CN104763336B - 一种井结构及地下气化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井结构及地下气化炉，该井结构包括：直井段和斜井段，直井段的顶端设置有井口，底端深度为地下气化炉所在地下含水层底以下的第一深度值；斜井段的顶端连接直井段的底端，斜井段的底端延伸并连通所述地下气化炉的气化通道；其中，直井段的孔径大于斜井段的顶端孔径，两孔径差值为第一预定值。该结构可以有效避免含水层的水通过井壁渗漏到气化通道中，而且直井段的孔径大于斜井段孔径，这样能够增加含水层固井水泥环的厚度和质量，从而进一步防止炉井工作过程中出现井漏，提高地下气化炉的工作效率。

Description

一种井结构及地下气化炉
技术领域
本发明涉及煤炭气化领域，特别涉及一种井结构及地下气化炉。
背景技术
煤炭地下气化是在气化通道中的煤层中进行，其核心技术是促使气化剂(空气或氧气、水蒸气等)和地下煤层充分接触，通过对煤的热解作用以及化学作用，产生可燃气体。
在煤气化的过程中，尤其是在主力煤层气化过后，原始的煤层转化为煤灰，对原始地层的支撑作用大幅减小，甚至会出现煤层顶板的坍塌，导致下入煤层的套管及水泥随着煤层顶板的坍塌而断裂、错位及脱落，最终导致煤炭地下气化的进、出气孔的堵塞，严重影响煤炭地下气化的正常运行。目前在煤炭地下气化试验基地，燃空区的大多数井都出现了井漏、井堵的现象。
现有技术解决上述问题，都是采用修井作业的方式来解决井漏、井堵等问题。而且修井作业只能解决表面的井漏、井堵问题，不能解决根本问题，因为很多井在修井完成后，使用不长时间就又会出现上述的问题。从而会出现一口井反复修多次仍有问题，而且气化过后的煤气化通道内仍然存在大量的高温、高压等有毒气体，在修井过程中存在着很大的安全隐患。
发明内容
为了解决目前现有的井结构在工作过程中容易出现井漏，影响地下气化炉正常运行的技术问题，本发明提供一种井结构及设置有该井结构的地下气化炉。
本发明提供了一种井结构，包括：
直井段，所述直井段顶端设置有井口，底端的深度为地下含水层底以下的第一深度值；
斜井段，所述斜井段的顶端连接所述直井段的底端，所述斜井段的底端延伸并连通气化通道；其中，
所述直井段的孔径与所述斜井段的顶端孔径的差值大于第一预定值。
进一步地，所述斜井段包括造斜段和稳斜段；
所述造斜段的顶端连接所述直井段的底端，所述造斜段的底端位于地下煤层上侧的顶板岩层顶部；
所述稳斜段的顶端连接所述造斜段的底端，所述稳斜段的底端深度为所述煤层底板以下的第二深度值。
进一步地，所述直井段和斜井段内均设置有套管；
所述套管包括钢质套管和可燃套管；其中，
所述钢制套管的底端下放在所述顶板岩层内，并距所述煤层顶板的距离为第二预定值；
所述可燃套管的顶端连接所述钢质套管的底端，所述可燃套管的底端下放在所述气化通道顶部的所述煤层中，并距所述气化通道顶部的距离为第三预定值。
进一步地，所述第三预定值为1米-3米中任一值；和/或，
所述第二预定值为3米-10米中任一值。
进一步地，所述第一预定值为1米；和/或，
所述第二深度值为2米-5米中任一值；和/或，
所述第一深度值为10米-30米中任一值。
进一步地，所述钢质套管为钢套管；和/或，
所述可燃套管为玻璃钢套管。
进一步地，所述造斜段的弧度设置在预定弧度范围；
所述造斜段的最终倾角介于30°-60°之间；
所述稳斜段的井斜角与所述造斜段底端的倾斜角度相同。
进一步地，所述钢质套管与所述直井段内壁之间设置有第一固井水泥环；
所述钢质套管与所述斜井段的内壁之间设置有第二固井水泥环；
所述可燃套管与所述斜井段的内壁之间设置有第三固井水泥环。
进一步地，所述第一水泥环的外径与所述第二水泥环顶端外径的差值大于所述第一预定值。
本发明还提供一种地下气化炉；所述地下气化炉设置有上述任一项所述的井结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种井结构，包括：直井段和斜井段，直井段的顶端设置有井口，底端深度为地下气化炉所在地下含水层底以下的第一深度值；斜井段的顶端连接直井段的底端，斜井段的底端延伸并连通所述地下气化炉的气化通道；其中，直井段的孔径大于斜井的顶端孔径，两孔径差值为第一预定值。该结构可以有效避免含水层的水通过井壁渗漏到气化通道中，而且直井段的孔径大于斜井段孔径，这样能够增加含水层固井水泥环的厚度和质量，从而进一步防止炉井工作过程中出现井漏，提高地下气化炉的工作效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的结构示意图。
附图标记说明：
1、地表上层；11、含水层；12、地表下层；13、顶板岩层；14、煤层；15、底板岩层；2、直管段；21、第一固井水泥环；22、井口；3、斜管段；31、造斜段；32、稳斜段；33、第二固井水泥环；34、第三固井水泥环；4、钢质套管；41、可燃套管；5、气化通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实施例所提及的水平面均为垂直于重力方向的平面。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：
本发明提供了一种井结构，包括：直井段2，直井段2顶端设置有井口22，底端的深度为地下含水层11底以下的第一深度值；斜井段3，斜井段3的顶端连接直井段2的底端，斜井段3的底端延伸并连通气化通道5；其中，直井段2的孔径与斜井段3的顶端孔径的差值大于第一预定值。
第一深度值通常为10米-30米，直井段2的深度选取在含水层下部10米-30米之间，这样可以充分利用直井段的固井效果，避免含水层的水通过井壁渗漏到气化通道中，出现井漏现象；而且直井段的孔径大于斜井段顶端的孔径，这样可以增加含水层固井水泥环的厚度和质量；进一步避免含水层的水通过井壁渗漏到气化通道中，引起井漏问题。
另外，本发明实施例还通过在直井段2和斜井段3内布置套管，套管包括钢质套管4和可燃套管41；钢质套管4并不下入煤层14，只是可燃套管41下入煤层14，能有效避免由于煤层顶板冒落及顶板地层蠕变而引起套管断裂、错位后，出现井堵问题。
具体为，如图1所示，该井结构，包括：直井段2和斜井段3，直井段2顶端设置在地表上层1上部，并形成井口，直井段2的深度为地下气化炉所在地下含水层11底以下的10米-30米，如此设置的直井段，原因在于直井段2的固井效果要明显优于斜井段3；斜井段3下入套管后，套管会紧贴于井眼的下部使下部的固井空间明显减少，而直井段2套管始终处于井眼的中间；从而避免含水层的水通过井壁渗漏到气化通道中，出现井漏现象。
其中，地下含水层11底为地表下层12，直井段2的深度为深入地表下层12至10米-30米中任一值，当然可以选择直井段2的深度为深入地表下层10米或15米或20米或25米或30米，具体直井段2的深度可以根据实际现场情况设定，具体实施例可以参考上述描述，在此不再赘述。
如图1所示，直井段2和斜井段3内均设置有套管，套管与直井段2之间设置有固井用的第一固井水泥环21；为了进一步避免出现井漏现象，本发明实施例中，优选直井段2的孔径大于斜井段3顶端的孔径，并且两孔径差值大于0.1米，而且直井段2的套管半径与斜井段3顶部的套管半径基本上相同，这样能增加直井段1与含水层之间的第一固井水泥环21的厚度和质量，更有效的将含水层封隔；防止出现井漏现象。
斜井段3的顶端连接在直井段2的底端上，斜井段3的底端延伸并连通地下气化炉的气化通道5；其中，斜井段3包括造斜段31和稳斜段32；造斜段31的顶端连接在直井段2的底端上，造斜段31的底端位于地下气化炉所在地下煤层14上侧的顶板岩层13顶部；而稳斜段32的顶端连接造斜段21的底端，稳斜段32的底端深入煤层14底部的底板岩层15中2米-5米中的任一值。
将斜井段3分成造斜段31和稳斜段32，为减小对煤层14上侧的顶板岩层13的破坏，而且造斜段31的底端深入到顶板岩层13的顶部，不深入顶板岩层13内，造斜段31的顶端连接直井段2的底端；整个造斜段31要平稳，尽量避免出现较大的弧度，以防止在下套管时出现卡管现象，优选造斜段31的最终倾角(即造斜段底部预部分段的倾角)介于30°-60°之间，角度太小起不到斜井段3结构的最佳效果，角度太大可能出现整个造斜段的曲率半径太小而套管下不去的现象。
稳斜段32的井斜角与造斜段31底端的倾斜角保持一致，稳斜段32深入到煤层底板以下2米-5米中任一值，这样设计能有效的将气化通道5与斜井段3贯通，且能将钻井完成后的碎屑沉淀到煤层14底板以下2米-5米深度的钻孔口袋中，避免钻井碎屑留在气化通道5中影响燃烧。
其中，稳斜段32的底端可以深入煤层14底部的底板岩层中2米或3米或4米或5米；造斜段31的最终倾角可以为30°或40°或45°或50°或60°，具体的角度可根据现场实际造斜段长度决定；稳斜段32深入到煤层底板以下2米或3米或4米或5米；具体数值可以根据具体施工情况确定，实施方式可参照上述描述，在此不再赘述。
如图1所示设置在直井段2和斜井段3中的套管包括钢质套管4和可燃套管41；钢制套管4的底端下放在顶板岩层13内，并距煤层14顶板的距离为3米-10米中任一值；可燃套管41的顶端连接钢质套管4的底端，可燃套管41的底端下放在气化通道5顶部的煤层14中，并距气化通道5顶部的距离为为1米-3米中任一值。
设置两种套管的主要目的是为了解决煤层在气化过程中和气化后会影响井结构的问题；钢质套管4优选为石油套管，是一种不可燃烧的套管；而可燃套管41优选为玻璃钢套管，是一种高温下可燃烧的套管。
钢质套管4下入深度在煤层14顶部的顶板岩层13中，距离煤层14的顶板为3米-10米中任一值。由于该炉井结构在煤层顶部的顶板岩层13中有比使用直井具有更大的接触面积，且没有破坏竖直方向上的顶板岩层13，也不直接下入煤层14，这样布置的效果在于避免了由于煤层14气化完成后顶板岩层13冒落而引起的钢质套管4断裂或错位。通过钢质套管4的支撑作用，使得钢质套管4上方的顶板岩层13变得更加稳定，也能有效控制顶板冒落的量，防止出现井堵现象。
钢质套管4的下端连接有直接下入煤层的可燃套管41，可燃套管41在地下气化的过程中可以燃烧掉，这就解决了煤层14在气化过程中和气化后会影响井结构的问题。可燃套管41下入深度在煤层14顶板以下气化通道5上方1-3米中任一值，如图1所示，不直接下入气化通道5内，从而可以防止可燃套管41下入到气化通道5内影响气化通道5内的气体流动，还能顺利的将气化通道5内的气化后气体与地面设备连通。
如图1所示，钢质套管4与斜井段3的内壁之间设置有第二固井水泥环33；可燃套管41与斜井段3的内壁之间设置有第三固井水泥环34。由于钢质套管4直接设置在直井段2的第一固井水泥环21内壁上及斜井段3的第二固井水泥环33内壁上，所以第一固井水泥环21与第二固井水泥环33的内径基本上相等，而第一固井水泥环21与第二固井水泥环33的外径差值大于0.1米。
由于固井深度太深，水泥会掺杂到气化煤层14中，影响气化通道5内的煤层14气化，因此第三固井水泥环34设置在可燃套管41与斜井段3的内壁之间，第三固井水泥环34的深度与可燃套管41的深度基本相等。
本发明实施例还提供一种地下气化炉，所述地下气化炉设置有上述的井结构。
由于上述的井结构具有上述的有益效果，所以设置有该井结构的地下气化炉也具有同样的有益效果，具体实施例可以参照上述井结构的说明，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种井结构，其特征在于，包括：
直井段(2)，所述直井段(2)顶端设置有井口(22)，底端的深度为地下含水层(11)底以下的第一深度值；
斜井段(3)，所述斜井段(3)的顶端连接所述直井段(2)的底端，所述斜井段(3)的底端延伸并连通气化通道(5)；其中，
所述直井段(2)的孔径与所述斜井段(3)的顶端孔径的差值大于第一预定值；
所述直井段(2)和斜井段(3)内均设置有套管，并且，所述直井段(2)的套管半径与所述斜井段(3)顶部的套管半径相等；
所述直井段(2)的套管与所述直井段(2)内壁之间设置有第一固井水泥环(21)，所述斜井段(3)的套管与所述斜井段(3)内壁之间设置有第二固井水泥环(33)，所述第一固井水泥环(21)的外径与所述第二固井水泥环(33)顶端外径的差值大于所述第一预定值。
2.根据权利要求1所述的井结构，其特征在于，所述斜井段(3)包括造斜段(31)和稳斜段(32)；
所述造斜段(31)的顶端连接所述直井段(2)的底端，所述造斜段(31)的底端位于地下煤层(14)上侧的顶板岩层(13)顶部；
所述稳斜段(32)的顶端连接所述造斜段(3 1)的底端，所述稳斜段(32)的底端深度为所述煤层(14)底板以下的第二深度值。
3.根据权利要求1或2所述的井结构，其特征在于，
所述套管包括钢质套管(4)和可燃套管(41)；其中，
所述钢制套管(4)的底端下放在所述顶板岩层(13)内，并距所述煤层(14)顶板的距离为第二预定值；
所述可燃套管(41)的顶端连接所述钢质套管(4)的底端，所述可燃套管(41)的底端下放在所述气化通道(5)顶部的所述煤层(14)中，并距所述气化通道(5)顶部的距离为第三预定值。
4.根据权利要求3所述的井结构，其特征在于，所述第三预定值为1米-3米中任一值；和/或，
所述第二预定值为3米-10米中任一值。
5.根据权利要求2所述的井结构，其特征在于，所述第一预定值为1米；和/或，
所述第二深度值为2米-5米中任一值；和/或，
所述第一深度值为10米-30米中任一值。
6.根据权利要求3所述的井结构，其特征在于，所述钢质套管(4)为钢套管；和/或，
所述可燃套管(41)为玻璃钢套管。
7.根据权利要求2-6任一项所述的井结构，其特征在于，所述造斜段(31)的弧度设置在预定弧度范围；
所述造斜段(31)的末端预定部分倾角介于30°-60°之间；
所述稳斜段(32)的井斜角与所述造斜段(31)末端预定部分倾角相等。
8.根据权利要求3所述的井结构，其特征在于，所述钢质套管(4)与所述直井段(2)内壁之间设置有第一固井水泥环(21)；
所述钢质套管(4)与所述斜井段(3)的内壁之间设置有第二固井水泥环(33)；
所述可燃套管(41)与所述斜井段(3)的内壁之间设置有第三固井水泥环(34)。
9.一种地下气化炉，其特征在于，所述地下气化炉设置有如权利要求1-8任一项所述的井结构。
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