本發(fā)明屬于煤氣開采設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種煤層氣井下燃料電池加熱設(shè)備。

背景技術(shù)：

近年煤層氣是一種非常優(yōu)質(zhì)潔凈的新型能源，煤層氣主要在煤層中處于吸附狀態(tài)，而在我國的煤層氣儲存中，大多都是處于“高儲量、難開采”的境況。怎樣提高煤層氣的滲透率，使得煤層氣從煤層中快速被開采出來，增加煤層氣的產(chǎn)量，擴大煤層氣開發(fā)的經(jīng)濟效益，已經(jīng)成為當前煤層氣開采研究中的熱點和難點。

傳統(tǒng)的水力壓裂方法對于煤層氣的開采在短時間內(nèi)有著不錯的效果，但是隨著時間的增加，滲透率的降低以及孔隙的閉合使得煤層氣的開采量大大下降，單純的水力壓裂效果已經(jīng)不能夠滿足煤層氣的更深一步開采。在后來的發(fā)展中，又不斷提出了煤層氣的注熱技術(shù)。在向煤層氣儲層中注入熱量之后，儲層內(nèi)部的煤體中熱量不斷上升，產(chǎn)生熱應力的現(xiàn)象，當熱應力不斷增加，大于煤體的破裂強度時，就會使得煤體產(chǎn)生破裂的現(xiàn)象，使得煤儲層產(chǎn)生被壓裂的效果，進而進一步的提升煤層氣的滲透率，另外對于存在天然的破碎裂縫的煤體，煤層注熱技術(shù)也能夠進行類似于“二次壓裂”的效果，達到提升煤層氣滲透率的目的。

注熱熱采技術(shù)首先在石油工程領(lǐng)域的稠油油藏中提出，而注熱開采煤層氣方法的可行性還存在較大爭議。在注熱過程中能源利用率差，熱量耗散快，加熱時間不可控等問題，一直是煤層氣開采過程中的熱點和難點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種煤層氣井下燃料電池加熱設(shè)備，針對現(xiàn)有熱注采技術(shù)中的能源利用率差、熱量耗散快和加熱時間不可控的問題，本發(fā)明能夠?qū)嶙⒉擅簩犹峁┳銐虻臒崃?，并且具有注熱時間長、熱量耗散慢和能源利用率高的特點，能夠進一步的增加煤層氣熱注采效率，提高煤層氣開采的產(chǎn)量。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種煤層氣井下燃料電池加熱設(shè)備，所述設(shè)備包括加熱裝置和導向裝置，加熱裝置包括由上至下設(shè)置的用于接觸氣井井壁的卡緊機構(gòu)、燃料電池艙和電阻線容納艙，燃料電池艙內(nèi)設(shè)有燃料電池，空氣輸入管、氧化劑輸入管和甲烷輸入管一端位于外界，另一端穿過卡緊機構(gòu)后與燃料電池連接；導向裝置為管道機器人，且管道機器人與電阻線容納艙內(nèi)的電阻線連接；水管穿過卡緊機構(gòu)、燃料電池艙和電阻線容納艙且兩端暴露于外界。

優(yōu)選的，所述卡緊機構(gòu)包括上、下設(shè)置的控制盤和動作盤，控制盤包括安裝環(huán)板，安裝環(huán)板上設(shè)有控制盒和無線接收器，轉(zhuǎn)動板與安裝環(huán)板的內(nèi)環(huán)配合且轉(zhuǎn)動板上設(shè)有兩根固定柱，牽引電磁鐵的固定端與安裝環(huán)板連接、活動端與固定柱連接，牽引電磁鐵與控制盒電信號連接，控制盒和無線接收器分別與外界的無線信號發(fā)射器無線信號連接，無線接收器與管道機器人信號連接；動作盤包括安裝圓板，安裝圓板上周向等間距設(shè)有數(shù)個沿安裝圓板徑向設(shè)置的軌道以及與軌道滑動配合的滑塊，滑塊一端連接弧型撐桿，另一端與連桿一端鉸接，連桿另一端與轉(zhuǎn)動板底面鉸接。

優(yōu)選的，所述弧型撐桿與安裝圓板同軸設(shè)置。

優(yōu)選的，所述安裝圓板底部與燃料電池艙之間設(shè)有中空隔熱筒。

優(yōu)選的，所述中空隔熱筒與控制盤的外壁之間設(shè)有皮膠環(huán)，且弧型撐桿位于皮膠環(huán)的包裹范圍內(nèi)。

優(yōu)選的，所述控制盤頂部配設(shè)頂板，頂板上表面固設(shè)有吊耳。

優(yōu)選的，所述燃料電池艙與電阻線容納艙之間設(shè)有用于承載燃料電池的電池固定板，燃料電池通過導線與無線電源開關(guān)電連接，無線電源開關(guān)與電阻線電連接。

優(yōu)選的，所述燃料電池艙的艙壁上開設(shè)有散熱孔。

優(yōu)選的，所述電阻線容納艙內(nèi)設(shè)有電線盒，電線盒頂部通過轉(zhuǎn)軸和軸承與電池固定板連接，電阻線纏繞于電線盒外壁，電線盒上設(shè)有與水管配合的通道。

優(yōu)選的，所述管道機械人外部套設(shè)有隔熱護蓋，隔熱護蓋一端與電阻線連接，另一端設(shè)有前置雷達；所述隔熱護蓋包括數(shù)塊平面?zhèn)劝搴驮O(shè)置于平面?zhèn)劝迳?、下端部的蓋板，平面?zhèn)劝逯g圓弧過渡。

本發(fā)明工作過程如下：首先利用吊具通過頂板的吊耳將本發(fā)明吊放置至氣井內(nèi)合適深度并保證無線接收器位于無線發(fā)射器的信號傳遞距離內(nèi)，然后通過無線發(fā)射器發(fā)射無線信號到無線接收器，進而通過控制盒對牽引電磁鐵通電，使得牽引電磁鐵收縮，牽引電磁鐵通過固定柱帶動轉(zhuǎn)動板作周向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動板推動鉸接的連桿，連桿帶動滑塊沿軌道移動，并使得弧型撐桿外張，多個弧型撐桿外張帶動皮膠環(huán)鼓起并與氣井井壁接觸，進而實現(xiàn)加熱裝置的位置固定。

空氣輸入管、氧化劑輸入管和甲烷輸入管分別與相應的供給裝置連接，并分別對燃料電池供料，相應原料在燃料電池內(nèi)反應生成電能儲存，反應生成的熱量對水管內(nèi)的水進行加熱后從燃料電池艙的艙壁處向外逸散；

通過無線發(fā)射器發(fā)射無線信號到無線接收器，進而實現(xiàn)對管道機器人的控制，管道機器人沿氣井井道爬動至更深處的目標層位，同時管道機器人將電阻線從電阻線容納艙內(nèi)的電線盒上拉出，使得電阻線隨著氣井井壁鋪設(shè)并延伸至目標層位。

工作人員通過水管向氣井內(nèi)注入水以對煤層進行壓裂，同時通過無線發(fā)射器啟動無線電源開關(guān)，使得燃料電池通過導線對電阻線進行通電，電阻線通電后發(fā)熱，對注入的水和電阻線周圍的煤層進行加熱，同時利用水壓裂和加熱兩種方式使得煤層加速破裂，提升煤層氣的滲透率。

管道機器人的隔熱護蓋可以對管道機器人進行有效隔熱，防止管道機器人受熱損傷，同時隔熱護蓋的平面?zhèn)劝逯g圓弧過渡連接，可高度配合氣井井壁，降低爬行時的障礙。

電阻線的具體型號和數(shù)量，可以根據(jù)實際作業(yè)的煤層氣井情況進行調(diào)整設(shè)置。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

1）同時對煤層采用注水和加熱的方式造成其破裂程度加速，能夠快速提高煤層氣的滲透率，提高煤層氣的采集效率；同時本發(fā)明的燃料電池和電阻線可以根據(jù)地下煤層的熱量需求情況進行無線電控，進而產(chǎn)生不同熱量以符合煤層破裂的需求，而且通過管道機器人帶動電阻線移動至目標層位，對目的層位進行高效熱量傳導，避免了熱量因為途中逸散而無法傳遞至目標層位；

2）本發(fā)明通過燃料電池內(nèi)部原料反應生成的反應熱，以及傳統(tǒng)的電阻絲加熱分別對水和煤層進行首次和二次加熱，能量利用率高，而且加熱時間和產(chǎn)熱狀況可以受到外界控制，提高了本發(fā)明的實際應用性；

3）本發(fā)明整體技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理巧妙，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中對煤層氣采集效率低的技術(shù)問題，同時將稠油熱采技術(shù)加以優(yōu)化和改進并轉(zhuǎn)用于煤層氣熱采，填補了相應技術(shù)空白。

附圖說明

圖1為具體實施方式中煤層氣井下燃料電池加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1所述設(shè)備中卡緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3所述卡緊機構(gòu)的控制盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖3所述卡緊機構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖3所述卡緊機構(gòu)的動作盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖3所述卡緊機構(gòu)的轉(zhuǎn)動板與動作盤的連接結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖8為圖1所示設(shè)備的工作狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1-8所示，一種煤層氣井下燃料電池加熱設(shè)備，所述設(shè)備包括加熱裝置和導向裝置，導向裝置為管道機器人7；

加熱裝置包括由上至下設(shè)置的用于接觸氣井井壁的卡緊機構(gòu)、燃料電池艙5和電阻線容納艙6，燃料電池艙5內(nèi)設(shè)有燃料電池52，空氣輸入管12、氧化劑輸入管13和甲烷輸入管14一端位于外界，另一端穿過卡緊機構(gòu)后與燃料電池52連接；水管15穿過卡緊機構(gòu)、燃料電池艙5和電阻線容納艙6且兩端暴露于外界。

其中，所述卡緊機構(gòu)包括由上至下設(shè)置的頂板1、控制盤2、動作盤和中空隔熱筒4，頂板1上表面設(shè)有吊耳11；

控制盤2包括安裝環(huán)板27，安裝環(huán)板27上設(shè)有控制盒22和無線接收器23，轉(zhuǎn)動板25與安裝環(huán)板27的內(nèi)環(huán)配合且轉(zhuǎn)動板25上設(shè)有兩根固定柱26，牽引電磁鐵24的固定端與安裝環(huán)板27連接、活動端與固定柱26連接，牽引電磁鐵24與控制盒22電信號連接，控制盒22和無線接收器23分別與外界的無線信號發(fā)射器無線信號連接，無線接收器23與管道機器人7信號連接；

動作盤包括安裝圓板3，安裝圓板3上周向等間距設(shè)有數(shù)個沿安裝圓板3徑向設(shè)置的軌道33以及與軌道滑動配合的滑塊32，滑塊32一端連接與安裝圓板同軸設(shè)置的弧型撐桿31，另一端與連桿34一端鉸接，連桿34另一端與轉(zhuǎn)動板25底面鉸接。

中空隔熱筒4與控制盤2的外壁之間設(shè)有皮膠環(huán)21，且弧型撐桿31位于皮膠環(huán)21的包裹范圍內(nèi)。

燃料電池艙5與電阻線容納艙6之間設(shè)有用于承載燃料電池52的電池固定板51，燃料電池52通過導線54與無線電源開關(guān)55電連接，無線電源開關(guān)55與電阻線61電連接，燃料電池艙5的艙壁上開設(shè)有散熱孔53。

電阻線容納艙6內(nèi)設(shè)有電線盒62，電線盒62頂部通過轉(zhuǎn)軸和軸承與電池固定板51連接，電阻線61纏繞于電線盒62外壁，電線盒62上設(shè)有與水管15配合的通道63。

管道機械人7外部套設(shè)有隔熱護蓋71，隔熱護蓋一端與電阻線連接，另一端設(shè)有前置雷達72；所述隔熱護蓋包括數(shù)塊平面?zhèn)劝搴驮O(shè)置于平面?zhèn)劝迳稀⑾露瞬康纳w板，平面?zhèn)劝逯g圓弧過渡。

本發(fā)明工作過程如下：首先利用吊具通過頂板的吊耳將本發(fā)明吊放置至氣井內(nèi)合適深度并保證無線接收器位于無線發(fā)射器的信號傳遞距離內(nèi)，然后通過無線發(fā)射器發(fā)射無線信號到無線接收器，進而通過控制盒對牽引電磁鐵通電，使得牽引電磁鐵收縮，牽引電磁鐵通過固定柱帶動轉(zhuǎn)動板作周向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動板推動鉸接的連桿，連桿帶動滑塊沿軌道移動，并使得弧型撐桿外張，多個弧型撐桿外張帶動皮膠環(huán)鼓起并與氣井井壁接觸，進而實現(xiàn)加熱裝置的位置固定。

空氣輸入管、氧化劑輸入管和甲烷輸入管分別與相應的供給裝置連接，并分別對燃料電池供料，相應原料在燃料電池內(nèi)反應生成電能儲存，反應生成的熱量對水管內(nèi)的水進行加熱后從燃料電池艙的艙壁處向外逸散；

通過無線發(fā)射器發(fā)射無線信號到無線接收器，進而實現(xiàn)對管道機器人的控制，管道機器人沿氣井井道爬動至更深處的目標層位，同時管道機器人將電阻線從電阻線容納艙內(nèi)的電線盒上拉出，使得電阻線隨著氣井井壁鋪設(shè)并延伸至目標層位。

工作人員通過水管向氣井內(nèi)注入水以對煤層進行壓裂，同時通過無線發(fā)射器啟動無線電源開關(guān)，使得燃料電池通過導線對電阻線進行通電，電阻線通電后發(fā)熱，對注入的水和電阻線周圍的煤層進行加熱，同時利用水壓裂和加熱兩種方式使得煤層加速破裂，提升煤層氣的滲透率。

管道機器人的隔熱護蓋可以對管道機器人進行有效隔熱，防止管道機器人受熱損傷，同時隔熱護蓋的平面?zhèn)劝逯g圓弧過渡連接，可高度配合氣井井壁，降低爬行時的障礙。

電阻線的具體型號和數(shù)量，可以根據(jù)實際作業(yè)的煤層氣井情況進行調(diào)整設(shè)置。