[发明专利]用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统及操作方法

权利要求书

1.一种用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统，基于注入井内衬管，其特征在于，所述系统包括如下组件：

1)两相混合设备，位于连续油管卷筒旋转接头上游，用于在地表将氧化剂和水均匀混合；

2)旋转接头，位于两相混合设备下游，经连续油管卷筒中心轴使两相流与连续油管管柱连通，并由此实现在连续油管卷筒卷绕连续油管管柱过程中可连续供应氧化剂和水；

3)连续油管卷筒和连续油管管柱，连续油管管柱卷绕在连续油管卷筒上，在作业状态下通过连续油管卷筒卷绕实现连续油管的释放和回撤，连续油管管柱作为两相流的输送通道，用于输送氧化剂和水以及移送井下喷嘴到达地下煤层内的预定位置；

4)导流器，位于连续油管管柱下游，采用弹簧导流叶片设计，实现止回阀和两相流雾化的功能；

5)井下喷嘴设备，位于导流器下游，用于将两相雾状流注入至地下气化炉的气化区；

所述注入井内衬管作为连续油管管柱和井下设备的输送和操作通道，注入井内衬管外部还固定设有分布式温度、压力和声波传感器，用于监测燃烧和气化区温度和煤炭地下气化反应区域的压力。

2.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统，其特征在于：所述混合设备为按角度注水混合设备，水以相对于氧化剂流的1-90°角注入。

3.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统，其特征在于：所述混合设备为同心注水混合设备，水沿混合设备管道的内壁围绕氧化剂流同心或以0°角注入，其中部分水将抵靠管道内壁保持环形流动，部分水在管道内部氧化剂注入管道的边缘之后以滴液形式被夹带到氧化剂中成为两相流混合物。

4.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统，其特征在于：

所述混合设备为中心注水混合设备，其中水从位于氧化剂注入管道的中心线位置的管道注入，并且氧化剂在水流的周围流动，其中水的注入管道端部包括喷嘴部件，能根据工艺需求将注入的水进行喷洒、喷淋或雾化喷射到氧化剂管道内，形成两相流混合物。

5.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统，其特征在于：所述旋转接头为适用于高压环境的密封性旋转接头。

6.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统，其特征在于：所述连续油管管柱及连续油管卷筒的选择能确保连续油管管柱抵达煤层所在深度及设计的水平长度，连续油管管柱的外径根据预先计算好的静态液压流量和允许的压降进行选择，连续油管内径设计考虑氧化剂流的最小夹带流速，以便在连续油管管柱内输送两相流的过程中能有效地吹扫或夹带水。

7.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统，其特征在于：当两相流的注入压力低于气化炉操作压力和弹簧拉伸压力时，导流器叶片处于闭合密封状态，起到止回阀的作用，避免可燃性合成气产品逆流进入连续油管管柱，当两相流的注入压力高于气化炉操作压力和弹簧拉伸压力时，导流器叶片逐渐打开，将沉积在连续油管管柱底部的液滴和气相流二次混合雾化，所述导流器和连续油管管柱之间采用快速连接器或卡瓦式连接器进行连接。

8.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化工艺的氧化剂混合注入系统，其特征在于：所述井下喷嘴设备适合于高温和高压的工作环境，喷嘴外壁材料选择铜钢，喷嘴内部材料选择镍铬合金或陶瓷，所述井下喷嘴设备的外部形状平滑，以便能够在地下注入井内衬管内顺利移动，所述井下喷嘴设备壁厚大于10mm，所述井下喷嘴设备带有一个或多个孔的喷嘴头，其中带有一个孔的单孔喷嘴头的孔尺寸根据出口最大喷射速度来设计，带有多个孔的多孔喷嘴头的多个孔按中心和外周分布，其中外周各孔与中心孔平行使得喷出的两相流以狭窄聚焦的方式注入到气化区，或者外周各孔按照与中心孔成一定角度向外发散，使得喷出的两相流以更大覆盖面进入气化区。