用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管的制作方法

1.本发明属于煤层气化钻完井领域，具体涉及一种用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管。


背景技术：

2.煤炭地下气化工艺技术(ucg)是将煤在未开采的情况下在地下进行有控制的燃烧并产生煤气等气体的新型清洁能源技术。煤炭地下气化工艺技术具有保障安全、减少人力、降低污染、提高开采率等优势，成为煤炭方面研究的热点。
3.目前，煤炭地下气化工艺多采用石油行业钻井技术，一般由一个水平定向井和一个垂直井构成气化单元，通过定向钻技术直接连通进气井与出气井。通过增加水平定向井长度，大大提高了单炉覆盖煤量。现有的可控后退注入工艺(crip)，当一个气化周期完成后，需后撤注气点，重新形成一个气化周期，如此往复，气化周期不断形成。水平定向井和垂直井构成的气化单元的工艺经多天连续稳定气化，其煤气热值、气化效率以及稳定运行时间均优于两口直井气化工艺。
4.但是，可控后退注入工艺存在有一个不可忽略的缺陷，煤炭地下气化时，会产生大量的热量，对井下套管会有严重的影响，在完成一个气化周期后，套管往往发生变形，使得注气及点火装置无法通过套管顺利后撤。
5.有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，以期解决现有技术存在的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，能够保证套管内的注入剂管和点火器安全可控后退。
7.为达到上述目的，本发明提出一种用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述完井可熔复合套管包括可燃管和支撑管，所述可燃管采用可燃合金材料，所述支撑管的侧壁上开设有多个孔眼，所述支撑管套设于所述可燃管外或穿设于所述可燃管内。
8.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述完井可熔复合套管还包括呈筒状的上接头，所述上接头包括由上至下顺序连接的第一连接段、第二连接段和第三连接段，所述第三连接段的内径大于所述第二连接段的内径，所述可燃管的顶端穿设于所述第三连接段内并与所述第三连接段套接，所述支撑管穿设于所述可燃管内，且所述支撑管的顶端与所述第二连接段套接。
9.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述完井可熔复合套管还包括衬管，所述衬管呈筒状，且所述衬管的底端与所述第一连接段套接。
10.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述完井可熔复合套管还包括下接头，所述下接头呈筒状并包括第四连接段和第五连接段，所述第四连接
段相对于第五连接段扩径，所述可燃管底端穿设于所述第四连接段内并与所述第四连接段套接，所述支撑管穿设于所述五连接段并与所述第五连接段套接。
11.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述第三连接段和所述可燃管之间、所述第二连接段和所述支撑管之间、所述第四连接段和所述可燃管之间分别通过气密封螺纹连接。
12.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述第五连接段和所述支撑管之间通过焊接点固定连接。
13.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述完井可熔复合套管还包括呈筒状的接箍，所述接箍包括由上至下顺序连接的第一接箍段、第二接箍段和第三接箍段，所述第三接箍段的内径大于所述第二接箍段的内径，所述可燃管的顶端穿设于所述第二接箍段内并与所述第二接箍段套接，所述支撑管套设于所述可燃管外，所述支撑管的顶端穿设于所述第三接箍段内并与所述第三接箍段套接。
14.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述可燃管与所述支撑管通过爆燃方式或冷缩方式固定连接在一起。
15.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述可燃材料为燃点低于800℃的合金材料。
16.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述支撑管的抗外挤强度达到40mpa以上。
17.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述支撑管为筛管。
18.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述支撑管为钢制筛管。
19.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述套管在高温环境下强度下降小于25％。
20.如上所述的用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管，其中，所述孔眼为圆孔、方孔、细长孔或椭圆孔。
21.与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
22.本发明提出的完井可熔复合套管，可燃管和支撑管套装在一起，可燃管采用低温可熔合金，可燃管被点火器点燃后可进一步点燃煤层；同时，支撑管强度高、耐高温，能对煤层起到有效支撑，有效避免煤层塌陷，保证用于点火的注入剂管和点火器(图中未示出)安全可控后退。
23.本发明提出的完井可熔复合套管，支撑管上开设有多个孔眼，以保证点火器及可燃管产生的火焰能够顺利穿过支撑管并到达煤层，保证点火的顺利实现。
24.本发明提出的完井可熔复合套管，在支撑管的有效支撑作用下，用于点火的注剂管和点火器能够安全可控后退，通过控制后退速度和可熔合金管的燃烧，进而能够有效控制煤层燃烧和气化工具面的移动，实现可控后退注入工艺(crip)。
附图说明
25.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范
围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
26.图1为本发明一实施例中完井可熔复合套管的剖视图；
27.图2为本发明另一实施例中完井可熔复合套管的剖视图。
28.附图标记说明：
29.100、完井可熔复合套管；
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10、可燃管；
30.20、支撑管；
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21、孔眼；
31.30、上接头；
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31、第一连接段；
32.32、第二连接段；
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33、第三连接段；
33.40、衬管；
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50、下接头；
34.51、第四连接段；
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52、第五连接段；
35.60、接箍；
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61、第一接箍段；
36.62、第二接箍段；
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63、第三接箍段；
37.70、焊接点。
具体实施方式
38.结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
39.请参考图1、图2，本发明提出了一种用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管100，该完井可熔复合套管100包括可燃管10和支撑管20，可燃管10采用可燃合金材料制成，支撑管20的侧壁上开设有多个孔眼，支撑管20套设于可燃管10外或穿设于可燃管10内。
40.本发明提出的完井可熔复合套管100，可燃管10和支撑管20套装在一起，可燃管10采用低温可熔合金，可燃管10被点火器点燃后可进一步点燃煤层；同时，支撑管20强度高、耐高温，能对煤层起到有效支撑，有效避免煤层塌陷，保证用于点火的注入剂管和点火器(图中未示出)安全可控后退。
41.本发明提出的完井可熔复合套管100，支撑管20上开设有多个孔眼，以保证点火器及可燃管10产生的火焰能够顺利穿过支撑管20并到达煤层，保证点火的顺利实现。
42.本发明提出的完井可熔复合套管100，在支撑管20的有效支撑作用下，用于点火的注剂管和点火器能够安全可控后退，通过控制后退速度和可熔合金管的燃烧，进而能够有效控制煤层燃烧和气化工具面的移动，实现可控后退注入工艺(crip)。
43.在本发明一个可选的实施方式中，完井可熔复合套管100还包括呈筒状的上接头30，上接头30包括由上至下顺序连接的第一连接段31、第二连接段32和第三连接段33，第三连接段33的内径大于第二连接段32的内径，可燃管10的顶端穿设于第三连接段33内并与第三连接段33套接，支撑管20穿设于可燃管10内，且支撑管20的顶端与第二连接段32套接。
44.在该实施方式一个可选的例子中，完井可熔复合套管100还包括衬管40，衬管40呈筒状，且衬管40的底端与第一连接段31套接。衬管40为金属连接件，用以将上接头30连接到
上方管柱上，在一个可选的例子中，衬管40与上方管柱螺纹连接。
45.在该实施方式一个可续的例子中，完井可熔复合套管100还包括下接头50，下接头50呈筒状并包括第四连接段51和第五连接段52，第四连接段51相对于第五连接段52扩径，可燃管10底端穿设于第四连接段51内并与第四连接段51套接，支撑管20的底端穿设于第五连接段52并与第五连接段52套接。
46.在一个可选的例子中，第三连接段33和可燃管10之间、第二连接段32和支撑管20之间、第四连接段51和可燃管10之间分别通过气密封螺纹连接。以保证整个完井可熔复合套管100的气密性，满足煤炭地下气化注气密封性要求。
47.在一个可选的例子中，第五连接段52和支撑管20之间通过焊接点70固定连接，以保证下接头50与支撑管20之间连接的可靠性。
48.在本实施方式一个可选的例子中，下接头50的底端还可以开设有连接螺纹，以使多个完井可熔复合套管100能够通过连接螺纹顺序串联在一起，进而满足煤炭地下气化长井段施工要求。
49.在本发明另一个可选的实施方式中，完井可熔复合套管100还包括呈筒状的接箍60，接箍60包括由上至下顺序连接的第一接箍段61、第二接箍段62和第三接箍段63，第三接箍段63的内径大于第二接箍段62的内径，可燃管10的顶端穿设于第二接箍段62内并与第二接箍段62套接，支撑管20套设于可燃管10外，支撑管20的顶端穿设于第三接箍段63内并与第三接箍段63套接。
50.在该实施方式中，第二接箍段62和可燃管10之间、第三接箍段63与支撑管20之间分别通过气密封螺纹连接，以煤炭地下气化注气密封性要求。
51.在本发明一个可选的实施方式中，可燃管10与支撑管20通过爆燃方式或冷缩方式固定连接在一起，以保证可燃管10与支撑管20之间连接的可靠性。
52.在该实施方式一个可选的例子中，当支撑管20套设于可燃管10外时，支撑管20的内径与可燃管10的外径为基本尺寸相同。
53.在该实施方式另一个可选的例子中，当支撑管20穿设于可燃管10内时，支撑管20的外径与可燃管10的内径为基本尺寸相同。
54.在本发明一个可选的实施方式中，可燃合金为燃点低于800℃的合金材料，以使可燃管10能够在800℃以下点燃，可燃管10被点燃后能够持续燃烧，进而将煤层点燃。
55.在本发明一个可选的实施方式中，支撑管20的抗外挤强度达到40mpa以上。以使支撑管20在可燃管10燃烧时有足够抗外挤强度，来抵挡煤层垮塌，保证注气管和点火器后退安全性的要求。
56.在一个可选的例子中，支撑管20在400℃-800℃环境下强度下降小于25％。
57.在本发明一个可选的实施方式中，支撑管20为筛管。
58.在该实施方式一个可选的例子中，支撑管20为钢制筛管，以保证支撑管20耐挤压耐高温。
59.在本发明一个可选的实施方式中，支撑管20上的孔眼21可以为圆孔、方孔、细长孔或椭圆孔。当然，孔眼21也可以采用本领域技术人员熟知的其它形状，能够允许火焰通过即可。
60.在本发明一个可选的例子中，注剂管为连续油管，连续油管(注剂管)底部安装有
点燃器，通过连续油管向井底部注入助燃剂，点火器点燃可燃管10，可燃管燃烧点燃煤层。
61.进一步的，完井可熔复合套管100外部环空注入阻燃气体，即可有效控制可熔管燃烧速度，也可进行不间断性燃烧。
62.请参考图1，现结合图1详细说明本发明实施例1的具体结构及实施过程：
63.在实施例1中，用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管100包括顺序连接的衬管40，上接头30，可燃管10，支撑管20、下接头50组成。
64.衬管40为环状金属连接件，其下部通过普通螺纹与上接头30连接。
65.上接头30上部(第一连接段31)通过普通螺纹与衬管40连接，下部通过密封螺纹分别与支撑管20和可燃管10连接(其中，第二连接段32与支撑管20相连接，第三连接段33与可燃管10相连接)。
66.支撑管20为钢制筛管，其上部通过气密封螺纹与上接头30连接，下部穿过下接头50，并通过焊接点与下接头50焊接连接。
67.下接头50套装于支撑管20上，其上部通过气密封螺纹与可燃管10连接，下部通过焊接点与支撑管20焊接连接。
68.焊接点70将套装的支撑管20与下接头50焊连接在一起。
69.在具体实施时，当井下温度达到可燃管10的燃点后可燃管10被点燃，其余熔点较高的部件衬管40、上接头30、支撑管20、下接头50及焊接点70仍保持相互连接并保证密封性。可燃管10完全燃烧后，支撑管20仍有足够强度和抗挤性能来抵抗煤层垮塌。
70.请参考图2，现结合图1详细说明本发明实施例2的具体结构及实施过程：
71.在实施例2中，用于煤炭地下气化开发的完井可熔复合套管100由顺序连接的接箍60，支撑管20，可燃管10组成，支撑管20套设与可燃管10外。
72.接箍60为环状金属连接件，其上部(第二接箍段62)和下部(第三接箍段63)位加工成气密封内螺纹，支撑管20为高强度耐高温合金钢材质筛管
73.具体实施时，当井下温度达到可燃管10的燃点后，可燃管10被点燃，其余熔点较高的接箍60，支撑管20仍保持相互连接并保证密封性。可燃管10完全燃烧后，支撑管20仍有足够强度和抗挤性能来抵抗煤层垮塌。
74.以上两个实施例均可实现注剂管和点火器安全可控后退，通过控制后退速度和可熔合金管的燃烧，来有效控制煤层燃烧和气化工具面的移动，实现可控后退注入工艺(crip)。
75.在上述两个实施例中，注剂管为连续油管，连续油管(注剂管)底部安装有点燃器，通过连续油管向井底部注入助燃剂，点火器点燃可燃管10，可燃管燃烧点燃煤层。在实施时，还可以向完井可熔复合套管100外部环空注入阻燃气体，即可有效控制可熔管燃烧速度，也可进行不间断性燃烧。
76.针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。