專利名稱：一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱裝置及換熱保護方法
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方法。
背景技術(shù)：
煤炭地下氣化就是將處于地下的煤炭進行有控制的燃燒，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程。地下氣化爐是借助于從地面向煤層打進氣孔、 排氣鉆孔，和在進、排氣鉆孔間沿煤層開拓氣化通道而形成的。進氣孔鼓氣化劑(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°C 300°C)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，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)而報廢。同時煤氣顯熱得不到利用，使氣化過程熱效率降低。

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，延長了鉆孔的使用壽命，同時回收了煤氣顯熱，提高氣化過程熱效率。本發(fā)明技術(shù)方案是這樣實現(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、注水管交錯焊接下放，在內(nèi)套管內(nèi)進行反循環(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)形空間通過內(nèi)套管壁與熱煤氣進行換熱，形成熱水或蒸汽，排至地面使用；
f.當(dāng)氣化過程結(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)形空間通過內(nèi)套管壁與熱煤氣進行換熱，使煤氣溫度由190°C降至80°C，循環(huán)水由常溫升至60-70°C。所述f步驟是當(dāng)氣化過程結(jié)束后，在內(nèi)套管深度150米處切斷內(nèi)套管，回收150米長的內(nèi)套管和注水管。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比達到的有益效果是
1、降低了套管溫度，有利于套管穩(wěn)定，延長了鉆孔的使用壽命；
2、回收了煤氣顯熱，提高氣化過程熱效率在5%左右；
3、內(nèi)套管、注水管可回收，降低了鉆孔成本。


圖1為本發(fā)明雙套管換熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明雙套管換熱裝置俯視示意圖。
具體實施例方式實施例1
一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱裝置及換熱保護方法。參見圖1、圖2，圖中，1-內(nèi)套管，2-外套管，3-注水管，4-固井井壁，5-環(huán)行連接板，6-煤層，C-冷水，G-煤氣，H-熱水。
由地面向煤層打的鉆孔，形成固井固定在地層和煤層6中；鉆孔內(nèi)沿固井井壁4放置雙套管，所述雙套管包括內(nèi)套管1和外套管2，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)套管之間用環(huán)形連接板5焊接，內(nèi)套管外側(cè)設(shè)有注水管3，構(gòu)成雙套管換熱裝置；由注水管注入冷水C或常溫水，由內(nèi)套管和外套管的間隙排出熱水H或水蒸氣到地面使用，當(dāng)氣化過程結(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；
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、注水管交錯焊接下放，在內(nèi)套管內(nèi)進行反循環(huán)注漿，將雙套管換熱裝置固定在地層中，所述的反循環(huán)注漿是由內(nèi)套管里注漿，由外套管和地層間隙中上返， 待外套管和地層間隙充滿漿后，停止注漿，候凝固井；
e.由注水管注入冷水或常溫水到換熱裝置底部，水在環(huán)形空間通過內(nèi)套管壁與熱煤氣 G進行換熱，形成熱水或蒸汽，排至地面使用；
f.當(dāng)氣化過程結(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。實施例2
一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱裝置及換熱保護方法另一實施例，參見實施例1。在地面向煤層打鉆孔，深度為285米，到煤層6的下部，裸孔直徑450毫米。在鉆孔內(nèi)沿固井井壁4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)、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。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)、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。內(nèi)套管、外套管、注水管交錯焊接下放，在內(nèi)套管內(nèi)進行反循環(huán)注漿，將雙套管換熱裝置固定在地層和煤層中。由注水管注入常溫水到換熱裝置底部，水在環(huán)形空間通過內(nèi)套管壁與熱煤氣進行換熱，使煤氣溫度由190°C降至80°C，循環(huán)水由常溫升至65°C左右，供煤礦職工浴室使用。當(dāng)氣化過程結(jié)束后，在內(nèi)套管深度250米處切斷內(nèi)套管，回收250米長的內(nèi)套管和
注水管。
權(quán)利要求
1.一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，固井固定在地層合煤層中；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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述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。
3.一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱保護方法，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；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、注水管交錯焊接下放，在內(nèi)套管內(nèi)進行反循環(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)形空間通過內(nèi)套管壁與熱煤氣進行換熱，形成熱水或蒸汽，排至地面使用；f.當(dāng)氣化過程結(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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱保護方法，其特征在于，所述a步驟是在地面向煤層打鉆孔形成固井，鉆孔深度為85米，到煤層的下部，裸孔直徑450毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱保護方法，其特征在于，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱保護方法，其特征在于，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱保護方法，其特征在于，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)形空間通過內(nèi)套管壁與熱煤氣進行換熱，使煤氣溫度由190°C降至80°C，循環(huán)水由常溫升至60-70°C。
8.據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱保護方法，其特征在于， 所述f步驟是當(dāng)氣化過程結(jié)束后，在內(nèi)套管深度50米處切斷內(nèi)套管，回收50米長的內(nèi)套管和注水管。
全文摘要
一種煤炭地下氣化出氣孔雙套管換熱裝置及保護方法，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)有環(huán)形間隙，外套管深度小于內(nèi)套管深度，外套管底部與內(nèi)套管之間用環(huán)形連接板焊接，內(nèi)套管外側(cè)焊接注水管，構(gòu)成雙套管換熱裝置；由注水管注入常溫水，由內(nèi)套管和外套管的環(huán)形空間排出熱水或水蒸氣到地面使用，當(dāng)氣化過程結(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。本發(fā)明的有益效果是降低了套管溫度，有利于套管穩(wěn)定，延長了鉆孔的使用壽命；回收了煤氣顯熱，提高氣化過程熱效率；內(nèi)套管、注水管可回收，降低了鉆孔成本。
文檔編號E21B43/295GK102434143SQ20111042981
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者劉淑琴, 梁杰 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)