深层煤炭地下气化生产井井筒保护装置 技术领域：
本发明涉及一种用于煤炭地下气化生产井的井筒保护装置，属煤炭资源开采技术类。
背景技术：
煤炭是蕴藏量最为丰富的矿物能源资源，是一种非常宝贵的碳氢资源和化工原料。传统的采煤工艺是通过人工挖掘巷道用机械的方法将地下的煤炭破碎，逐渐输送到地面。受人工巷道深度等条件的约束，目前我国采煤最深的矿井也不足1000米，开采过程中不仅安全系数低、劳动强度大，而且造成能源浪费。为了克服传统采煤工艺存在的上述问题，特别是解决深层煤炭资源开采问题，近年来研发了一种深层煤炭地下气化的生产工艺技术。此种便捷的煤炭气化技术乃是通过地下煤缝点火，由钻孔里面泵入空气或氧气和水蒸气，使煤层进行有控制燃烧产生高温和压力，煤被氧化分解生成二氧化碳和可燃烧气体(主要是甲烷、一氧化碳和氢气)的混合物。利用该技术只提取煤炭中的有用组分，而将灰渣、矸石、放射性物质等有害物留在地下，以减少地表环境污染。此种煤炭气化生产工艺技术集建井、采煤、能量转化等工艺为一体，其具体实施工艺是在煤层中钻两口井，其中一口直井(生产井)、一口水平井(注入井)，生产井钻穿煤层，注入井则在煤层中水平钻进，两口井井口在地面按设计测量好距离，注入井的井底和生产井的煤层在煤层的底部贯通，完井后分别下套管固井，生产井固井后在贯通深度进行射孔，注入井固井后钻穿固井口袋。生产时，氧气或空气和水蒸气从注入井井口注入，两口井的贯通部位有点火头，氧气或空气和水蒸气流经点火头后点燃煤炭，经过复杂的氧化还原反应，产生高温混合气体，这些气体从生产井排出。通常情况下，这些混合气体的温度都在600°以上，很容易使生产井的套管损坏，同时高温也加速了套管与混合气体的化学反应，严重影响生产井的使用寿命和正常生产，因此生产井的井筒保护成为煤炭地下气化生产成败的关键，必须设置能够满足高温工况要求、保护井筒套管不受损害的井筒保护装置。
发明内容：
本发明目的在于提供一种可以避免高温对套管造成破坏、有效保护井筒套管、保证深层煤炭地下气化生产井正常生产的深层煤炭地下气化生产井井筒保护装置。
本发明的技术方案如下：此种井筒保护装置由带φ244.5mm内微台阶、φ177.8mm外微台阶、φ177.8mm内微台阶和φ139.7mm外微台阶四个带微台阶的和一根打有孔眼的φ177.8mm短套管组成，φ244.5mm内微台阶短套管、φ139.7mm外微台阶短套管分别连接在φ244.5mm套管、φ139.7mm套管下端，φ177.8mm打孔短套管连接在φ177.8mm套管下端，φ177.8mm外微台阶短套管、φ177.8mm内微台阶短套管分别连接在φ177.8mm打孔短套管下端。其中，φ244.5mm内微台阶短套管和φ177.8mm外微台阶短套管内壁上设有带有相互倒置配合斜锥面过渡的微台阶，φ177.8mm带内微台阶短套管、φ139.7mm带外微台阶短套管外圆面上分别设有带有相互倒置配合斜锥面过渡的微台阶，两组相配的带内外微台阶短套管的斜锥面段形状尺寸相同，相互倒置配合，构成两个环空的密封段，φ177.8mm打孔短套管下部管壁上均布有冷却水循环孔，使得两个环空之间构成连通。当以上5个短套管随各自对应尺寸的套管分别下入井下后，由于两组带有内外微台阶短套管斜锥面段的相互配合，可分别在φ244.5mm与φ177.8mm套管之间和φ177.8mm与φ139.7mm套管之间形成两个连通的环形空间，煤炭气化生产时，打开井口采气树四通上、下两个闸门，从井口进入的循环冷却水即可在两个连通的环空内流动，起到循环冷却的作用，从而达到降温和保护井筒免受高温损害延长使用寿命的目的。
本发明提供的井筒保护装置设计合理，结构简单，易于实施，利用它可以避免高温对套管的破坏作用，有效保护井筒，保证深层煤炭地下气化生产井正常生产，同时，循环冷却水到达地面时温度上升，已经变为热水，可作为热源加以利用。
附图说明：
附图为本发明提供的深层煤炭地下气化生产井井筒保护装置结构及其工作状态示意图。图中，标号“6”、“7”分别为φ177.8mm井口采气树四通和φ244.5mm采气树四通，标号“8”、“9”分别为冷却水进入孔和出口，标号“10”、“11”、“12”分别为φ244.5mm套管、φ177.8mm套管和φ139.7mm套管，标号“13”、“14”分别为冷却水和φ177.8mm短套管1的循环孔，标号“15”为煤层，标号“16”为混合气体出口。
图2、图3、图4、图5、图6分别为φ244.5mm带内微台阶短套管、φ177.8mm带外微台阶短套管、φ177.8mm带内微台阶短套管、φ139.7mm带外微台阶短套管和φ177.8mm打孔短套管结构示意图。
具体实施方式：
本发明由以下实施例给出，下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明由φ177.8mm打孔短套管5、φ244.5mm内微台阶短套管1、φ177.8mm外微台阶短套管2、φ177.8mm内微台阶短套管3、φ139.7mm外微台阶短套管4组成，其结构、组装关系如下：φ244.5mm内微台阶短套管1、φ139.7mm外微台阶短套管4分别连接在φ244.5mm套管10、φ139.7mm套管12下端，φ177.8mm打孔短套管5连接在φ177.8mm套管11下端，φ177.8mm外微台阶短套管2、φ177.8mm内微台阶短套管3分别连接在φ177.8mm打孔短套管5下端。其中，φ244.5mm内微台阶短套管1(图2)、φ177.8mm内微台阶短套管3(图4)内壁上设有带内径上大下小斜锥面过渡的微台阶，φ177.8mm带外微台阶短套管2(图3)、φ139.7mm带外微台阶短套管4(图5)外圆面上分别设有带外径上大下小斜锥面过渡的微台阶，两组相配的带内外微台阶短套管的斜锥面段尺寸相同，相互倒置配合，构成两个环空的密封段，φ177.8mm打孔短套管下部管壁上均布有冷却水循环孔，使得两个环空之间构成连通。