钻孔结构制造技术

本实用新型专利技术提供了一种钻孔结构。该钻孔结构包括：钻孔本体、环形缓冲带和应力补偿器；其中，钻孔本体于预设位置设置有环形缓冲带；环形缓冲带的直径大于钻孔本体的直径；环形缓冲带内设置有与其同轴设置的应力补偿器；钻孔本体内于应力补偿器的上方和下方分别套设有第一套管和第二套管。本实用新型专利技术提供的钻孔结构不仅通过设置的环形缓冲带降低剪切应力的强度，而且通过设置的应力补偿器当应力超过补偿器允许值时，应力补偿器补偿过大地应力对第一套管和第二套管的拉伸破坏，即应力补偿器抵消地层位移所产生的拉伸、剪切载荷作用，能够使钻孔适应岩层的变化，提高钻孔结构稳定性，避免地下气化过程钻孔的损坏进而影响煤炭的气化。

【技术实现步骤摘要】
钻孔结构
本技术涉及煤炭及煤层气开采
，具体而言，涉及一种钻孔结构。
技术介绍
煤炭地下气化技术是利用煤炭的原位燃烧、气化反应生产煤气或合成气的技术，在煤炭地下气化过程中，为了维持反应的进行，通常需要在煤层中设置进气钻孔、出气钻孔和相应的连接进、出气钻孔的气化通道。一般进气钻孔用于向煤层中输送气化剂(如空气、氧气等)，而送入的气化剂在气化通道内与煤层发生燃烧、气化反应生成高温煤气，高温煤气则通过出气钻孔排出至地面以供后续利用。钻孔联系地上和地下，钻孔的稳定是地下气化成败的关键之一。煤炭地下气化过程中，煤层燃烧提供了气化反应所需能量，因反应消耗掉煤炭而在煤层中形成了燃空区。随着反应进行，燃空区尺寸不断扩大，改变了煤层围岩原先的受力状态。在煤层燃烧的高温以及地应力作用下，燃空区之上的覆岩会发生垮落、断裂等的岩层位移运动，从而在覆岩中形成垮落带与断裂带(合称导水裂隙带)。处在垮落、断裂带内的钻孔，由于受岩层运移所产生的地应力的拉伸、扭曲、剪切等多种作用而发生损毁或断裂。特别是，对于强度差别较大的岩层交界面处(如含水层、泥岩等)，由于岩层强度的突变，更易发生岩层的运移，往往也是钻孔遭受破坏最为严重的区域，国内外现场试验表明，约3％～28％的钻孔由于垂直方向上的移动(拉伸作用)在距离煤层顶板2～9米处遭到破坏。约72％～97％的钻孔由于水平方向上的移动(剪切作用)在距离燃空区20～40米的地方遭到破坏。因而，煤炭地下气化过程中，对于处在燃空区附近的钻孔，对其稳定性提出了更高的要求。现有技术钻孔结构单一，一般采用单层石油套管或碳钢管，套管与地层环空采用耐高温水泥进行全固井，实际使用过程中，套管因强度不够或脱扣，在含水层与隔水层交界面处，套管损坏最为严重。专利CN201410289232提供了一种改进方法，在套管易损部位，采用漏斗状结构进行上下套管连接，但是此种结构无法保证可靠密封或难以抵抗地层扭曲、剪切应力。专利CN201410820229提供了另一种改进方法，在导水裂隙带范围内的地层全部采用金属波纹管替代石油套管，此种结构对材料和制造工艺要求极高，钻孔成本会大幅提高。
技术实现思路
鉴于此，本技术提出了一种钻孔结构，旨在解决现有钻孔易损坏的问题。一个方面，本技术提出了一种钻孔结构。该钻孔包括：钻孔本体、环形缓冲带和应力补偿器；其中，所述钻孔本体于预设位置设置有所述环形缓冲带，用于降低剪切应力的强度；所述环形缓冲带的直径大于所述钻孔本体的直径；所述环形缓冲带内设置有与其同轴设置的所述应力补偿器，用于抵消地层位移产生的拉伸和剪切载荷作用；所述钻孔本体内于所述应力补偿器的上方和下方分别套设有第一套管和第二套管，用于固井。进一步地，上述钻孔结构，所述应力补偿器包括：内补偿件和外补偿件；其中，所述外补偿件的内径大于所述内补偿件的外径，并且，所述外补偿件套设于所述内补偿件外；所述第一套管与所述钻孔本体之间设有第一环形通道，并且，所述第二套管与所述钻孔本体之间设有第二环形通道；所述外补偿件的内壁与所述内补偿件的外壁之间设有环形空隙，用于连通所述第一环形通道和所述第二环形通道。进一步地，上述钻孔结构，所述第一环形通道的底端设置有第一膨胀封隔器；所述第二环形通道的顶端设置有第二膨胀封隔器。进一步地，上述钻孔结构，所述第一膨胀封隔器内沿其长度方向设置有第一圆形通孔，用于连通所述第一环形通道与所述环形空隙；和/或，所述第二膨胀封隔器内沿其长度方向设置有第二圆形通孔，用于连通所述第二环形通道与所述环形空隙。进一步地，上述钻孔结构，所述应力补偿器的外壁设置有遇水膨胀橡胶。进一步地，上述钻孔结构，所述应力补偿器与所述环形缓冲带之间填设有填充物，用于支撑和保护所述环形缓冲带。进一步地，上述钻孔结构，所述应力补偿器与所述第一套管通过球铰相连接。所述应力补偿器与所述第二套管通过所述球铰相连接。本技术提供的钻孔结构不仅通过设置的环形缓冲带降低剪切应力的强度，而且通过设置的应力补偿器当应力超过补偿器允许值时，应力补偿器可以被拉伸一定的长度，从而补偿过大地应力对第一套管和第二套管的拉伸破坏，即应力补偿抵消地层位移所产生的拉伸、剪切载荷作用，能够使钻孔适应岩层的变化，提高钻孔稳定性，避免地下气化过程钻孔的损坏进而影响煤炭的气化。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本技术实施例提供的钻孔结构的结构示意图；图2为本技术实施例提供的钻孔结构的又一结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。钻孔结构实施例：参见图1和图2，该钻孔结构可以包括：钻孔本体1、环形缓冲带2和应力补偿器3。具体地，本领域技术人员应当理解的是，钻孔本体1为由地面向下钻至煤层的裸孔。其中，钻孔本体1于预设位置可以设置有环形缓冲带2，用于降低剪切应力的强度。环形缓冲带2的直径可以大于钻孔本体1的直径。具体地，预设位置可以设置垮落带、断裂带发育地层中具有最大横向位移的位置，例如在垮落带、断裂带发育地层的。本领域技术人员所公知的是，垮落带、断裂带发育范围内不同岩层的交界面处，岩层横向剪切运动强烈，具有最大横向位移，故预设位置可以设置在垮落带、断裂带发育地层的岩层交界面例如第一岩层12与第二岩层13的交界面，环形缓冲带2的高度可以为5～40m且沿岩层交界面上下(相对于图1所示的位置而言)对称设置。环形缓冲带2的设置增大孔的直径，以便降低剪切应力的强度。其中，优选地，为进一步低剪切应力的强度，环形缓冲带2的直径可以为第一套管4直径的2～4倍。环形缓冲带2内可以设置有应力补偿器3，用于抵消地层位移产生的拉伸和剪切载荷作用。具体地，为进一步抵消地层位移产生的拉伸和剪切载荷作用，应力补偿器3可以与环形缓冲带2同轴设置。钻孔本体1内于应力补偿器3的上方和下方可以分别套设有第一套管4和第二套管5，用于固井。具体地，本领域技术人员所公知的是，为了防止煤层钻孔在煤气抽采过程中短时间内塌孔堵死，以提高钻孔煤气抽放效率，通常会对煤层钻孔钻杆内下放套管。其中，第一套管4和第二套管5可以由多串套管串焊接而成，第一套管4和第二套管5的直径可以相同。应力补偿器3可以为多个，第二套管5中套管串之间可以于煤层顶板上方距离其预设距离处设置应力补偿器3。本领域技术人员所公知的是，煤层顶板14位于垮落带，部分煤层发生垮落时，垮落带覆岩会对与其连接的套管产生向下的拉力，具有最大轴向位移，预设距离可以为采高。可以看出，本实施例中提供的钻孔结构不仅通过设置的环形缓冲带2降低剪切应力的强度，而且通过设置的应力补偿器3当应力超过应力补偿器3允许值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻孔结构，用于煤炭地下气化，其特征在于，包括：钻孔本体(1)、环形缓冲带(2)和应力补偿器(3)；其中，所述钻孔本体(1)于预设位置设置有所述环形缓冲带(2)，用于降低剪切应力的强度；所述环形缓冲带(2)的直径大于所述钻孔本体(1)的直径；所述环形缓冲带(2)内设置有与其同轴设置的所述应力补偿器(3)，用于抵消地层位移产生的拉伸和剪切载荷作用；所述钻孔本体(1)内于所述应力补偿器(3)的上方和下方分别套设有第一套管(4)和第二套管(5)，用于固井。

【技术特征摘要】
1.一种钻孔结构，用于煤炭地下气化，其特征在于，包括：钻孔本体(1)、环形缓冲带(2)和应力补偿器(3)；其中，所述钻孔本体(1)于预设位置设置有所述环形缓冲带(2)，用于降低剪切应力的强度；所述环形缓冲带(2)的直径大于所述钻孔本体(1)的直径；所述环形缓冲带(2)内设置有与其同轴设置的所述应力补偿器(3)，用于抵消地层位移产生的拉伸和剪切载荷作用；所述钻孔本体(1)内于所述应力补偿器(3)的上方和下方分别套设有第一套管(4)和第二套管(5)，用于固井。2.根据权利要求1所述的钻孔结构，其特征在于，所述应力补偿器(3)包括：内补偿件(31)和外补偿件(32)；其中，所述外补偿件(32)的内径大于所述内补偿件(31)的外径，并且，所述外补偿件(32)套设于所述内补偿件(31)外；所述第一套管(4)与所述钻孔本体(1)之间设有第一环形通道(6)，并且，所述第二套管(5)与所述钻孔本体(1)之间设有第二环形通道(7)；所述外补偿件(32)的内壁与所述内补偿件(31...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，张树川，郑林，杜慧华，徐军，
申请(专利权)人：新疆国利衡清洁能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：新疆,65