全文摘要
本实用新型公开了一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构，包括设置在地面上的垂直井，所述垂直井的底部连接有位于煤层内部且与垂直井垂直的定向钻井，所述定向钻井内设置有气化组件，所述垂直井的顶部设置有表层套管，且表层套管的内部连接有伸入煤层的生产套管，该装置通过扩孔或延伸钻井的方法，能够预留额外的煤块堆积空间，克服了煤块堵塞垂直井底部的缺点，保证了二氧化碳或煤气的正常流通，避免煤块堵塞影响点火和气化的正常运行。
主设计要求
1.一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构，包括设置在地面上的垂直井(1)，其特征在于：所述垂直井(1)的底部连接有位于煤层内部且与垂直井(1)垂直的定向钻井(2)，所述定向钻井(2)内设置有气化组件(3)，所述垂直井(1)的顶部设置有表层套管(4)，且表层套管(4)的内部连接有伸入煤层的生产套管(5)。
设计方案
1.一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构，包括设置在地面上的垂直井(1)，其特征 在于：所述垂直井(1)的底部连接有位于煤层内部且与垂直井(1)垂直的定向钻井(2)，所述 定向钻井(2)内设置有气化组件(3)，所述垂直井(1)的顶部设置有表层套管(4)，且表层套 管(4)的内部连接有伸入煤层的生产套管(5)。
2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构，其特征在于：所述 垂直井(1)的底端连接有向下延伸至岩石层的沉淀池(6)。
3.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构，其特征在于：所述 垂直井(1)的底部侧面设置有与定向钻井(2)在同一条直线上的延伸气化通道(7)。
4.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构，其特征在于：所述 生产套管(5)的内部两侧均设置有竖直滑槽(8)，且竖直滑槽(8)内均安装有竖直滑块(9)， 两个所述的竖直滑块(9)之间通过连杆(10)连接。
5.根据权利要求4所述的一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构，其特征在于：所述 连杆(10)的中央设置有通孔(11)，且通孔(11)内通过轴承(12)连接有旋转伸缩杆(13)，所 述旋转伸缩杆(13)的底端连接有倒锥形的煤块挖斗(14)。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及煤炭开采领域，具体为一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结 构。
背景技术
煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学 作用产生可燃气体的过程。在进行煤炭地下气化时，需要用到气化炉，气化炉一般由进气 孔、生产孔(垂直孔)和气化通道组成，采用定向孔技术建立水平煤层通道及将生产孔进行 连通，气化炉建设完成后，通过进气井鼓入引燃物和助燃物后，在气化炉的生产井底部附近 进行点火，点火成功后，进气井切换鼓入气化剂，进行煤炭气化，产生的煤气经生产孔排出 地面供后系统使用，通过连续油管驱动系统控制注气点位置，完成水平通道覆盖煤层的点 火、气化。
煤炭地下气化首先采用垂直钻井和定向钻井在气化煤层内构建地下气化炉，气化 炉一般由进气井、出气井和气化通道组成，然后在气化炉的一端进行点火，另一端鼓入气化 剂，产生的煤气经出气井排出地面供后系统使用。
但是，在钻井施工过程中，尤其是定向井施工时，煤层中会有部分煤块剥落，并存 留在气化通道内，后期在下入套管和连续油管等装置时，存留在气化通道内的煤块逐渐被 下入装置推至垂直井底部附近，最终形成一段若干距离的煤柱，将垂直井底部填实。在点火 阶段，堵塞在垂直井底部的煤柱导致气体无法流通，燃烧产物二氧化碳等长时间存留在点 火点周围，降低氧气浓度，最终可使火焰熄灭，点火无法实现；在气化初始阶段，堵塞垂直井 底部的煤柱影响煤气排出，甚至导致煤气无法通过垂直井排至地面，影响气化正常运行，严 重可造成停炉事故产生。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本实用新型提供一种煤炭地下气化垂直井筒底部 防堵结构，该结构通过扩孔或延伸钻井的方法，能够预留额外的煤块堆积空间，克服了煤块 堵塞垂直井底部的缺点，保证二氧化碳或煤气的正常流通，能有效的解决背景技术提出的 问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构，包括设置在地面上的垂直井，所述垂 直井的底部连接有位于煤层内部且与垂直井垂直的定向钻井，所述定向钻井内设置有气化 组件，所述垂直井的顶部设置有表层套管，且表层套管的内部连接有伸入煤层的生产套管。
进一步地，所述垂直井的底端连接有向下延伸至岩石层的沉淀池。
进一步地，所述垂直井的底部侧面设置有与定向钻井在同一条直线上的延伸气化 通道。
进一步地，所述生产套管的内部两侧均设置有竖直滑槽，且竖直滑槽内均安装有 竖直滑块，两个所述的竖直滑块之间通过连杆连接。
进一步地，所述连杆的中央设置有通孔，且通孔内通过轴承连接有旋转伸缩杆，所 述旋转伸缩杆的底端连接有倒锥形的煤块挖斗。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过扩孔或延伸钻井的方法，能够预留额外的煤块堆积空间，克服了 煤块堵塞垂直井底部的缺点，保证了二氧化碳或煤气的正常流通，避免煤块堵塞影响点火 和气化的正常运行。
附图说明
图1为本实用新型的第一种方案整体结构示意图；
图2为本实用新型的第二种方案整体结构示意图；
图3为本实用新型的第三种方案整体结构示意图；
图4为本实用新型的生产套管剖面结构示意图。
图中标号：
1-垂直井；2-定向钻井；3-气化组件；4-表层套管；5-生产套管；6-沉淀池；7-延伸 气化通道；8-竖直滑槽；9-竖直滑块；10-连杆；11-通孔；12-轴承；13-旋转伸缩杆；14-煤块 挖斗。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1至图4所示，本实用新型提供了一种煤炭地下气化垂直井筒底部防堵结构， 包括设置在地面上的垂直井1，垂直井1的底部连接有位于煤层内部且与垂直井1垂直的定 向钻井2，定向钻井2内设置有气化组件3，气化组件包括套管和连续油管等装置，垂直井1的 顶部设置有表层套管4，且表层套管4的内部连接有伸入煤层的生产套管5。
在钻井施工过程中，尤其是定向钻井2施工时，煤层中会有部分煤块剥落，并存留 在气化通道内，后期在下入气化组件3时，存留在气化通道内的煤块逐渐被下入装置推至垂 直井1底部附近，最终形成一段若干距离的煤柱，将垂直井1底部填实，在点火阶段，堵塞在 垂直井1底部的煤柱会导致气体无法流通，燃烧产物二氧化碳等长时间存留在点火点周围， 降低氧气浓度，最终可使火焰熄灭，点火无法实现，气化初始阶段，堵塞垂直井1底部的煤柱 影响煤气排出，甚至导致煤气无法通过垂直井1排至地面，影响气化正常运行，严重可造成 停炉事故产生。
为了避免煤块堵塞垂直井1的底部，本实用新型设计了三种解决方案，第一种方 案：垂直井1的底端连接有向下延伸至岩石层的沉淀池6，垂直井1的底部侧面设置有与定向 钻井2在同一条直线上的延伸气化通道7，沉淀池6位于煤层底板以下的具体距离以及扩孔 直径，可根据煤层稳定性、气化通道长度等情况具体设置，延伸气化通道7直径通常与定向 钻井2直径一致，具体长度可根据煤层稳定性、气化通道长度和定向钻井2等情况具体设置。
第一种方案的具体操作为：从地面向下钻设垂直井1，延伸位置依据第四系松散层 深度决定，再下入表层套管4并固井，表层套管4的长度由地面至第四系松散层附近；此后， 再继续钻深至煤层顶板以下1-3米位置，下入生产套管5并固井，生产套管5的长度由地面至 煤层顶板以下1-3米位置；再垂直方向钻孔继续延伸至煤层底板以下5-50米位置，形成沉淀 池6，沉淀池6直径与垂直井直径保持一致，定向钻井2通过远端对接与垂直井1底部连通，连 通后，定向钻井2继续水平向前延伸20-120米，形成延伸气化通道7；最后，从定向钻井2下入 气化组件3，如套管和连续油管等，延伸至垂直井1底部附近，并将气化通道内留存的煤块逐 渐推至沉淀池6和延伸气化通道7内，即可开始点火和气化阶段，且煤块不会在垂直井1底部 堆积，克服了煤块堵塞垂直井1底部的缺点，保证了二氧化碳或煤气的正常流通，避免煤块 堵塞影响点火和气化的正常运行。
第二种方案为只在垂直井1的底端连接向下延伸至岩石层的沉淀池6，其具体操作 为：从地面向下钻设垂直井1，延伸位置依据第四系松散层深度决定，再下入表层套管4并固 井，表层套管4的长度由地面至第四系松散层附近；此后，再继续钻深至煤层顶板以下1-3米 位置，下入生产套管5并固井，生产套管5的长度由地面至煤层顶板以下1-3米位置；再垂直 方向钻孔继续延伸至煤层底板以下1-10米位置，定向钻井2通过远端对接与垂直井1底部连 通；最后，再下入钻头，由深度从煤层顶板以下1-3米的位置到煤层底板以下1-10米位置进 行扩孔，孔直径为400-1200毫米，形成沉淀池6。从定向钻井2下入气化组件3，如套管和连续 油管等，延伸至垂直井1底部附近，并将气化通道内留存的煤块逐渐推至沉淀池6内，即可开 始点火和气化阶段。值得注意的是，由于只设置沉淀池6存储煤块，为了避免煤块堆满，继续 造成堵塞，需要对沉淀池6进行扩孔，使得沉淀池6的直径略大于垂直井1的直径。
第三种方案为只在垂直井1的底部侧面设置与定向钻井2在同一条直线上的延伸 气化通道7，其具体操作为：从地面向下钻设垂直井1，延伸位置依据第四系松散层深度决 定，再下入表层套管4并固井，表层套管4的长度由地面至第四系松散层附近；此后，再继续 钻深至煤层顶板以下1-3米位置，下入生产套管5并固井，生产套管5的长度由地面至煤层顶 板以下1-3米位置；再垂直方向钻孔使垂直井1底部继续延伸直至煤层底板，定向钻井2通过 远端对接与垂直井1底部连通，连通后，定向钻井2继续水平向前延伸80-160米，形成延伸气 化通道7；最后，从定向钻井2下入气化组件3，如套管和连续油管等，延伸至垂直井1底部附 近，并将气化通道内留存的煤块逐渐推至延伸气化通道7内，即可开始点火和气化阶段。值 得注意的是，由于只设置延伸气化通道7存储煤块，为了避免煤块堆满，继续造成堵塞，延伸 气化通道7的长度要更长。
生产套管5的内部两侧均设置有竖直滑槽8，且竖直滑槽8内均安装有竖直滑块9， 两个的竖直滑块9之间通过连杆10连接，使得连杆10能够沿着竖直滑槽8上下移动，并能从 生产套管5中移出，连杆10的中央设置有通孔11，且通孔11内通过轴承12连接有旋转伸缩杆 13，旋转伸缩杆13的顶端与驱动机构连接，能够实现旋转伸缩杆13的伸缩和旋转，旋转伸缩 杆13的底端连接有倒锥形的煤块挖斗14。
在进行煤炭地下气化时，为了避免影响气化的进行，可以通过驱动机构使连杆10、 煤块挖斗14等上移，并从生产套管5中取出，而在生产结束或暂停时，可以将连杆10、煤块挖 斗14等重新放入生产套管5内，并在驱动机构的带动下移动至垂直井1的底部，之后驱动旋 转伸缩杆13旋转下移，使得堆积的煤块能够进入煤块挖斗14内，并最终被逐一清除，避免煤 块大量堆积。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而 且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新 型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新 型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含 义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制 所涉及的权利要求。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920096315.9
申请日:2019-01-21
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN208702396U
授权时间:20190405
主分类号:E21B43/295
专利分类号:E21B43/295
范畴分类:申请人:国氢能源科技有限公司
第一申请人:国氢能源科技有限公司
申请人地址:100083 北京市海淀区学清路38号B座8层807
发明人:戚川;刘清宇;刘淑琴;高翔
第一发明人:戚川
当前权利人:国氢能源科技有限公司
代理人:胡剑辉
代理机构:11390
代理机构编号:北京和信华成知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计