高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法与流程

本发明涉及高温地下煤气，尤其涉及一种高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法。

背景技术：

1、煤炭地下气化是一种高效清洁的煤炭原位化学开采技术，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等技术优势，现阶段优先适用于深部煤层、不可采煤层以及不经济开采煤炭资源的开发利用，具有广阔的推广应用前景。

2、煤炭地下气化的原理是使深度将近千米的煤炭直接在地下气化炉中发生气化反应，产生高达1000℃、10mpa的高温高压混合气，通过气体输运的形式由生产井输出至地面，完成煤炭地下开采过程。由于高温高压混合气对地面设备和仪器要求非常高，需要对混合气进行一定程度的降温以达到地面系统的要求。煤炭地下气化技术进一步推广应用仍有许多关键问题亟需解决，而在开采过程中对生产井内的高温高压混合气体进行冷却降温是关键的环节之一。

3、因此，采用合适的冷却降温方式，使生产井内的高温高压气体满足系统运行要求，是煤炭地下气化技术推广应用的一大难题。

4、由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，满足煤炭地下气化技术推广应用的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，环形水柱区域的冷却水通过生产油管上的喷嘴形成雾化状态的水滴，与生产油管内腔的高温高压气体充分接触，可以在瞬间完成换热，从而对高温高压气体实现降温；通过合适的冷却降温方式，结合合理的喷嘴排布，使得生产井内的高温高压气体能够按照系统要求进行降温，满足系统运行要求，为工程方案实施带来了极大的便利。

2、本发明的目的是这样实现的，一种高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，包括，将生产油管穿入环空水管内，环空水管与生产油管之间形成环形水柱区域，生产油管的内腔形成高温地下煤气生产通道；所述生产油管上设置多个喷嘴，环形水柱区域的冷却水通过所述喷嘴雾化喷射到生产油管的内腔，完成高温地下煤气的喷雾冷却降温。

3、在本发明的一较佳实施方式中，高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，包括以下步骤：

4、步骤a、将生产油管穿入环空水管内，记录地面系统初始注水流量、井口产出地下煤气初始温度和井口产出地下煤气初始压力；

5、步骤b、向环形水柱区域内注水，通过喷嘴将冷却水喷射到生产油管的内腔；实时调节地面系统注水流量和喷嘴流速；

6、步骤c、冷却水通过喷嘴形成雾化状态的水滴，水滴与高温地下煤气充分接触，在瞬间完成换热，实现高温地下煤气降温。

7、在本发明的一较佳实施方式中，步骤b中，比较井口产出地下煤气实时动态温度与设定的井口产出地下煤气目标温度的差异，通过地面系统控制调节实时注水流量。

8、在本发明的一较佳实施方式中，喷嘴的进口位于环形水柱区域内，喷嘴的出口位于生产油管的内腔，喷嘴的进口压力大于喷嘴的出口压力，喷嘴的进口压力和喷嘴的出口压力通过地面系统调节控制。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述喷嘴为平口喷嘴，所述平口喷嘴由生产油管的侧壁上的阶梯管结构构成。

10、在本发明的一较佳实施方式中，所述平口喷嘴包括小径段和大径段，所述小径段靠近生产油管的内腔设置，所述平口喷嘴的轴向长度尺寸与生产油管的侧壁厚度尺寸呈相同设置。

11、在本发明的一较佳实施方式中，所述小径段和所述大径段之间设有过渡倒角，所述过渡倒角的角度为120°。

12、在本发明的一较佳实施方式中，多个所述喷嘴分组且沿生产油管的轴向间隔设置，每组喷嘴的数量为多个，各组的多个喷嘴沿生产油管的周向均匀间隔设置。

13、在本发明的一较佳实施方式中，所述喷嘴的数量为35个；7个喷嘴为一组，每组的7个喷嘴沿生产油管的周向均匀排布；相邻两组喷嘴的轴向距离为1m。

14、在本发明的一较佳实施方式中，所述生产油管和所述环空水管同轴设置。

15、由上所述，本发明的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，适合煤炭地下气化工程应用，具有以下有益效果：

16、环形水柱区域的冷却水通过生产油管上的喷嘴形成雾化状态的水滴，与生产油管内腔的高温高压气体充分接触，可以在瞬间完成换热，从而对高温高压气体实现降温；

17、通过合适的冷却降温方式，结合合理的喷嘴排布，使得生产井内的高温高压气体能够按照系统要求进行降温，满足系统运行要求；

18、地面系统注水流量和喷嘴流速可根据产气量、井口产出地下煤气的温度和压力调整，地面系统实现实时动态调整和闭环智能控制；

19、采用直接在生产油管上加工分布式平口喷嘴的喷水雾化方案，经济简便；平口喷嘴可以有效缓解喷嘴阻塞的问题，还能够达到一定的雾化效果，同时大大降低的设备研制成本；

20、冷却水通过在喷嘴内的撞击实现更好的优化雾化效果；喷嘴通过环形均匀分布，同时合理设置各层喷嘴之间的距离，可以覆盖相对较广的区域，又能保证能够快速降温；

21、本发明的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法简单易实施，通过一层环空水管的套管即可实现高温高压气体的冷却，这为工程方案实施带来了极大的便利。

技术特征：

1.一种高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，包括，将生产油管穿入环空水管内，环空水管与生产油管之间形成环形水柱区域，生产油管的内腔形成高温地下煤气生产通道；所述生产油管上设置多个喷嘴，环形水柱区域的冷却水通过所述喷嘴雾化喷射到生产油管的内腔，完成高温地下煤气的喷雾冷却降温。

2.如权利要求1所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，步骤b中，比较井口产出地下煤气实时动态温度与设定的井口产出地下煤气目标温度的差异，通过地面系统控制调节实时注水流量。

4.如权利要求2所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，喷嘴的进口位于环形水柱区域内，喷嘴的出口位于生产油管的内腔，喷嘴的进口压力大于喷嘴的出口压力，喷嘴的进口压力和喷嘴的出口压力通过地面系统调节控制。

5.如权利要求4所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，所述喷嘴为平口喷嘴，所述平口喷嘴由生产油管的侧壁上的阶梯管结构构成。

6.如权利要求5所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，所述平口喷嘴包括小径段和大径段，所述小径段靠近生产油管的内腔设置，所述平口喷嘴的轴向长度尺寸与生产油管的侧壁厚度尺寸呈相同设置。

7.如权利要求6所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，所述小径段和所述大径段之间设有过渡倒角，所述过渡倒角的角度为120°。

8.如权利要求4所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，多个所述喷嘴分组且沿生产油管的轴向间隔设置，每组喷嘴的数量为多个，各组的多个喷嘴沿生产油管的周向均匀间隔设置。

9.如权利要求8所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，所述喷嘴的数量为35个；7个喷嘴为一组，每组的7个喷嘴沿生产油管的周向均匀排布；相邻两组喷嘴的轴向距离为1m。

10.如权利要求1所述的高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，其特征在于，所述生产油管和所述环空水管同轴设置。

技术总结
本发明为一种高温地下煤气环空注水分布式喷雾冷却降温方法，包括，将生产油管穿入环空水管内，环空水管与生产油管之间形成环形水柱区域，生产油管的内腔形成高温地下煤气生产通道；所述生产油管上设置多个喷嘴，环形水柱区域的冷却水通过所述喷嘴雾化喷射到生产油管的内腔，完成高温地下煤气的喷雾冷却降温。本发明环形水柱区域的冷却水通过生产油管上的喷嘴形成雾化状态的水滴，与生产油管内腔的高温高压气体充分接触，可以在瞬间完成换热，从而对高温高压气体实现降温；通过合适的冷却降温方式，结合合理的喷嘴排布，使得生产井内的高温高压气体能够按照系统要求进行降温，满足系统运行要求，为工程方案实施带来了极大的便利。

技术研发人员：袁光杰,车阳,刘奕杉,乔磊,林盛杰,何爱国,王辰龙,王开龙,董胜祥,杜卫强,郑李,李萍
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13