專利名稱：深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開采技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開采技術，具體的是一種利用煤炭地下氣化技術與采油直井、水平井結合技術，進行催化裂解、高溫、高壓、熱傳導聯(lián)合開采高尖端技術，多聯(lián)組合技術開采煤層氣和煤炭地下氣化同時在進行催化裂解、高溫、高壓、熱傳導聯(lián)合開采。
背景技術：
煤層氣是一種潔凈的新型能源，煤層氣產(chǎn)業(yè)在美國、加拿大、澳大利亞、俄羅斯、英國、捷克、德國、印度等國家發(fā)展迅猛，已經(jīng)成為常規(guī)天然氣后又一新興的天然氣產(chǎn)業(yè)。與此同時，逐漸糾正了把“煤層氣”作為“煤炭當中有害氣體”的誤解和偏見。形成了科學合理利用煤層氣，接替利用煤炭資源，可以一舉收到“促進煤炭生產(chǎn)安全、減少環(huán)境排放污染、充分利用煤層氣自然資源優(yōu)勢獲取清潔能源。煤層氣是一種儲存于煤層及其鄰近巖層中以自生自儲式為主的天然氣，包括煤層中的吸附氣、煤層外的游離氣和水溶氣，主要成分為甲烷和重烴氣體，98%為甲烷氣體。目前，在煤田進行煤炭氣化絕對可以減少煤炭開采再加工對環(huán)境造成的重大污染；目前在我國800米以下煤炭有10萬多億噸深層煤田基本都處于無法開采階段，還沒有人進行研究和開發(fā)，也沒有同類技術進行深部煤炭地下氣化技術開采和煤層氣開采。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開采技術。本開采技術將深層部煤層氣開采和深層煤炭地下氣化聯(lián)合開發(fā)、開采，將極大緩解我國能源緊缺的問題，同時又是綠色環(huán)保、低碳創(chuàng)新的能源開發(fā)新型技術，減少投資、成本低，經(jīng)濟價值巨大。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術方案來實現(xiàn)的深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開采技術，其特征是包括以下步驟一、必須在煤層埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，傾角小于10°，壓力10 兆帕以上，采用石油工業(yè)最先進鉆井和固井、抗高溫、高壓完井技術，立井、水平井結合注氣、采氣聯(lián)合方法；先鉆三口立井，井間距500米；兩次井向中心井側開鉆500以上水平井， 先采用特殊燃燒方法和技術，燃燒一條10米寬，1000米長通道，供采氣和觀察、監(jiān)控等專用氣化通道，相反方向根據(jù)煤層傾角坡度鉆多支超長水平井，1000-1500米，進行分段大型壓裂；中間井位煤炭氣化井，兩側為煤層氣開采井，由于氣化井高溫燃燒加熱兩側煤層實現(xiàn)高壓熱傳導，煤層中水隨余熱蒸發(fā)；煤收縮后，煤層中甲烷氣體由水平井自然采出，混合氣體中并含有油物質；在煤層中打一口中心氣化井，兩側鉆兩口采氣水平井，采用油田先進的鉆井方式在中心氣化井煤層部位采用擴腔技術將煤層部位鉆井拓寬達到1米左右，形成氣化腔；在煤層偏下部位兩側各打三口 1500米的超長水平井，其中一口為注氣點火氣化井，另外兩口水平井位置分別平行于第一口水平井，鉆井完成后采用抗高溫技術完井和先進的壓裂技術進行壓裂，在煤層中形成氣體通道。二、開采煤層中的煤層氣，由于地層受地層壓力影響，煤層中的煤層氣通過水平井采出，采出煤層氣經(jīng)凈化、空分燃氣發(fā)電，供自用電及工業(yè)，發(fā)電余熱生產(chǎn)熱蒸汽回注地下， 供地下氣化使用。三、煤層氣開采出來后，用氣化井注入熱蒸汽和電熱偶加熱煤層，改注富氧；控制注氣量、帶壓燃燒、控壓、控溫、控火點燃煤層控制溫度到500-70(TC，煤層燃燒高溫催化裂解后，產(chǎn)生大量的油物質氣體，由采氣井采出，帶壓采氣，壓力控制在18兆帕左右，高溫形成熱傳導，燃燒帶周圍溫度迅速提升，煤層表面水及內在水高溫蒸發(fā)，隨煤層裂解、燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳、甲烷及輕組分、煤層中游離的煤層氣合成混合氣通過水平采氣井采出。四、煤層中煤層氣采出后，加大富氧注氣量，把溫度提高到850-1200°C，讓煤炭和煤矸石可燃體類高溫全面燃燒，使煤炭進行充分燃燒地下氣化，并噴入水蒸氣、控溫產(chǎn)生氫氣，到以一定壓力自動通過采氣井噴出，實現(xiàn)煤炭地下氣化開采最高技術組合。五、采出混合氣體分離、凈化后、空分，供壓力汽輪機組發(fā)電，生產(chǎn)煤制油及燃料油，分離出的硫化物液態(tài)處理后回注地下，真正實現(xiàn)全程封閉運行，無污染物排放的綠色環(huán)保能源開采。本發(fā)明利用煤炭地下氣化技術與采油直井、水平井結合技術，進行催化裂解、高溫、高壓、熱傳導聯(lián)合開采高尖端技術，多聯(lián)組合技術開采煤層氣和煤炭地下氣化同時在進行催化裂解、高溫、高壓、熱傳導聯(lián)合開采高尖端技術，將深層部煤層氣開采和深層煤炭地下氣化聯(lián)合開發(fā)、開采，將極大緩解我國能源緊缺的問題，同時又是綠色環(huán)保、低碳創(chuàng)新的能源開發(fā)新型技術，減少投資、成本低，經(jīng)濟價值巨大基本原理氣化過程同時包含了三個反映過程燃燒、熱解和氣化。燃燒是指煤中的碳或煤層甲烷與氧氣反應生成C02、CO和H2O,同時放出熱量的過程，反應方程式有:C+02 = C02、2C+02 = 2C0、2C0+02 = 2C02、CH4+02 = C02+H20o熱解過程是這樣進行的當煤的溫度大于100°C時，煤中的水分蒸發(fā)出；溫度升高大于200°C時，煤中結合水釋出；至400 500°C大部分煤氣和焦油析出；在450 550°C， 熱分解繼續(xù)進行，殘留物逐漸變稠并固化形成半焦；大于550°C時，半焦繼續(xù)分解，析出余下的揮發(fā)物(主要成分是氫氣)，半焦失重同時進行收縮，形成裂紋；溫度大于800°C，半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭。主要反應方程式有CHxOy = (l-y)C+yC0+x/2H2CHxOy = (l-y-x/8)C+yC0+x/4H2+x/8CH4o氣化反應方程式水蒸氣氣化C+H20 = CCHH2二氧化碳還原 C+0)2 = 2C0碳加氫氣化C+2H2 = CH4。在以上過程中，當燃燒反應生成了二氧化碳和足夠的熱量后，后面的反應開始發(fā)生，期間還發(fā)生其它幾個伴隨反應氫燃燒反應2H2+02 = 2H20、變換反應CCHH2O = C02+H2、 甲烷化反應0)+3 = CH4+H20，這些過程均為放熱過程，提供了熱解與氣化所需的熱量；因為煤層具有一定滲透性，熱量和二氧化碳等會向煤層深部滲透，同時因為燃燒是在有控制的條件下完成，因此熱解和氣化反應發(fā)生面積要大于燃燒區(qū)域。最主要化學反映方程式C+H20 (高溫)一CCHH2CH4+H20 (高溫)一C0+3H2
C+2H20 (高溫)一C02+2H2


圖1是本發(fā)明的基本工藝路線圖；圖2是本發(fā)明的基本榔念圖；1-混合氣生產(chǎn)井、2-注富氧氣化井、3-煤層氣生產(chǎn)井、4-水平井、5-目的煤層、 6-連續(xù)管。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明實施例參見附圖1、2，深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開采技術，其特征是包括以下步驟一、必須在煤層埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，傾角小于10°，壓力10 兆帕以上，采用石油工業(yè)最先進鉆井和固井、抗高溫、高壓完井技術，立井、水平井結合注氣、采氣聯(lián)合方法；先鉆三口立井，井間距500米；兩次井向中心井側開鉆500以上水平井， 先采用特殊燃燒方法和技術，燃燒一條10米寬，1000米長通道，供采氣和觀察、監(jiān)控等專用氣化通道，相反方向根據(jù)煤層傾角坡度鉆多支超長水平井，1000-1500米，進行分段大型壓裂；中間井為煤炭氣化井，兩側為煤層氣開采井，由于氣化井高溫燃燒加熱兩側煤層實現(xiàn)高壓熱傳導，煤層中水隨余熱蒸發(fā)；煤收縮后，煤層中甲烷氣體由水平井自然采出，混合氣體中并含有油物質；在煤層中打一口中心氣化井，兩側鉆兩口采氣水平井，采用油田先進的鉆井方式在中心氣化井煤層部位采用擴腔技術將煤層部位鉆井拓寬達到1米左右，形成氣化腔；在煤層偏下部位兩側各打三口 1500米的超長水平井，其中一口為注氣點火氣化井，另外兩口水平井位置分別平行于第一口水平井，鉆井完成后采用抗高溫技術完井和先進的壓裂技術進行壓裂，在煤層中形成氣體通道。二、開采煤層中的煤層氣，由于地層受地層壓力影響，煤層中的煤層氣通過水平井采出，采出煤層氣經(jīng)凈化、空分燃氣發(fā)電，供自用電及工業(yè)，發(fā)電余熱生產(chǎn)熱蒸汽回注地下， 供地下氣化使用。三、煤層氣開采出來后，用氣化井注入熱蒸汽和電熱偶加熱煤層，改注富氧；控制注氣量、帶壓燃燒、控壓、控溫、控火點燃煤層控制溫度到500-70(TC，煤層燃燒高溫催化裂解后，產(chǎn)生大量的油物質氣體，由采氣井采出，帶壓采氣，壓力控制在18兆帕左右，高溫形成熱傳導，燃燒帶周圍溫度迅速提升，煤層表面水及內在水高溫蒸發(fā)，隨煤層裂解、燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳、甲烷及輕組分、煤層中游離的煤層氣合成混合氣通過水平采氣井采出。四、煤層中煤層氣采出后，加大富氧注氣量，把溫度提高到850-1200°C，讓煤炭和煤矸石可燃體類高溫全面燃燒，使煤炭進行充分燃燒地下氣化，并噴入水蒸氣、控溫產(chǎn)生氫氣，到以一定壓力自動通過采氣井噴出，實現(xiàn)煤炭地下氣化開采最高技術組合。五、采出混合氣體分離、凈化后、空分，供壓力汽輪機組發(fā)電，生產(chǎn)煤制油及燃料油，分離出的硫化物液態(tài)處理后回注地下，真正實現(xiàn)全程封閉運行，無污染物排放的綠色環(huán)保能源開采。
權利要求
1. 一種深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開采技術，其特征是包括以下步驟一、必須在煤層埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，傾角小于10°，壓力10兆帕以上，采用石油工業(yè)最先進鉆井和固井、抗高溫、高壓完井技術，立井、水平井結合注氣、采氣聯(lián)合方法；先鉆三口立井，井間距500米；兩次井向中心井側開鉆500以上水平井，先采用特殊燃燒方法和技術，燃燒一條10米寬，1000米長通道，供采氣和觀察、監(jiān)控等專用氣化通道，相反方向根據(jù)煤層傾角坡度鉆多支超長水平井，1000-1500米，進行分段大型壓裂；中間井位煤炭氣化井，兩側為煤層氣開采井，由于氣化井高溫燃燒加熱兩側煤層實現(xiàn)高壓熱傳導，煤層中水隨余熱蒸發(fā)；煤收縮后，煤層中甲烷氣體由水平井自然采出，混合氣體中并含有油物質；在煤層中打一口中心氣化井，兩側鉆兩口采氣水平井，采用油田先進的鉆井方式在中心氣化井煤層部位采用擴腔技術將煤層部位鉆井拓寬達到1米左右，形成氣化腔； 在煤層偏下部位兩側各打三口 1500米的超長水平井，其中一口為注氣點火氣化井，另外兩口水平井位置分別平行于第一口水平井，鉆井完成后采用抗高溫技術完井和先進的壓裂技術進行壓裂，在煤層中形成氣體通道。二、開采煤層中的煤層氣，由于地層受地層壓力影響，煤層中的煤層氣通過水平井采出，采出煤層氣經(jīng)凈化、空分燃氣發(fā)電，供自用電及工業(yè)，發(fā)電余熱生產(chǎn)熱蒸汽回注地下，供地下氣化使用。三、煤層氣開采出來后，用氣化井注入熱蒸汽和電熱偶加熱煤層，改注富氧；控制注氣量、帶壓燃燒、控壓、控溫、控火點燃煤層控制溫度到500-700°C，煤層燃燒高溫催化裂解后， 產(chǎn)生大量的油物質氣體，由采氣井采出，帶壓采氣，壓力控制在18兆帕左右，高溫形成熱傳導，燃燒帶周圍溫度迅速提升，煤層表面水及內在水高溫蒸發(fā)，隨煤層裂解、燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳、甲烷及輕組分、煤層中游離的煤層氣合成混合氣通過水平采氣井采出。四、煤層中煤層氣采出后，加大富氧注氣量，把溫度提高到850-1200°C，讓煤炭和煤矸石可燃體類高溫全面燃燒，使煤炭進行充分燃燒地下氣化，并噴入水蒸氣、控溫產(chǎn)生氫氣， 到以一定壓力自動通過采氣井噴出，實現(xiàn)煤炭地下氣化開采最高技術組合。五、采出混合氣體分離、凈化后、空分，供壓力汽輪機組發(fā)電，生產(chǎn)煤制油及燃料油，分離出的硫化物液態(tài)處理后回注地下，真正實現(xiàn)全程封閉運行，無污染物排放的綠色環(huán)保能源開采。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深層煤炭資源開采技術，其特征是包括以下步驟必須在煤層埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，傾角小于10°，壓力10兆帕以上，采用石油工業(yè)最先進鉆井和固井、抗高溫、高壓完井技術，立井、水平井結合注氣、采氣聯(lián)合方法；先鉆三口立井，井間距500米；兩次井向中心井側開鉆500以上水平井，先采用特殊燃燒方法和技術，燃燒一條10米寬，1000米長通道，供采氣和觀察、監(jiān)控等專用氣化通道，相反方向根據(jù)煤層傾角坡度鉆多支超長水平井。將深層部煤層氣開采和深層煤炭地下氣化聯(lián)合開發(fā)、開采，將極大緩解我國能源緊缺的問題，同時又是綠色環(huán)保、低碳創(chuàng)新的能源開發(fā)新型技術，減少投資、成本低，經(jīng)濟價值巨大。
文檔編號E21B43/295GK102418476SQ20111032410
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權日2011年10月24日
發(fā)明者洪兆, 鄧曉亮 申請人:國鼎(大連)投資有限公司