[發(fā)明專利]一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱裝置及換熱保護(hù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110429816.2
• 申請(qǐng)日: 2011-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102434143A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁杰;劉淑琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): E21B43/295
• 分類號(hào): E21B43/295
• 代理公司: 北京國(guó)林貿(mào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤炭地下氣化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱裝置及換熱保護(hù)方法。

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背景技術(shù)

煤炭地下氣化就是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，在熱及物理化學(xué)作用下，產(chǎn)生可燃組分，輸送到地面的工藝過(guò)程。地下氣化爐是借助于從地面向煤層打進(jìn)氣孔、排氣鉆孔，和在進(jìn)、排氣鉆孔間沿煤層開(kāi)拓氣化通道而形成的。進(jìn)氣孔鼓氣化劑（空氣、氧氣、水蒸氣等），氣化劑在煤層中與煤發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)，生成高溫（150℃～300℃）的熱煤氣，由出氣孔排出地面。目前出氣孔深度都在100米以上，都采用單套管支護(hù)，在熱作用下，套管和固井材料熱脹系數(shù)不一樣，套管易損壞斷裂，導(dǎo)致鉆孔失穩(wěn)而報(bào)廢。同時(shí)煤氣顯熱得不到利用，使氣化過(guò)程熱效率降低。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是研究一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱裝置及換熱保護(hù)方法。該換熱裝置及換熱方法采用雙套管結(jié)構(gòu)，形成深孔換熱裝置，降低了套管溫度，有利于套管穩(wěn)定，延長(zhǎng)了鉆孔的使用壽命，同時(shí)回收了煤氣顯熱，提高氣化過(guò)程熱效率。

本發(fā)明技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱裝置，其特征在于，所述換熱裝置包括固井、雙套管；所述固井是由地面向煤層打的鉆孔，固井固定在地層和煤層中；鉆孔內(nèi)沿固井井壁放置雙套管，所述雙套管包括內(nèi)套管和外套管，內(nèi)套管和外套管之間設(shè)有間隙，外套管深度小于內(nèi)套管深度，外套管底部與內(nèi)套管之間設(shè)有連接板，內(nèi)套管外側(cè)設(shè)有注水管。

所述由地面向煤層打鉆孔形成固井，裸孔打至煤層頂部以下煤層厚度的1/2-1/3位置；

所述鉆孔內(nèi)放置雙套管，內(nèi)套管和外套管之間設(shè)有環(huán)形間隙，環(huán)形間隙寬度至少為50毫米，外套管深度小于內(nèi)套管深度30-50米，外套管底部與內(nèi)套管之間焊接連接板，所述連接板為環(huán)形鋼板；

所述內(nèi)套管外側(cè)均勻焊接至少2根注水管，注水管外徑至少20毫米，注水管口距離外套底部管口5-10米。

一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱保護(hù)方法，該方法是由地面向煤層打的鉆孔，形成固井固定在地層和煤層中；鉆孔內(nèi)沿固井井壁設(shè)置雙套管，所述雙套管包括內(nèi)套管和外套管，內(nèi)套管和外套管之間設(shè)有間隙，外套管深度小于內(nèi)套管深度，外套管底部與內(nèi)套管之間用連接板焊接，內(nèi)套管外側(cè)設(shè)有注水管，構(gòu)成雙套管換熱裝置；由注水管注入常溫水，由內(nèi)套管和外套管的間隙排出熱水或水蒸氣到地面使用，當(dāng)氣化過(guò)程結(jié)束后，在外套管底部以上切斷內(nèi)套管，回收內(nèi)套管和注水管，所述方法步驟如下：

a.由地面向煤層打鉆孔，裸孔打至煤層頂部以下煤層厚度的1/2-1/3位置；

b.在鉆孔內(nèi)下放雙套管，內(nèi)套管和外套管之間間隙寬度為50-100毫米，外套管深度小于內(nèi)套管深度30-50米，外套管底部與內(nèi)套管之間用環(huán)形鋼板焊接；

c.在內(nèi)套管外側(cè)均勻焊接2-4根注水管，外徑20-50毫米，隨內(nèi)套管同步連接下放，以保證內(nèi)套管和外套管間的環(huán)形間隙均勻；注水管口距離外套底部管口5-10米；

d.將內(nèi)套管、外套管、注水管交錯(cuò)焊接下放，在內(nèi)套管內(nèi)進(jìn)行反循環(huán)注漿，將雙套管換熱裝置固定在地層中；

e.由注水管注入常溫水到換熱裝置底部，水在環(huán)形空間通過(guò)內(nèi)套管壁與熱煤氣進(jìn)行換熱，形成熱水或蒸汽，排至地面使用；

f.當(dāng)氣化過(guò)程結(jié)束后，在外套管底部位置以上切斷內(nèi)套管，回收內(nèi)套管和注水管。

所述a步驟是在地面向煤層打鉆孔形成固井，鉆孔深度為185米，到煤層的下部，裸孔直徑450毫米。

所述b步驟是在鉆孔內(nèi)下放雙套管，外套管2直徑300毫米，內(nèi)套管1直徑170毫米，內(nèi)套管和外套管之間環(huán)形間隙寬度為65毫米，外套管深度小于內(nèi)套管深度30米，外套管底部與內(nèi)套管之間用環(huán)形鋼板焊接。

所述c步驟是在內(nèi)套管外側(cè)均勻焊接3根注水管，外徑30毫米，隨內(nèi)套管同步連接下放，以保證內(nèi)套管和外套管間的環(huán)形間隙均勻，注水管口距離外套底部管口5米。

所述e步驟是由注水管注入常溫水到換熱裝置底部，水在環(huán)形空間通過(guò)內(nèi)套管壁與熱煤氣進(jìn)行換熱，使煤氣溫度由190℃降至80℃，循環(huán)水由常溫升至60-70℃。

所述f步驟是當(dāng)氣化過(guò)程結(jié)束后，在內(nèi)套管深度150米處切斷內(nèi)套管，回收150米長(zhǎng)的內(nèi)套管和注水管。

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本發(fā)明與已有技術(shù)相比達(dá)到的有益效果是：

1、降低了套管溫度，有利于套管穩(wěn)定，延長(zhǎng)了鉆孔的使用壽命；

2、回收了煤氣顯熱，提高氣化過(guò)程熱效率在5％左右；