[发明专利]用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统及其操作方法

权利要求书

1.用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统，基于注入井衬管或注入井套管作为移动通道，其特征在于，所述光纤激光点火系统包括如下部件：

车载单元，包括发电机或电源，用于提供点火所需的能量，以及激光源，用于将电能转化为激光；

一个或多个铠装光纤电缆串，用于激光的传输，动态安装在连续油管单元内，通过连续油管输送至所需点火点的位置或者静态安装在注入井衬管/注入井套管预定的点火点位置上，包括第一点火点的位置和后续预先设计的点火点位置；

一个光纤激光头，用于激光导向和点燃目标煤层，与光纤电缆串对应的动态直接固定在连续油管单元内的氧化剂输送设备末端或者静态直接固定在注入井衬管/注入井套管外侧的铠装光纤电缆串末端；

车载单元与光纤电缆串通过快速连接器或光纤滑环进行连接。

2.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统，其特征在于，当采用动态安装时，光纤电缆串通过快速连接器与连续油管单元内的氧化剂输送设备固定，氧化剂输送设备与光纤激光头通过外部抓钩连接器或快速连接器或带有卡口/定位螺栓的螺纹或法兰螺栓实现连接并提供有效地气密性密封；当采用静态安装时，光纤电缆串通过快速连接器直接与光纤激光头连接并固定在注入井衬管/注入井套管的外侧。

3.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统，其特征在于，铠装光纤电缆串包含至少三层铠装保护鞘，所述铠装光纤电缆串外径为1/8-1英寸，每个光纤电缆可提供2-10kW的激光功率。

4.根据权利要求3所述用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统，其特征在于，所述铠装光纤电缆串上安装一定壁厚的连续管以确保该光纤电缆串用于高温高压纯氧环境。

5.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统，其特征在于，所述光纤激光头包括至少一个反射器、激光透镜和活板门，其中反射器用于转移和调整激光的发射方向，激光透镜用于调整激光光束的直径和面积，活板门用于在光纤激光点火系统输送过程中保护光纤激光头。

6.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统，其特征在于，所述光纤激光头采用空气、富氧空气、氧气、二氧化碳或氮气作为激光的辅助导引载气，导引载气的输送通道为连续油管内部通道、连续油管与注入井衬管/注入井套管的环隙以及注入井衬管/注入井套管与煤层钻孔的环隙。

7.根据权利要求6所述用于煤炭地下气化工艺的光纤激光点火系统，其特征在于，所述光纤激光头还设有旋转传动装置，所述光纤激光头能通过引导载气气流驱动旋转传动装置产生机械旋转，该旋转能进行调整以使部分或整个光纤激光头进行圆周运动。

8.权利要求1所述光纤激光点火系统的操作方法，其特征在于，基于在地下煤层中已设有ISC井对的完井系统，所述操作方法如下：

动态安装方式下的点火方法如下：

a.通过连续油管将光纤激光头推进至预定点火位置；

b.通过连续油管注入导引载气，并调整光纤激光头的方向至预定煤层位置；

c.通过连续油管与注入井衬管/注入井套管的环隙通道注入氧化剂；

d.通过地面车载电源启动光纤激光点火系统，实施地下煤层点火；

e.点火成功后，后撤设备至安全位置；

f.通过连续油管注入氧化剂，实施煤炭地下气化；

g.通过重复上述a-f步骤进行二次或多次点火，直至消耗沿注入井内衬管方向的所有煤藏。

静态安装方式下的点火方法如下：

h.多个光纤激光头已安装在预定煤层点火位置；

i.通过注入井衬管/注入井套管与煤层钻孔的环隙通道注入导引载气，并调整光纤激光头的方向至预定煤层位置；

j.通过注入井衬管/注入井套管的内部通道注入氧化剂；

k.通过地面车载电源启动光纤激光点火系统，实施地下煤层点火；

l.增加氧化剂注入流量和压力，实施煤炭地下气化；

m.通过重复上述h-l步骤进行二次或多次点火，直至消耗沿注入井内衬管方向的所有煤藏。

9.权利要求8所述光纤激光点火系统的操作方法，其特征在于，基于在地下煤层中已设有ISC井对的完井系统，所述操作方法如下：

所述动态安装光纤激光点火系统的点火方法中，采用氧化剂直接作为激光的导引载气；

所述静态安装光纤激光点火系统的点火方法中，采用氮气或二氧化碳作为激光的导引载气。