用于煤炭地下气化工艺的多辅助管柱扶正器的制作方法

本实用新型提供了一种用于煤炭地下气化工艺(isc)的多辅助管柱扶正器，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)是在氧化剂存在下通过地下煤层的燃烧和气化反应将煤直接转化为产品气的过程，所述产品气通常称为合成气，该合成气可以随后用作多种应用的原料，包括燃料生产、化学品生产和发电等。这种煤炭地下气化技术对于大多数煤藏都是适用的。鉴于有关采矿业的环保要求越来越严格和考虑到相关的人工成本和基建成本，这种技术无疑是很有吸引力的。煤炭气化工艺是将煤炭通过一系列的化学反应转变为合成气的过程。

地面钻井直通煤层，给氧化剂注入和产品气产出提供有效通道。一对钻井在地下连通或水平延伸构成一个实质上水平钻井通道(也可简称为煤层井道或连通通道)。该通道有助于氧化剂注入，燃空区生长和产品气输送。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”。定向水平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，目前煤炭地下气化技术所面临的问题主要包括：

a)大多数煤炭地下气化扶正器不适用于在一个特定套管管柱外加多个辅助管柱，且扶正器仍能提供足够的恢复力以使该特定套管在井筒中居中的情况。因此，该扶正器仅适用于单管柱或双管柱的钻井和完井设计。这限制了煤炭地下气化炉设计的灵活性，最终可能影响煤炭地下气化工艺的商业可行性。

b)大多数煤炭地下气化扶正器无法对多辅助管柱进行安全有效地着陆/定向。在完井下管柱过程中，扶正器需要保证辅助管柱能承受一定的外力用于克服辅助管柱自重和下管柱过程的推动力。因此，常规的扶正器限制了气化炉的设计效率。

c)大多数煤炭地下气化扶正器限制了实施其他辅助管柱的可行性。通常情况下，下管柱过程按顺序实施：先在井筒内下套管管柱，然后采用外加力将辅助管柱插入环隙空间；或先在井筒内下辅助管柱，然后下套管管柱。无论上述哪种实施方案，由于辅助管柱自身相对于套管较小，容易导致辅助管柱在井筒内螺旋弯曲或形变，最终不能达到预定的深度或出现损毁。此外，现有的钻井平台大多数仅支持在井中心处实施管柱操作，因此将进一步显著减少所述辅助管柱的环隙操作空间。该限制将随着所需辅助管柱数量的增加而呈几何指数放大。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决现有技术的不足，提供一种用于煤炭地下气化工艺(isc)的多辅助管柱扶正器，所述多辅助管柱扶正器有利于改进现有的煤炭地下气化工艺技术。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案如下:

本实用新型的多辅助管柱扶正器位于isc注入井和产品井内，包括以下部件:

1.扶正器本体，分散周向固定于套管接箍，用于套管管柱的扶正，包括弓形弹性扶正器本体和纯刚性扶正器本体，所述弓形包括全弓形和半弓形；扶正器本体至少2根，通常情况根据气化炉内套管管柱数量+1，如果套管管柱较重，一根套管管柱至少要2个扶正器本体；

2.止动环至少2个，固定设于扶正器本体两端，用于在套管管柱上固定多辅助管柱扶正器，采用螺栓、螺钉或卡瓦固定。防止在下管柱过程中，所述多辅助管柱扶正器在套管管柱上滑动。

3.固定锁扣，分散固定于扶正器本体之间的间隙，用于在所述多辅助管柱扶正器上固定多根辅助管柱，采用插销、螺钉或卡扣固定。防止在下管柱过程中，辅助管柱出现错位、脱落、螺旋弯曲或形变的问题。

其中，本实用新型的多辅助管柱扶正器，可在下管柱过程中同时配置多根辅助管柱，显著的提高了煤炭地下气化炉设计的多样性、灵活性和可控性，进而提高了气化炉的整体生产效率。

本实用新型的多辅助管柱扶正器，所述扶正器本体在直井段采用刚性弓形弹性扶正器，在水平井段采用纯刚性扶正器。

本实用新型的多辅助管柱扶正器，所述纯刚性扶正器本体的翼片上可增加额外的碳化钨硬质饰面、滚轮或弹簧滚轮，以减少完井时水平井段遇到的摩阻影响。

本实用新型的多辅助管柱扶正器，所述水平井段远端第一个至第三个纯刚性扶正器本体的固定锁扣(固定机构)采用完全锁死机制，选用焊接、卡瓦、螺纹+螺钉或铆钉的锁死方式。

本实用新型的多辅助管柱扶正器，所述水平井段近端最后一个纯刚性扶正器本体选用铜合金或莫奈合金材料，配合位于该处的套管管柱，起到阻火功能。

按照本实用新型，当利用本实用新型的多辅助管柱扶正器实施煤炭地下气化过程时，显著地降低完井操作难度和项目施工成本，为现有技术带来了进步。

附图说明

图1是实施例1的多辅助管柱扶正器的示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是实施例2的多辅助管柱扶正器的示意图；

图4是图3的俯视图。

在各附图中，相同的附图标记指相同部件。具体地，各附图中涉及的附图标记含义如下：

1、套管管柱，2、辅助管柱，3、套管接箍，4、止动环5、锁紧螺钉，6、固定锁扣，7、插销，8、弓形弹性扶正器本体，9、纯刚性扶正器本体，10、滚轮。

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。

本实用新型的多辅助管柱扶正器，其设计压力1,000-25,000psi，满足所有标准行业或非行业监管机构的压力要求。所述多辅助管柱扶正器的设计温度达到350-500℃。所述多辅助管柱扶正器的选材可依据油气行业api规范的防腐等级选定，包括但不限于aa(适用于基本无腐蚀性液体或气体)，bb(适用于13铬不锈钢内部零件的耐腐蚀性，也可用于内部表面轻微腐蚀)，cc(适用于任何满足13铬不锈钢的液体或气态)，dd(适用于低温酸性气体和油，耐h2s腐蚀，适用于存在h2s时的其它化学品、产品或碳氢化合物)，ee(适用于酸性气体和油，耐h2s腐蚀，适用于存在h2s时的其它化学品、产品或碳氢化合物)，ff(适用于当co2超过h2s含量时的酸性气体、油、其它化学品、产品或碳氢化合物)或以上材料。所述多辅助管柱扶正器的设计规范水平(psl)包括但不限于满足api规范的psl-1，psl-2和psl-3。所述多辅助管柱扶正器的设计尺寸包括但不限于5-20英寸。

本实用新型的技术方案中的扶正器本体，用于套管管柱扶正，包括弓形弹性扶正器本体和纯刚性扶正器本体，弓形包括全弓形和半弓形。所述扶正器本体在直井段采用弓形弹性扶正器本体，在水平井段采用纯刚性扶正器本体。

其中，所述用于直井段的弓形弹性扶正器本体产生回弹力，使套管管柱和多辅助管柱与井筒分离，有效地减少了完井过程中管柱的摩阻和扭矩，避免完井过程中可能出现的管柱脱落、螺旋弯曲或形变等问题。可根据项目井身结构设计和生产操作要求，在尺寸、弓形数量、弓形形状(直边或螺旋形)等方面进行多种变化。

所述用于水平井段的纯刚性扶正器本体自身的强度，使套管管柱和多辅助管柱与煤层钻孔分离，有效地减少了完井过程中管柱的摩阻和扭矩，避免完井过程中可能出现的管柱卡死、形变或辅助管柱损毁等问题。可根据项目井身结构设计和生产操作要求，选择翼边的尺寸、数量和形状。所述纯刚性扶正器本体的翼片上可增加额外的碳化钨硬质饰面、滚轮或弹簧滚轮，以减少完井时水平井段遇到的摩阻影响。所述水平井段近端最后一个多辅助管柱扶正器的纯刚性扶正器本体需选用铜合金或莫奈合金材料，配合位于该处的套管管柱，起到阻火功能。

本实用新型的技术方案中的止动环，用于在套管管柱上固定所述多辅助管柱扶正器。通过焊接方式连接在所述扶正器本体两端，所述止动环采用螺栓、螺钉或卡瓦固定，将所述多辅助管柱扶正器固定在套管管柱上，防止在下管柱过程中，所述多辅助管柱扶正器在套管管柱上滑动。根据项目井身结构设计和生产操作过程的摩阻和扭矩要求，所述止动环包含6-18个止动螺钉或螺栓，通过固定所述多辅助管柱扶正器在套管管柱的套管接箍处来增大止动力。

本实用新型的技术方案中的固定锁扣，用于在所述多辅助管柱扶正器上固定多根辅助管柱。所述固定锁扣采用插销、螺钉或卡扣固定，防止在下管柱过程中，辅助管柱出现错位、脱落、螺旋弯曲或形变的问题。单个扶正器本体的弓形翼的空隙空间内，或者两个扶正器本体的弓形翼之间的间隙空间内，或者2个以上扶正器本体的弓形翼共同形成的间隙空间内。其中，所述水平井段远端第一个至第三个多辅助管柱扶正器的的固定锁扣采用完全锁死机制，可选用焊接、卡瓦、螺纹+螺钉或铆钉。

下面参考附图进一步描述本实用新型的实施方案。

实施例1：图1-2给出了一个多辅助管柱扶正器的示意图。如图1-2所示，弓形弹性扶正器本体8固定在套管管柱1的套管接箍3上部。多辅助管柱扶正器通过上下各一个止动环4上的6颗锁紧螺钉5固定在套管管柱1上。四根辅助管柱2通过位于弓形弹性扶正器本体8弓形翼之间间隙的固定锁扣6和插销7分别固定在弓形弹性扶正器本体8上。

实施例2：图3-4给出了一个多辅助管柱扶正器的示意图。如图3-4示，纯刚性扶正器本体9固定在套管管柱1的套管接箍3上部。多辅助管柱扶正器本体9通过上下各一个止动环4上的6颗锁紧螺钉5固定在套管管柱1上。四根辅助管柱2通过位于纯刚性扶正器本体9弓形翼之间间隙的固定锁扣6和插销7分别固定在纯刚性扶正器本体9上。纯刚性扶正器本体9弓形翼中心处装有滚轮10以减少完井工程中摩擦力。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。对于本领域的技术人员来说，只要不偏离本实用新型的精神和原则，所述变化和调整均应在本实用新型范围内。