机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统及其工作方法技术方案

机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统，包括两个机械破碎装置和两个超声波破碎装置，两个机械破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的水平井段内左右两侧部，两个超声波破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的左右两个竖直井段内，水平井段的中部内壁上均匀设有与煤层接触的排液缝隙。本发明专利技术通过机械破碎和超声波破碎对煤层排液中的煤屑两次破碎，保证经两次破碎后的煤屑颗粒尺寸小至不足以堵塞U型生产井，使混杂有煤屑的液体从U型生产井中排出更顺畅。

【技术实现步骤摘要】
机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统及其工作方法
本专利技术涉及煤层气排采
，具体的说，涉及一种机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统及其工作方法。
技术介绍
煤层气排采是储层压力连续降低的过程,由于煤质脆性较大且容易粉碎,煤层容易坍塌且胶结性差,粉末及其它固相颗粒易产生运移等特性,在排采过程中受压力梯度与渗流的双重作用,煤层所受应力增大,因此使煤层便面发生脱离产生煤粉。排采过程中煤粉及其它固相颗粒进入有杆泵或螺杆泵中会使转子、定子和柱塞发生磨损,从而影响排采泵的效率,逼迫煤层气进行多次修井作业。尤其在煤层气产量稳定后期,由于煤层产水量的递减,水动力不足,要将在水中混合的煤粉排出地面很难,因此煤粉容易在井筒中发生沉降,长时间淤积、结垢,大大降低泵的效率,情况严重时还会有煤粉埋泵、卡泵等现象发生。因此,煤粉的产出是造成煤层气稳产、高产困难,影响了煤层气的整体经济开发效益的主要因素。煤层气中的煤粉有效排出对提高泵的运行寿命,延长检泵的周期,保证气井连续、稳定、长寿命排采,减少修井的次数有积极作用,同时对减少煤层气开发的成本,增加煤层气的采收率和经济效益,对提升我国煤层气的大规模的商业化开采有着重要的意义。目前，对于煤粉的处理多是采用过滤的方式处理例如专利201520468822.2公布的一种煤层气井捞煤粉的装置，此类装置都是采用过滤的方法对煤粉进行处理，这样仍然需要考虑煤粉打捞后的后续处理，增加后续工作流程。此外适合我国煤层地质条件的排采生产理论和排采技术设备的研究开展较少，不能满足煤层气开采实际的需要。煤层气排采设备及其合理选型是保障煤层气井连续稳定排采的重要因素。所用的排采设备必须成熟可靠、持久耐用，此外还要有较大范围的排液能力，通常要求排液速度快，不怕井间干扰，而混杂在排液中的煤屑存在堵塞生产井(通常是U型井)的风险，并最终导致地层压力回升、裂隙再次被水填充，因此排采设备应具有可靠的防煤屑的措施。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统及其工作方法，本专利技术通过机械破碎和超声波破碎对煤层排液中的煤屑两次破碎，保证经两次破碎后的煤屑颗粒尺寸小至不足以堵塞U型生产井，使混杂有煤屑的液体从U型生产井中排出更顺畅。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统，包括两个机械破碎装置和两个超声波破碎装置，两个机械破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的水平井段内左右两侧部，两个超声波破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的左右两个竖直井段内，水平井段的中部内壁上均匀设有与煤层接触的排液缝隙。左侧的机械破碎装置包括第一破碎圆筒、第一破碎仓、破碎研磨杆、破碎减速电机和驱动轴，第一破碎圆筒的外径小于水平井段的内径，第一破碎圆筒左右通透设置在水平井段内部，第一破碎圆筒、第一破碎仓和破碎研磨杆的中心线重合，第一破碎仓为左小右大且右侧敞口的圆锥斗结构，第一破碎仓设置在第一破碎圆筒内，第一破碎仓的右端边沿固定连接在第一破碎圆筒的右侧部内壁上，第一破碎仓上均匀开设有若干个第一过滤孔，第一破碎圆筒的右侧部内壁上固定连接有位于第一破碎仓右侧的第一支架，第一破碎仓的左侧部内壁上固定连接有第二支架，破碎研磨杆通过轴承转动安装第一支架和第二支架上，破碎研磨杆的左端固定设置有位于第一破碎仓内部的研磨头，研磨头的左侧面与第一破碎仓的左侧板内壁之间具有间隙，破碎研磨杆的右端伸出第一破碎仓的右端口，破碎研磨杆的右端固定安装有蜗轮，破碎减速电机固定安装在第一破碎圆筒的右侧部内壁上，破碎减速电机的输出轴中心线与破碎研磨杆的中心线垂直设置，破碎减速电机的输出轴同轴传动连接驱动轴的一端，驱动轴的另一端转动连接在与破碎减速电机径向对应的第一破碎圆筒的右侧部内壁上，驱动轴的中部固定套装有与蜗轮啮合传动的中空蜗杆，破碎研磨杆的中部外圆周固定安装有若干块圆周阵列的螺旋叶片，各块螺旋叶片均设置在第一支架和第二支架之间；第一破碎圆筒的左侧外圆周和右侧外圆周上均设置有与水平井段内壁滚动摩擦接触的移动装置，第一破碎圆筒的左端和右端均径向滑动设置有水平井段内壁接触的汇聚罩装置。两个移动装置的结构相同且左右对称，左侧的移动装置包括主动轮、从动轮和支撑轮，主动轮、从动轮和支撑轮圆周阵列设置在第一破碎圆筒的左侧外圆周上，第一破碎圆筒左侧外圆周前下部固定设置有第一支撑座，主动轮转动安装第一支撑座上，主动轮的中心线与第一破碎圆筒的中心线垂直，主动轮的外轮面与水平井段的内壁滚动摩擦接触，第一破碎圆筒左侧外圆周固定安装有位于第一支撑座一侧的伺服减速电机，伺服减速电机的输出轴通过齿轮传动机构传动连接主动轮的转轴，第一破碎圆筒左侧外圆周后下部固定设置有第二支撑座，从动轮转动安装第二支撑座上，从动轮的中心线与第一破碎圆筒的中心线垂直，从动轮的外轮面与水平井段的内壁滚动摩擦接触，第一破碎圆筒左侧外圆周上部铰接有转柄支杆，支撑轮转动安装转柄支杆的摆动端，转柄支杆的铰接轴中心线和支撑轮的中心线平行且均与第一破碎圆筒的中心线垂直，第一破碎圆筒的外圆周铰接安装有一个位于转柄支杆前侧的推杆电机，推杆电机的推杆伸缩端铰接在转柄支杆的中部；两个汇聚罩装置的结构相同且左右对称，左侧的汇聚罩装置包括圆环形滑板和汇聚罩，圆环形滑板和汇聚罩的中心线与第一破碎圆筒的中心线重合，汇聚罩为左右通透且左大右小的圆锥筒结构，汇聚罩的左端边沿与水平井段的内壁贴合接触，第一破碎圆筒的左端边沿一体成型有第一圆环板，汇聚罩的右端边沿一体成型有第二圆环板，圆环形滑板、第一圆环板和第二圆环板的内径均相等，圆环形滑板、第一圆环板和第二圆环板的外径均相等，第一圆环板的左侧面上沿径向开设有两条第一燕尾槽，两条第一燕尾槽位于同一直线上且关于第一破碎圆筒的中心线中心对称，圆环形滑板的右侧面上沿径向一体成型有滑动配合在两条第一燕尾槽中的第一长条形燕尾滑块，第二圆环板的右侧面上沿径向开设有两条第二燕尾槽，两条第二燕尾槽位于同一直线上且关于第一破碎圆筒的中心线中心对称，第一燕尾槽所在直线与第二燕尾槽所在直线垂直，圆环形滑板的左侧面上沿径向一体成型有滑动配合在两条第二燕尾槽中的第二长条形燕尾滑块。左侧的超声波破碎装置包括第二破碎圆筒、第二破碎仓、换能器和超声波发生器，第二破碎圆筒的外径小于左侧竖直井段的内径，第二破碎圆筒同中心竖向设置在左侧竖直井段内，第二破碎圆筒上下通透，第二破碎圆筒的上端口外边沿和下端口外边沿均一体成型有第三圆环板，第三圆环板的外径与左侧竖直井段的内径相等，两块第三圆环板的外圆周均与左侧竖直井段内壁密封接触并焊接固定连接，第二破碎仓同中心固定设置在第二破碎圆筒内，第二破碎仓为上小下大且下端敞口的圆锥斗结构，第二破碎仓的下端边沿固定连接在第二破碎圆筒的下侧部内壁上，第二破碎仓上均匀开设有若干个第二过滤孔，第二过滤孔的孔径小于第一过滤孔的孔径，第二破碎仓的中部内壁上固定连接有第三支架，换能器固定安装在第三支架上，第二破碎圆筒的外壁上固定设置有位于第二破碎圆筒和左侧竖直井段内壁之间的密封箱体，超声波发生器固定设置在密本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统，其特征在于：包括两个机械破碎装置和两个超声波破碎装置，两个机械破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的水平井段内左右两侧部，两个超声波破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的左右两个竖直井段内，水平井段的中部内壁上均匀设有与煤层接触的排液缝隙。/n

【技术特征摘要】
1.机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统，其特征在于：包括两个机械破碎装置和两个超声波破碎装置，两个机械破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的水平井段内左右两侧部，两个超声波破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的左右两个竖直井段内，水平井段的中部内壁上均匀设有与煤层接触的排液缝隙。


2.根据权利要求1所述的机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统，其特征在于：左侧的机械破碎装置包括第一破碎圆筒、第一破碎仓、破碎研磨杆、破碎减速电机和驱动轴，第一破碎圆筒的外径小于水平井段的内径，第一破碎圆筒左右通透设置在水平井段内部，第一破碎圆筒、第一破碎仓和破碎研磨杆的中心线重合，第一破碎仓为左小右大且右侧敞口的圆锥斗结构，第一破碎仓设置在第一破碎圆筒内，第一破碎仓的右端边沿固定连接在第一破碎圆筒的右侧部内壁上，第一破碎仓上均匀开设有若干个第一过滤孔，第一破碎圆筒的右侧部内壁上固定连接有位于第一破碎仓右侧的第一支架，第一破碎仓的左侧部内壁上固定连接有第二支架，破碎研磨杆通过轴承转动安装第一支架和第二支架上，破碎研磨杆的左端固定设置有位于第一破碎仓内部的研磨头，研磨头的左侧面与第一破碎仓的左侧板内壁之间具有间隙，破碎研磨杆的右端伸出第一破碎仓的右端口，破碎研磨杆的右端固定安装有蜗轮，破碎减速电机固定安装在第一破碎圆筒的右侧部内壁上，破碎减速电机的输出轴中心线与破碎研磨杆的中心线垂直设置，破碎减速电机的输出轴同轴传动连接驱动轴的一端，驱动轴的另一端转动连接在与破碎减速电机径向对应的第一破碎圆筒的右侧部内壁上，驱动轴的中部固定套装有与蜗轮啮合传动的中空蜗杆，破碎研磨杆的中部外圆周固定安装有若干块圆周阵列的螺旋叶片，各块螺旋叶片均设置在第一支架和第二支架之间；
第一破碎圆筒的左侧外圆周和右侧外圆周上均设置有与水平井段内壁滚动摩擦接触的移动装置，第一破碎圆筒的左端和右端均径向滑动设置有水平井段内壁接触的汇聚罩装置。


3.根据权利要求2所述的机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统，其特征在于：两个移动装置的结构相同且左右对称，左侧的移动装置包括主动轮、从动轮和支撑轮，主动轮、从动轮和支撑轮圆周阵列设置在第一破碎圆筒的左侧外圆周上，第一破碎圆筒左侧外圆周前下部固定设置有第一支撑座，主动轮转动安装第一支撑座上，主动轮的中心线与第一破碎圆筒的中心线垂直，主动轮的外轮面与水平井段的内壁滚动摩擦接触，第一破碎圆筒左侧外圆周固定安装有位于第一支撑座一侧的伺服减速电机，伺服减速电机的输出轴通过齿轮传动机构传动连接主动轮的转轴，第一破碎圆筒左侧外圆周后下部固定设置有第二支撑座，从动轮转动安装第二支撑座上，从动轮的中心线与第一破碎圆筒的中心线垂直，从动轮的外轮面与水平井段的内壁滚动摩擦接触，第一破碎圆筒左侧外圆周上部铰接有转柄支杆，支撑轮转动安装转柄支杆的摆动端，转柄支杆的铰接轴中心线和支撑轮的中心线平行且均与第一破碎圆筒的中心线垂直，第一破碎圆筒的外圆周铰接安装有一个位于转柄支杆前侧的推杆电机，推杆电机的推杆伸缩端铰接在转柄支杆的中部；
两个汇聚罩装置的结构相同且左右对称，左侧的汇聚罩装置包括圆环形滑板和汇聚罩，圆环形滑板和汇聚罩的中心线与第一破碎圆筒的中心线重合，汇聚罩为左右通透且左大右小的圆锥筒结构，汇聚罩的左端边沿与水平井段的内壁贴合接触，第一破碎圆筒的左端边沿一体成型有第一圆环板，汇聚罩的右端边沿一体成型有第二圆环板，圆环形滑板、第一圆环板和第二圆环板的内径均相等，圆环形滑板、第一圆环板和第二圆环板的外径均相等，第一圆环板的左侧面上沿径向开设有两条第一燕尾槽，两条第一燕尾槽位于同一直线上且关于第一破碎圆筒的中心线中心对称，圆环形滑板的右侧面上沿径向一体成型有滑动配合在两条第一燕尾槽中的第一长条形燕尾滑块，第二圆环板的右侧面上沿径向开设有两条第二燕尾槽，两条第二燕尾槽位于同一直线上且关于第一破碎圆筒的中心线中心对称，第一燕尾槽所在直线与第二燕尾槽所在直线垂直，圆环形滑板的左侧面上沿径向一体成型有滑动配合在两条第二燕尾槽中的第二长条形燕尾滑块。


4.根据权利要求3所述的机械研磨与超声波共同作用的煤屑清理系统，其特征在于：左侧的超声波破碎装置包括第二破碎圆筒、第二破碎仓、换能器和超声波发生器，第二破碎圆筒的外径小于左侧竖直井段的内径，第二破碎圆筒同中心竖向设置在左侧竖直井段内，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何希鹏，高玉巧，陈贞龙，王烽，郭涛，李鑫，肖翠，金晓波，熊斌，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11