的连续油管氧化剂输送系统(包括井口控制设备)在设计和操作上都十分复杂，与许多独立的系统相互连接。例如：操作窗口需要一个独立的操作平台来组装和安装连续油管设备。

2)大多数煤炭地下气化连续油管系统都面临体积庞大、运输困难、现场组装耗时很长等问题。并且通常需要大型起重机和其他大型辅助设备来进行安装和调试。这样将很大程度上延长项目实施的动员和复员时间，导致项目成本的增加。

3)大多数煤炭地下气化连续油管和井口控制系统都只专注于示范项目规模，而不是最终的商业化生产和运行。依据气化炉内的资源量不同，商业化生产和运行需要将设备以1-5年的频率移动到新的气化炉。当商业化生产达产后，需同时操作和运行几百个气化炉。

4)现有技术中(CN206737863U、US7073592B2、US6554075B2、 US6763890B2)的模块化/集装箱化设计的最大缺点是它们内部的部件都需要在现场采用大量大型辅助设备来完成整体系统的组装。当现场每交付一个模块/集装箱时，绝大部分部件都将移出进行组装，而模块/集装箱自身只能用作储存容器。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于煤炭地下气化工艺的模块化连续油管井口控制系统。本实用新型的模块化连续油管和井口控制系统有利于改进现有煤炭地下气化技术。在项目达到满负荷运营时，将大大提高项目执行进度，质量控制和成本控制；此外，当在偏远地区建造ISC设备时，模块化连续油管和井口控制系统将提高生产效率，降低成本；在现场运营期间，模块化连续油管和井口控制系统使得在新的煤炭地下气化井对位置重复利用变得更加容易、便捷。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于煤炭地下气化工艺的模块化连续油管井口控制系统，所述模块化连续油管和井口控制系统的各部件构成如下：

具有一定内置空间、移动性和结构强度的模块化单元容器，如ISO集装箱(3m/20ft或6m/40ft标准尺寸的集装箱)，或与ISO集装箱具有相似尺寸的高度模块化单元可用作模块化单元容器；

液压动力和井口控制设备模块，用于为连续油管控制服务的液压操作的模块单元和模块化单元容器提供液压油；

井架装置和连续油管注入器模块，井架装置用于作为一体化的连续油管注入器和/或不压井起下装置和其他连续油管操作设备的支撑结构；

连续油管操作模块，通过该模块内的连续油管将工艺流体(氧气、空气、水和/或二氧化碳等)输送到煤炭地下气化区域；

电缆和公用事业模块，将井下仪表输送到连续油管所在的同一口井中，并配备额外的连续油管操作支持功能；

各模块单独安置于模块化单元容器内并单独调试，安装现场将安置有各模块化单元容器的管线、电线和通信线路对接连通，各模块之间的连接点设置防水布和/或帐篷板以抗寒防冻。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1是液压动力和井口控制设备模块的示意图。

图2是井架装置和连续油管注入器模块的示意图。

图3是连续油管操作模块的示意图。

图4是电缆和公用事业模块的示意图。

图5是生产过程中所有模块在井口的连接示意图。

图中：1、可伸缩帆布支架，2、节流管汇机构，3、液压动力装置(HPPU)， 4、防喷器(BOP)，5、将防喷器移动到井口中心上方的液压驱动装置，6、连续油管鹅颈，7、连续油管注入器和/或不压井起下装置，8、液压驱动定位井架结构，9、操作窗口/防喷管，10、将操作窗口/防喷管移动到井口中心上方的液压驱动装置，11、模块化集装箱的底部/工作平台，12、操作室 /值班房，13、连续油管卷筒，14、可升降操作室/值班房的液压驱动装置， 15、电缆卷筒，16、公用事业和设备存储，17、连续油管管柱，18、仪表电缆，19、ISC注入井井口，20、井架装置和连续油管注入器模块，21、生产过程中井架的启动方向，22、生产过程中鹅颈的旋转方向，23、液压动力和井口控制设备模块，24、连续油管操作模块，25、电缆和公用事业模块，26、生产过程中操作室/值班房的启动方向。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。

实施例：

该系统采用具有高度移动性的ISO集装箱(具有标准高度的3m/20ft 或6m/40ft集装箱)或具有相同尺寸的容器作为模块化单元容器。使用ISO 集装箱便于采用卡车，火车和船舶将模块化冷却剂注入系统运送到现场，当它们组装在一起时可提供所需工艺系统的功能。由于ISO集装箱自身较高的结构强度可直接将冷却剂注入设备安置在其内部。同时，可根据现场气候和环境条件的要求，预先给设备的管线安装保温隔热材料或给相应的 ISO集装箱安装保温设备等，从而可减少现场所需的土木工程和基建工作量。在运送至偏远现场前，可预先完成所有机械工程、电气和仪表工程的安装调试工作，减少在偏远现场的安装调试工作量。各个集装箱模块单元通过快速连接软管、管线轴、电气和仪表连接件以及机械支架/接头彼此连接，以便在移动到新位置时快速方便地对该系统进行组装和拆卸。

如图1所示的液压动力和井口控制设备模块23，包括以下部件：

1)可伸缩的帆布支架1，用于进入模块单元内部操作相关设备的通道，并可以保证模块单元内的空气流通。

2)节流管汇机构2，用于井口控制。该节流管汇机构安装固定在液压驱动装置上，以便实际操作过程中允许节流管汇机构在各个方向上的移动，从而达到所需的预定位置。

3)液压动力装置(HPPU)3，为整个模块化连续油管和井口控制系统 (如井架装置和连续油管注入器模块20，连续油管操作模块24等) 提供液压动力和能量。该液压动力装置安装固定在液压驱动装置上，以便实际操作过程中允许液压动力装置在各个方向上的移动，从而达到所需的预定位置。

4)防喷器(BOP)4，直接安装在标准ISO集装箱内，固定在一个液压驱动装置5上，以便实际操作过程中允许防喷器4各个方向上的移动，确保其达到井口19上方的中心位置。

5)防冻保护设备(如防风罩、模块连接处的防水布、模块内的加热系统等)，用于以防止液压系统和/或其他需要启动热车的系统结冰。如图2所示的井架装置和连续油管注入器模块20，包括以下部件：

1)连续油管鹅颈6，安装在液压驱动定位井架结构8上。该连续油管鹅颈6安装固定在液压驱动装置上，以便实际操作过程中允许连续油管鹅颈6在各个方向上的移动和旋转，从而达到所需的预定位置。当井架结构8启动到生产位置21时，液压装置同时驱动连续油管鹅颈6启动到生产位置22。

2)连续油管注入器和/或不压井起下装置7，集成了卡瓦装置和防喷盒，安装在液压驱动定位井架结构8上。该连续油管注入器和/或不压井起下装置7固定在一个液压驱动装置上，以便实际操作过程中允许连续油管注入器和/或不压井起下装置7在各个方向上的移动，确保其达到井口19上方的中心位置。

3)操作窗口/防喷管9，固定在一个液压驱动装置10上，以便实际操作过程中允许操作窗口/防喷管9在各个方向上的移动，确保其达到井口19上方的中心位置。操作窗口/防喷管9还配备有Y形管路、电缆注入器和双防喷盒，用于将电缆在连续油管输送通道内操作。

4)液压驱动定位井架结构8，直接安装在ISO集装箱内。当井架结构 8从水平方向进入垂直位置(生产位置)21时，液压装置可以将其提升至不同操作任务和项目现场所需的工作高度(垂直方向)。

5)ISO集装箱达到生产位置后，其底部作为工作平台和通道11，用于操作窗口/防喷管9的不压井操作，如连续油管柱17顶端进行连接或拆除井下工具/井底组件。

6)防冻保护设备(如防风罩、模块连接处的防水布、模块内的加热系统等)，用于以防止液压系统和/或其他需要启动热车的系统结冰。

如图3所示的连续油管操作模块24，包括以下部件：

1)连续油管卷筒13，该卷筒上缠绕着连续油管管柱17并通过液压连接于连续油管卷筒中心轴和旋转接头，保证在连续油管卷筒13旋转时也可将工艺流体输送到连续油管管柱17中。该连续油管卷筒 13安装固定在液压驱动装置上，以便实际操作过程中允许连续油管卷筒在多个方向上的移动，从而达到所需的预定位置。此外，连续油管卷筒13能够操作单个连续油管管柱、多个连续油管管柱组成的同心管束，多个连续油管管柱组成的偏心管束。

2)操作室/值班房12，安装固定在可升降液压驱动装置14上。通过可升降液压驱动装置14，实现根据操作需求来升高或降低操作室/ 值班房12，以便对连续油管卷筒13和其他操作装置进行不同视角的监测。

3)防冻保护设备(如防风罩、模块连接处的防水布、模块内的加热系统等)，用于以防止液压系统和连续油管内的工艺流体结冰。

如图4所示的电缆和公用事业模块25，包括以下部件：

1)电缆卷筒15，可满足单独部署有线监测设备和仪表电缆18，和/ 或与连续油管井下工具装配连接。与连续油管一起输送的仪表可用于温度、压力和距离(时域反射)监测。

2)公用事业和设备存储16，包括单一或多个发电机，满足整个系统的所有电力需求(如操作室、灯光、暖气等)；集中的数据记录和传输装置；控制系统；安全和报警系统；和/或存放工具和设备的工具篮。

3)防冻保护设备(如防风罩、模块连接处的防水布、模块内的加热系统等)，用于以防止液压系统和/或其他需要启动热车的系统结冰。

模块化连续油管和井口控制系统的工作示意图如图5所示，液压动力和井口控制设备模块23直接安装在井口19上，确保防喷器4准确定位在井口中心的上方。井架装置和连续油管注入器模块20安装在上述装置23 的顶部。井架结构8从水平运输位置液压驱动到垂直生产位置21。同样地，连续油管鹅颈6也驱动到其生产位置22。连续油管操作模块24安置于井垫上，可与模块23和20按180度排成直线，也可根据井垫的间距与模块23和20安置为90度。连续油管管柱17从连续油管卷筒13开始延伸，通过安装在模块20顶部的鹅颈6和连续油管注入器和/或不压井起下装置7 后，进入操作窗口/防喷管9和防喷器4。之后，进入井口进行井下操作。其中，操作窗口/防喷管9用于连续油管管柱进入井下之前连接井下工具和设备(例如地下点火工具、地下供氧工具等)。仪表电缆18从电缆卷筒15 延伸到安装在模块20顶部的连续油管注入器和/或不压井起下装置7，之后仪表电缆18可与连续油管管柱17一起进入井口进行井下操作。

本实用新型所提供一种用于煤炭地下气化工艺的模块化连续油管井口控制系统，运输更便捷，有效地减少项目实施过程中每1-5年移动设备的动员和复员时间，整体减少ISC的连续油管运行成本。所有上述系统的模块连接点都需要搭配防水布/帐篷板已满足零度以下工作环境的抗寒防冻要求。该系统只需起重机和/或大型集装箱叉车就可以将各模块安置于预定位置，可以避免由于机械设备故障以及由于地理位置偏僻或恶劣天气造成的特殊机械设备延迟问题。该系统各模块都可以单独保证每个完井部件准确的找到井口上部的中心位置，从而减轻/最小化由于部件错位而可能破坏井完整性的问题，该问题在煤炭地下气化工艺中尤为严重。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非限制本实用新型。这对本领域的技术人员来说是易懂的，并能够在本实用新型中做出各种更改和修改。在本实用新型的概念和原则内的所有修改、替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。