一种煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置及方法与流程

本发明涉及煤炭开采，具体涉及一种煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置及方法。

背景技术：

1、煤炭地下气化(ugg)是将地下煤层通过原位燃烧将固相转化气相的一种化学开发方式。通过有效控制燃烧的方式，将煤与氧气、水蒸汽通过一定比例混合产生一系列化学反应，产生氢气、一氧化碳和甲烷气等可燃气体。煤炭地下气化是集煤炭矿采和地面煤制气为一体的天然气开发新途径，是一流程短、安全性高、环境友好的天然气开采方式。煤炭可气化资源量巨大。我国陆上埋深1000-3000m的煤炭资源量3.77×1012t，按气化动用率40％计算折合等热值甲烷资源量为272-332×1012m3，是常规天然气资源量的3倍。以煤层厚度5m计算，煤炭可气化资源丰度高达112×108m3/km2。煤炭地下气化开辟非常规天然气新领域。煤炭地下气化促进天然气产量爆发式增长。

2、生产井井筒降温是煤炭地下气化关键环节。煤炭地下气化技术的开发和应用，需要解决许多关键问题，其中一项为气化炉生产井筒的控温技术，通过模拟可知井口的产出气温度最高且有686℃，井底燃烧温度在1000℃时，井口温度有588℃，已超出多数井口装置耐温极限。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置及方法，旨在解决现有技术中的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，包括水平井筒、油管、加热炉、喷淋器和计算机，所述水平井筒水平固定设置，其两端分别设有进气口和出气口；所述加热炉用于加热所述水平井筒内的气体，其内安装有用于检测所述水平井筒内气体加热后的温度及压力的初始检测器；所述油管竖直安装在所述水平井筒的另一端，其下端与所述出气口连通，所述油管上设有用于检测其内部温度及压力的最终检测器；所述喷淋器安装在所述油管上，用于对所述油管内的气体进行喷淋降温；所述喷淋器、所述初始检测器及所述最终检测器分别与所述计算机通讯连接。

4、本发明的有益效果是：实验过程中，首先，通过本领域技术人员所能想到的方式将一定量的气体由进入口送入水平井筒内；其次，加热炉对水平井筒内的气体进行加热，同时初始检测器检测水平井筒内气体的温度及压力；然后，通过喷淋机构对升温后的气体进行喷淋降温，降温后的气体在油管内继续上升，同时最终检测器检测油管内降温后气体的温度和压力；最后，初始检测器和最终检测器将对应的温度和压力信号分别发送给计算机，计算机接收对应的温度和压力信号，并获取喷淋机构的喷淋量，计算机根据喷淋前后气体的温度及压力判断喷淋的效果；

5、不同量的气体按照上述方法进行实验，从而模拟不同生产工况下的井筒状态。

6、本发明结构简单，设计合理，提供一种喷淋实验装置，研究水平井筒在不同温度、压力、产气量下所需要的喷淋水量及喷淋效果，以模拟不同生产工况下的井筒状态，为生产提供重要实验依据。

7、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

8、进一步，还包括气体供应器，所述气体供应器通过供气管路与所述进气口连通，用于向所述水平井筒提供干燥气体；所述气体供应器与所述计算机通讯连接。

9、采用上述进一步方案的有益效果是实验过程中，通过气体供应器为水平井筒提供气体，供气方便，效率高。

10、进一步，所述气体供应器包括空气压缩机和储气罐，所述空气压缩机通过管路与所述储气罐连通，并与所述计算机通讯连接；所述储气罐与所述供气管路的一端连通。

11、采用上述进一步方案的有益效果是实验过程中，通过空气压缩机压缩气体并储存于上述储气罐内，储气罐为水平井筒提供气体，以模拟干燥气体的喷淋情况，供气方便，效率高。

12、进一步，还包括湿润器，所述湿润器通过湿润管路与所述供气管路连通，用于供水并将水喷洒形成水雾，水雾与所述气体供应器提供的气体混合形成湿气体进入所述水平井筒；所述湿润器与所述计算机通讯连接。

13、采用上述进一步方案的有益效果是实验过程中，通过空气压缩机压缩气体并储存于上述储气罐内；同时，通过湿润器将水转变为水雾与储气罐内的气体混合后进入水平井筒内，以模拟湿润气体的喷淋情况，供气方便，效率高；

14、该方案结构简单，设计合理，可模拟不同情况气体(干气体或湿气体)，实验非常方便。

15、进一步，所述湿润器包括储水罐，所述储水罐与所述湿润管路的一端连通；所述储水罐内固定安装有水泵，所述水泵的出口通过管路与所述储水罐顶部的排水口处固定安装的雾化喷嘴连通；所述水泵和所述雾化喷嘴分别与所述计算机通讯连接。

16、采用上述进一步方案的有益效果是实验过程中，通过空气压缩机压缩气体并储存于上述储气罐内；同时，通过水泵将储水罐内的水送至雾化喷嘴形成水雾后与储气罐内的气体混合后进入水平井筒内，以模拟湿润气体的喷淋情况，供气方便，效率高。

17、进一步，所述加热炉为激光加热炉，其固定套设在所述水平井筒外。

18、采用上述进一步方案的有益效果是激光加热炉加热效率高，加热效果较佳。

19、进一步，所述喷淋机构包括喷淋泵和至少一个喷淋组件，每个所述喷淋组件均包括喷淋管路和多个喷淋喷嘴，所述喷淋管路固定安装在所述油管上；多个所述喷淋喷嘴均匀间隔固定安装在所述喷淋管路上，其一端分别与所述喷淋管路连通，另一端分别延伸至所述油管内；所述喷淋泵的出口与所述喷淋管路连通，其与所述计算机通讯连接。

20、采用上述进一步方案的有益效果是喷淋过程中，通过喷淋泵将水送至喷淋管路以及多个喷淋喷嘴，以对水平井筒内的气体进行喷淋降温，降温效果较佳。

21、进一步，所述喷淋管路为环形管路，所述环形管路固定套设在所述油管的下端，多个所述喷淋喷嘴沿所述环形管路的周向均匀间隔分布。

22、采用上述进一步方案的有益效果是喷淋管路以及多个喷淋喷嘴的分布合理，进一步提高喷淋的效果。

23、进一步，所述喷淋机构包括多个喷淋组件，多个所述喷淋组件沿所述油管的轴向均匀间隔分布，且多个所述喷淋组件中的多个所述喷淋喷嘴的尺寸不一致。

24、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，可模拟不同的喷淋情况，实验方便。

25、本发明还涉及一种采用如上所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置的方法，包括以下具体步骤：

26、分别获取水平井筒内不同量的气体情况下加热后以及喷淋降温后的温度及压力，同时分别获取不同量的气体对应的降温所需的喷淋量，以模拟不同生产工况下的井筒状态。

27、采用上述进一步方案的有益效果是本发明提供一种喷淋实验方法，该方法提供一种喷淋实验装置，研究水平井筒在不同温度、压力、产气量下所需要的喷淋水量及喷淋效果，以模拟不同生产工况下的井筒状态，为生产提供重要实验依据。

技术特征：

1.一种煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：包括水平井筒(1)、油管(2)、加热炉(3)、喷淋器和计算机(9)，所述水平井筒(1)水平固定设置，其两端分别设有进气口和出气口；所述加热炉(3)用于加热所述水平井筒(1)内的气体，其内安装有用于检测所述水平井筒(1)内气体加热后的温度及压力的初始检测器；所述油管(2)竖直安装，且其下端与所述出气口连通，所述油管(2)上设有用于检测其内部温度及压力的最终检测器；所述喷淋器安装在所述油管(2)上，用于对所述油管(2)内的气体进行喷淋降温；所述喷淋器、所述初始检测器及所述最终检测器分别与所述计算机(9)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：还包括气体供应器，所述气体供应器通过供气管路与所述进气口连通，用于向所述水平井筒(1)提供干燥气体；所述气体供应器与所述计算机(9)通讯连接。

3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：所述气体供应器包括空气压缩机(4)和储气罐(5)，所述空气压缩机(4)通过管路与所述储气罐(5)连通，并与所述计算机(9)通讯连接；所述储气罐(5)与所述供气管路的一端连通。

4.根据权利要求2所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：还包括湿润器，所述湿润器通过湿润管路与所述供气管路连通，用于供水并将水喷洒形成水雾，水雾与所述气体供应器提供的气体混合形成湿气体进入所述水平井筒(1)；所述湿润器与所述计算机(9)通讯连接。

5.根据权利要求4所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：所述湿润器包括储水罐(6)，所述储水罐(6)与所述湿润管路的一端连通；所述储水罐(6)内固定安装有水泵，所述水泵的出口通过管路与所述储水罐(6)顶部的排水口处固定安装的雾化喷嘴连通；所述水泵和所述雾化喷嘴分别与所述计算机(9)通讯连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：所述加热炉(3)为激光加热炉，其固定套设在所述水平井筒(1)外。

7.根据权利要求1-5任一项所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：所述喷淋机构包括喷淋泵和至少一个喷淋组件，每个所述喷淋组件均包括喷淋管路(7)和多个喷淋喷嘴(8)，所述喷淋管路(7)固定安装在所述油管(2)上；多个所述喷淋喷嘴(8)均匀间隔固定安装在所述喷淋管路(7)上，其一端分别与所述喷淋管路(7)连通，另一端分别延伸至所述油管(2)内；所述喷淋泵的出口与所述喷淋管路(7)连通，其与所述计算机(9)通讯连接。

8.根据权利要求7所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：所述喷淋管路(7)为环形管路，所述环形管路固定套设在所述油管(2)的下端，多个所述喷淋喷嘴(8)沿所述环形管路的周向均匀间隔分布。

9.根据权利要求7所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置，其特征在于：所述喷淋机构包括多个喷淋组件，多个所述喷淋组件沿所述油管(2)的轴向均匀间隔分布，且多个所述喷淋组件中的多个所述喷淋喷嘴(8)的尺寸不一致。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

技术总结
本发明涉及一种煤炭地下气化井筒智能喷淋实验装置及方法，该实验装置包括水平井筒、油管、加热炉、喷淋器和计算机，水平井筒水平固定设置，其两端分别设有进气口和出气口；加热炉用于加热水平井筒内的气体，其内安装有初始检测器；油管竖直安装在水平井筒的另一端，其下端与出气口连通，油管上设有最终检测器；喷淋器安装在油管上，用于对油管内的气体进行喷淋降温；喷淋器、初始检测器及最终检测器分别与计算机通讯连接。本发明的有益效果是结构简单，设计合理，提供一种喷淋实验装置，研究水平井筒在不同温度、压力、产气量下所需要的喷淋水量及喷淋效果，以模拟不同生产工况下的井筒状态，为生产提供重要实验依据。

技术研发人员：丁吉平,车阳,袁光杰,乔磊,林盛杰,刘奕杉,王向阳,何爱国,王开龙,王辰龙,郑李,张恒,蓝海峰,王子昕
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：2024/4/17