[發明專利]用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備及其操作方法

有效

• 申請號: 201710022286.7
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106761653B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 閔振華;卡斯珀·揚·亨德利克·伯格;汪原理
• 申請（專利權）人: 中為（上海）能源技術有限公司
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 馮年群

1.用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，基于注入井內襯管作為移動通道，其特征在于：所述噴頭設備包括如下部件：

（a）止回閥，用于阻止逆向易燃易爆氣體污染、損壞上游設備；

（b）機械剪切裝置，設于止回閥下游，用于選擇性剪斷噴嘴以撤回其它設備；

（c）噴嘴，設于機械剪切裝置下游，包括噴嘴主體和噴嘴外殼，二者之間設有環形間隙，噴嘴主體處于低溫環境，用于向燃燒和氣化區噴射高濃度氧化劑，噴嘴外殼處于高溫環境，用于向燃燒和氣化區噴射冷卻劑，噴嘴外殼遠端裝有氣密性密封的快速連接器，用于在點火階段連接、輸送和斷開地下點火設備；

（d）支撐件，包括止回閥支撐件和噴嘴外殼支撐件，分別設于止回閥外殼和噴嘴外殼的外部，用于噴頭設備的扶正定位和環隙密封；止回閥支撐件由3-4個支撐部件組成，支撐部件之間的夾角為90-120°，距離止回閥近端0-30mm，支撐部件包括U型支撐腳、彈簧和滾輪；噴嘴外殼支撐件為環狀支撐圈，距離噴嘴外殼遠端0-30mm，支撐件包括U型支撐圈、彈簧和密封圈；

（e）分布式溫度、壓力和聲波傳感器，分別設于注入井內襯管外部，噴頭設備外部和噴嘴主體內部，用于噴頭設備工藝參數的監測和控制；

（f）氣動保護塞，設于噴嘴的頂端，用于噴頭設備進入井下時保護噴嘴設備；

噴頭設備的各部件通過外部抓鉤連接器或快速連接器或帶有卡口/定位螺栓的螺紋或法蘭螺栓實現非焊接連接并提供有效地氣密性密封，止回閥中心、機械剪切裝置中心和噴嘴主體中心構成噴頭氧化劑通道，噴頭設備與注入井內襯管之間的環隙空間以及噴嘴主體與噴嘴外殼之間的環隙空間構成噴頭冷卻劑通道。

2.根據權利要求1所述的用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，其特征在于：所述噴嘴外殼與噴嘴主體通過非閉合螺紋連接，以在噴嘴內部為冷卻劑提供螺旋式液壓流動通道，噴嘴外殼近端設有若干個冷卻劑入口，噴嘴外殼遠端外圈設有若干個冷卻劑出口，每個進出口都與螺旋式液壓流動通道連通。

3.根據權利要求2所述的用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，其特征在于：所述噴嘴外殼遠端內圈設有一個或多個氧化劑噴射孔，單噴射孔的尺寸基于出口最大噴射速度確定，以優化氧化劑在燃燒和氣化區內的噴射輸送距離；多個噴射孔的多個孔按中心和外周分布且外周各孔與中心孔平行或按照與中心孔成5-35°角向外發散，以優化氧化劑在燃燒和氣化區內的噴射分散范圍。

4.根據權利要求3所述的用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，其特征在于：在氧化劑通道上位于機械剪切裝置上游和氧化劑噴射孔內均安裝有止回閥，在冷卻劑通道上，位于噴嘴外殼的冷卻劑入口和出口均安裝有止回閥。

5.根據權利要求1所述的用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，其特征在于：位于止回閥外殼的支撐件的支撐部件，通過焊接或固定螺栓或一體成型方式安裝在止回閥外殼；U型支撐腳和注入井內襯管內圈留有5-10mm的縫隙，滾輪和注入井內襯管內圈直接接觸。

6.根據權利要求1所述的用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，其特征在于：位于噴嘴外殼的支撐件，通過焊接或固定螺栓或一體成型方式安裝在噴嘴外殼，U型支撐圈和注入井內襯管內圈留有5-10mm的縫隙，密封圈厚度大于縫隙，密封圈的內部空間與所述噴嘴的環隙空間連通，密封圈的伸縮由冷卻劑的注入壓力和/或流量控制。

7.根據權利要求1所述的用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，其特征在于：所述機械剪切裝置由剪切裝置主體、剪切裝置外殼和剪切鞘組成，采用自斷機構，通過剪切鞘剪斷剪切裝置主體和剪切裝置外殼。

8.根據權利要求3所述的用于煤炭地下氣化工藝的噴頭設備，其特征在于：所述噴嘴外殼上從支撐件開始，經過冷卻劑出口至氧化劑噴射孔設有多條2-3mm深的微型文丘里/引流紋路，用于引導冷卻劑到達所述噴嘴外殼遠端及氧化劑噴射孔以實施冷卻保護。