一種可控注氣點(diǎn)注氣裝置、注氣工藝及氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可控注氣點(diǎn)注氣裝置、注氣工藝及氣化方法。所述注氣裝置包括定向井通道，所述定向井通道中設(shè)有連續(xù)油管；所述連續(xù)油管連通氧氣/富氧氣體管線；所述連續(xù)油管和定向井通道的環(huán)隙連通輔助氣化劑管線和蒸汽管線；所述連續(xù)油管的起端設(shè)有注氣井頭，末端設(shè)有噴嘴。本發(fā)明基于定向鉆進(jìn)和連續(xù)油管技術(shù)，利用定向鉆進(jìn)和連續(xù)油管相配合方式實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)移動(dòng)，同時(shí)調(diào)節(jié)氣化劑注入?yún)?shù)控制逆向燃燒的原理，進(jìn)而達(dá)到調(diào)控火焰工作面位置移動(dòng)和燃燒速度，進(jìn)行地下煤層的逆向燃燒引火、氣化的目的。
【專利說明】一種可控注氣點(diǎn)注氣裝置、注氣工藝及氣化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭資源開發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可控注氣點(diǎn)注氣裝置、注氣工藝及氣化方法。

【背景技術(shù)】
[0002]無井式煤炭地下氣化技術(shù)主要采用定向鉆孔貫通和反向燃燒技術(shù)構(gòu)建氣化通道，再注入空氣和氧/蒸汽等氣化劑進(jìn)行地下氣化生產(chǎn)煤氣。其優(yōu)點(diǎn)在于單爐產(chǎn)量氣大；缺點(diǎn)在于氣化燃燒區(qū)位置不穩(wěn)定、氣化劑漏失率高、通道過長需增加愛輔助進(jìn)氣孔。
[0003]針對(duì)以上問題，美國勞倫斯.利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)出受控注入點(diǎn)后退氣化工藝(CRIP)，通過燃燒套管的方式使注入點(diǎn)后退形成新的燃燒帶，如此逐段向垂直注入孔推進(jìn)，見圖1。點(diǎn)火器用引火氣體硅烷點(diǎn)燃丙烷噴嘴，在地面拖曳移動(dòng)。比利時(shí)圖林地下氣化試驗(yàn)設(shè)計(jì)注入管采用雙層套管，蛇管在撓性套管內(nèi)移動(dòng)。蛇管內(nèi)裝三根熱電偶電線和兩根可燃的空心管，一根空心管輸送三乙基硼(遇空氣即燃燒)和CH4,另一根空心管注氧，蛇管端部固定點(diǎn)火器。
[0004]CRIP工藝的優(yōu)點(diǎn)是氣化過程能夠得到有效控制，其主要缺點(diǎn)是該工藝需要在定向井內(nèi)不同距離位置多次點(diǎn)火引燃煤層再進(jìn)行氣化，由于注氣點(diǎn)位置移動(dòng)不連續(xù)、氣化過程穩(wěn)定性差，且點(diǎn)火注氣裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，點(diǎn)火過程操作復(fù)雜，控制難度大，安全系數(shù)低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決以往無井式地下氣化受控注入點(diǎn)后退工藝需多次點(diǎn)火且裝置復(fù)雜、注氣點(diǎn)位置移動(dòng)不連續(xù)、氣化過程穩(wěn)定性差等一系列問題，提供一種無井式地下氣化的可控注氣點(diǎn)移動(dòng)的逆向燃燒引火、氣化方法，以達(dá)到提高氣化過程穩(wěn)定控制和安全性能，同時(shí)降低生產(chǎn)成本的目的。本發(fā)明還提供了一種可控注氣點(diǎn)注氣裝置及注氣工藝。
[0006]本發(fā)明基于定向鉆進(jìn)和連續(xù)油管技術(shù)，利用定向鉆進(jìn)和連續(xù)油管相配合方式實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)移動(dòng)，同時(shí)調(diào)節(jié)氣化劑注入?yún)?shù)控制逆向燃燒的原理，進(jìn)而達(dá)到調(diào)控火焰工作面位置移動(dòng)和燃燒速度，進(jìn)行地下煤層的逆向燃燒引火、氣化的目的。
[0007]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明的目的之一在于提供一種可控注氣點(diǎn)注氣裝置。所述注氣裝置包括定向井通道，所述定向井通道中設(shè)有連續(xù)油管，所述連續(xù)油管連通氧氣/富氧氣體管線；所述連續(xù)油管和定向井通道的環(huán)隙連通輔助氣化劑管線和蒸汽管線；所述連續(xù)油管的起端設(shè)有注氣井頭，末端設(shè)有嗔嘴。
[0009]所述連續(xù)油管通過防噴器(盒)密封放至井內(nèi)。
[0010]本發(fā)明的目的之二在于提供一種可控注氣點(diǎn)氣化注氣工藝，所述注氣工藝由置于定向井通道內(nèi)的連續(xù)油管輸送氧氣/富氧氣體，所述氧氣/富氧氣體與連續(xù)油管和定向井壁間環(huán)空輸送的輔助氣化劑在連續(xù)油管末端的噴嘴位置混合均勻，混合后的氣化劑通過定向井通道或煤層內(nèi)孔隙通道進(jìn)入煤層預(yù)定氣化位置。
[0011]所述氧氣/富氧氣體和輔助氣化劑在連續(xù)油管末端的噴嘴位置，也就是鉆孔或通道內(nèi)混合。
[0012]本發(fā)明所述注氣過程的注氣點(diǎn)移動(dòng)控制，可以通過提升、下放動(dòng)作控制連續(xù)油管和噴嘴移動(dòng)實(shí)現(xiàn)注氣位置變換。
[0013]本發(fā)明所述定向井通道用定向鉆進(jìn)方法形成。定向鉆進(jìn)技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，是由特殊井下工具、測(cè)量?jī)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)，目前在油田開發(fā)中廣泛使用。采用定向鉆進(jìn)技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護(hù)自然環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0014]本發(fā)明所述定向鉆進(jìn)方法優(yōu)選采用石油或煤層氣鉆井技術(shù)中的定向井技術(shù)、水平井技術(shù)、側(cè)鉆井技術(shù)、徑向水平井技術(shù)、分支井技術(shù)、叢式井技術(shù)或大位移井技術(shù)中的任意一種。所述定向井通道長度大于10m。
[0015]本發(fā)明所述定向井通道為無支護(hù)通道或有支護(hù)通道，在實(shí)際實(shí)施過程中依據(jù)煤巖、地質(zhì)條件等因素，確定是否進(jìn)行通道支護(hù)。
[0016]所述有支護(hù)通道采用篩管支護(hù)和/或套管支護(hù)，優(yōu)選篩管支護(hù)或篩管和套管組合支護(hù)。在實(shí)際實(shí)施過程中需要考慮支護(hù)套管強(qiáng)度、煤層夾矸、煤層水等影響逆向燃燒引火速度的因素，可以選擇不同支護(hù)方式。通常為提高氣化劑與待引燃煤層接觸面積，優(yōu)選篩管支護(hù)或者篩管+套管的兩種支護(hù)方式組合。
[0017]所述支護(hù)管材料為可燒蝕材料，進(jìn)一步優(yōu)選有機(jī)類材料，最優(yōu)選玻璃鋼或PE管材。實(shí)施過程中考慮強(qiáng)度、燃燒特性等因素，優(yōu)選有機(jī)類材料，如:玻璃鋼、PE管材等。
[0018]所述氧氣/富氧氣體由氣化劑制取系統(tǒng)提供。所述富氧氣體為氧氣與氮?dú)?、二氧化碳中的一種或兩種氣體形成的氣體混合物，其中氧氣的體積濃度大于21%。
[0019]所述輔助氣化劑為氮?dú)?、二氧化碳或水中的一種或至少兩種的混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以依據(jù)注氣需要選擇由其中一種或兩種氣體構(gòu)成。所述氮?dú)庥芍蒲跹b置提供；所述二氧化碳由脫碳裝置提供。所述輔助氣化劑的作用在于:其一，參與氣化地下氣化還原反應(yīng)，如C02、H2O等；其二與氧氣/富氧氣體復(fù)配降低混合氣化劑氧濃度，對(duì)氣化過程和設(shè)備起保護(hù)性作用。
[0020]氣化過程中需要控制連續(xù)油管和定向井壁間輸送的輔助氣化劑中的氧含量，以防止輸送過程引起煤層自燃或注氣管回火。其氧濃度由煤自燃的下限氧濃度確定。對(duì)于松散煤層厚度小于0.5米的煤層，一般要求輔助氣化劑中氧氣的體積濃度小于5%。
[0021]本發(fā)明所述連續(xù)油管及噴嘴可以選擇目前石油天然氣行業(yè)成型材料及設(shè)備。連續(xù)油管選用主要考慮輸送氣化劑氧濃度、壓力、流量等工藝參數(shù)，選擇不同壓力等級(jí)、管線材質(zhì)和直徑以降低綜合成本。
[0022]本發(fā)明所述煤層內(nèi)孔隙通道由人工鉆進(jìn)、壓裂過程形成，或由煤層在燃燒熱作用影響情況下形成。
[0023]本發(fā)明的目的之三在于提供兩種應(yīng)用上述注氣工藝進(jìn)行可控注氣點(diǎn)氣化方法。
[0024]第一種可控注氣點(diǎn)氣化方法，所述方法通過分次移動(dòng)連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)至預(yù)定氣化位置，然后調(diào)整注氣工藝參數(shù)進(jìn)行逆向引火、氣化通道加工及氣化生產(chǎn)。
[0025]所述氣化方法包括如下步驟:
[0026]I)依據(jù)氣化區(qū)可氣化煤層的厚度和儲(chǔ)量等參數(shù)，按所述注氣工藝通過分次移動(dòng)連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)至預(yù)定氣化位置；
[0027]2)調(diào)節(jié)單種氣體的壓力和流量，控制注入氣化劑流量、壓力和氧濃度等參數(shù)；用逆向燃燒方式將火焰工作面逐步移動(dòng)到預(yù)定氣化位置，同時(shí)進(jìn)行氣化通道加工；
[0028]3)在氣化通道引火、加工完成后，提高氣化劑注氣強(qiáng)度(如壓力、流量、氧濃度等參數(shù))，強(qiáng)化地下煤氣化過程，進(jìn)行地下氣化規(guī)模產(chǎn)氣；
[0029]4)當(dāng)預(yù)定氣化位置的煤層氣化工作結(jié)束時(shí)，依據(jù)氣化燃煤量、煤氣熱值和組分情況確定停止或減少注入氣化劑，并啟動(dòng)注入頭裝置移動(dòng)連續(xù)油管將氧氣/富氧氣體注入點(diǎn)移動(dòng)至下一預(yù)定氣化位置；
[0030]5)依據(jù)步驟2)再進(jìn)行下一段氣化通道加工，按步驟3)、4)完成預(yù)定區(qū)域煤層的地下氣化，如此循環(huán)直至將沿定向井通道周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開采完。
[0031]步驟I)所述注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)距離為10?150m。
[0032]優(yōu)選地，所述氣化通道引火和加工時(shí)的氣化劑流量控制在300?3000方/小時(shí)。
[0033]優(yōu)選地，所述氣化劑中氧氣的體積濃度為21?55%。
[0034]在本發(fā)明中，注氣點(diǎn)移動(dòng)依據(jù)燃煤量(M)、煤氣熱值和組分波動(dòng)判斷。依據(jù)地下氣化采煤實(shí)際情況，通常工藝運(yùn)行判定移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)為:氣化通道待氣化煤層煤的氣化率大于50%，熱值和組分下降超過正常均值20%即可進(jìn)行注氣點(diǎn)移動(dòng)。
[0035]本發(fā)明提供的另一種可控注氣點(diǎn)氣化方法，所述方法通過連續(xù)或間歇提升連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置連續(xù)移動(dòng)至預(yù)定氣化位置，然后調(diào)整注氣工藝參數(shù)進(jìn)行逆向引火、氣化通道加工及氣化生產(chǎn)。
[0036]所述氣化方法包括如下步驟:
[0037]I)依據(jù)氣化區(qū)可氣化煤層的厚度和儲(chǔ)量等參數(shù)，按所述注氣工藝通過連續(xù)或間歇提升連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置連續(xù)移動(dòng)至預(yù)定氣化位置；
[0038]2)調(diào)節(jié)單種氣體的壓力和流量，控制注入氣化劑流量、壓力和氧濃度等參數(shù)；用逆向燃燒方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工氣化通道和地下氣化規(guī)模產(chǎn)氣；
[0039]3)隨時(shí)調(diào)整注入氣化劑參數(shù)，保證煤氣組分和熱值處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；
[0040]4)當(dāng)預(yù)定氣化位置的煤層氣化工作結(jié)束時(shí)，依據(jù)氣化燃煤速度、煤氣熱值和組分及可氣化煤層儲(chǔ)量情況，控制連續(xù)油管的逆向移動(dòng)速度，直至將沿定向井通道周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開采完。
[0041]步驟2)所述氣化劑流量控制在大于2000方/小時(shí)；優(yōu)選地，所述氣化劑中氧的體積濃度為21?95% ；
[0042]優(yōu)選地，當(dāng)氧氣的體積濃度大于60%時(shí)，可注入水蒸汽或水調(diào)節(jié)氣化區(qū)溫度和煤氣品質(zhì)。所述“可”表示“能夠”。
[0043]注氣點(diǎn)的移動(dòng)速度依據(jù)燃煤速度U)、煤氣熱值和組分波動(dòng)判斷。依據(jù)地下氣化采煤實(shí)際情況，通常工藝運(yùn)行判定移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)氣化通道單位長度內(nèi)待氣化煤層煤儲(chǔ)量(T)的氣化率(η )大于50%，熱值和組分下降超過正常均值20%即可開始注氣點(diǎn)連續(xù)移動(dòng)，注氣點(diǎn)移動(dòng)速度(V)控制滿足:V=T* n/m。
[0044]本發(fā)明所述的可控注氣點(diǎn)氣化方法具體包括以下步驟:
[0045]I)采用定向鉆井技術(shù)在預(yù)定氣化煤層中建立能與已有火區(qū)連通的定向井通道；
[0046]2)用注入頭裝置將連續(xù)油管和噴嘴通過注氣井頭沿定向井送至預(yù)定氣化位置；
[0047]3)先向連續(xù)油管與定向井壁間環(huán)空注入輔助氣化劑對(duì)通道進(jìn)行置換保護(hù)，再向連續(xù)油管注入氧氣/富氧氣體；
[0048]4)由連續(xù)油管輸送氧氣/富氧氣體從噴嘴輸出，與環(huán)空輸送的輔助氣化劑在預(yù)定氣化位置處混合均勻，混合后氣化劑通過定向井通道或煤層內(nèi)孔隙通道進(jìn)入預(yù)定引火位置；
[0049]5)通過地面控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)單種氣體的壓力和流量，控制注入氣化爐內(nèi)的混合氣化劑壓力、流量和氧濃度等參數(shù)，用逆向燃燒的方式將火焰工作面逐步移動(dòng)到預(yù)定氣化位置，同時(shí)進(jìn)行待氣化煤層氣化通道加工、地下氣化生產(chǎn)合成氣；
[0050]6)依據(jù)氣化燃煤量、煤氣熱值和組分情況，確定預(yù)定氣化位置的煤層燃燒及氣化狀況。當(dāng)氣化煤層產(chǎn)氣熱值和組分穩(wěn)定性下降時(shí)，啟動(dòng)注入頭裝置移動(dòng)連續(xù)油管和噴嘴將氧氣注入點(diǎn)移動(dòng)至下一預(yù)定氣化位置；
[0051]7)按步驟5)、6)完成預(yù)定區(qū)域煤的地下氣化，如此循環(huán)直至將沿定向井通道周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開采完；
[0052]8)開采完后先停止連續(xù)油管的氧氣/富氧進(jìn)氣，再停止套管環(huán)空的輔助氣化劑進(jìn)氣，并起出定向井通道內(nèi)的氣化劑注入設(shè)備，移至下一待氣化區(qū)域。
[0053]與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明所述注氣裝置采用定向鉆進(jìn)和連續(xù)油管技術(shù)可控制注氣點(diǎn)位置的移動(dòng)，并能穩(wěn)定調(diào)節(jié)氣化劑注入?yún)?shù)。
[0054]本發(fā)明所述注氣工藝中，注氣點(diǎn)能夠按需求在定向井通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意距離移動(dòng)，可減少通道周側(cè)煤層氣化燃燒盲區(qū)，因而可有效提升沿定向井通道煤炭的氣化回收率。除此之外，采用連續(xù)油管和定向井壁間環(huán)空輸送輔助氣化劑能有效防止通道煤層自燃、注氣管道回火，在注氣點(diǎn)(噴嘴位置)混合形成氣化劑，能連續(xù)控制各種氣體注入?yún)?shù)。
[0055]本發(fā)明所述氣化方法的實(shí)施過程無需在注氣點(diǎn)設(shè)置點(diǎn)火裝置進(jìn)行單獨(dú)點(diǎn)火，而是通過采用控制氣化劑注入?yún)?shù)(氧濃度、流量、壓力)進(jìn)行氣化通道逆向燃燒快速引火、力口工，注氣點(diǎn)位置移動(dòng)連續(xù)、氣化過程穩(wěn)定性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1是現(xiàn)有無井式CRIP技術(shù)示意圖；
[0057]圖2是采用可控注氣氣化的氣化爐示意圖；
[0058]圖3是具體實(shí)施例1所述的定向井通道水平段有支護(hù)結(jié)構(gòu)的地下氣化爐；
[0059]圖4是具體實(shí)施例1可控注氣點(diǎn)移動(dòng)氣化過程示意圖(平面剖面);
[0060]圖5是具體實(shí)施例2所述的定向井通道水平段裸孔結(jié)構(gòu)(無支護(hù)結(jié)構(gòu))的地下氣化爐。
[0061]其中:1_油管滾筒；2_注氣井頭；3_連續(xù)油管；4-噴嘴；5_玻璃鋼篩管；6_定向井通道；7_氣化燃燒區(qū)；8_煤層頂板；9_煤層底板；10_垂直出氣井；11_水平井裸孔段。
[0062]下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。

【具體實(shí)施方式】
[0063]為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下:
[0064]實(shí)施例1
[0065]一種可控注氣點(diǎn)注氣裝置，所述注氣裝置包括定向井通道6，所述定向井通道6中設(shè)有連續(xù)油管3 ;所述連續(xù)油管3連通氧氣/富氧氣體管線；所述連續(xù)油管3和定向井通道6的環(huán)隙連通輔助氣化劑管線和蒸汽管線；所述連續(xù)油管3的起端設(shè)有注氣井頭2，末端設(shè)有噴嘴4。
[0066]油管滾筒I用于所述連續(xù)油管3的承載。
[0067]實(shí)施例2
[0068]一種可控注氣點(diǎn)注氣工藝，所述注氣工藝由置于定向井通道內(nèi)的連續(xù)油管輸送氧氣/富氧氣體，所述氧氣/富氧氣體與連續(xù)油管和定向井壁間環(huán)空輸送的輔助氣化劑在連續(xù)油管末端的噴嘴位置混合均勻，混合后的氣化劑通過定向井通道或煤層內(nèi)孔隙通道進(jìn)入煤層預(yù)定氣化位置。
[0069]所述定向井通道采用定向鉆進(jìn)方法形成；所述定向鉆進(jìn)方法優(yōu)選采用石油或煤層氣鉆井技術(shù)中的定向井技術(shù)、水平井技術(shù)、側(cè)鉆井技術(shù)、徑向水平井技術(shù)、分支井技術(shù)、叢式井技術(shù)或大位移井技術(shù)中的任意一種，所述定向井通道長度大于10m。
[0070]所述煤層內(nèi)孔隙通道由人工鉆進(jìn)、壓裂過程形成，或由煤層在燃燒熱作用影響情況下形成。
[0071]所述定向井通道為無支護(hù)通道或有支護(hù)通道。所述有支護(hù)通道采用篩管支護(hù)和/或套管支護(hù)，優(yōu)選篩管支護(hù)或篩管和套管組合支護(hù)。所述支護(hù)管材料為可燒蝕材料，進(jìn)一步優(yōu)選有機(jī)類材料，最優(yōu)選玻璃鋼或PE管材。
[0072]所述氧氣/富氧氣體由氣化劑制取系統(tǒng)提供。所述富氧氣體為氧氣與氮?dú)?、二氧化碳中的一種或兩種氣體形成的氣體混合物，其中氧氣的體積濃度大于21%。
[0073]所述輔助氣化劑為氮?dú)?、二氧化碳或水蒸汽中的一種或至少兩種的混合物。所述氮?dú)庥芍蒲跹b置提供，所述二氧化碳由脫碳裝置提供。
[0074]實(shí)施例3
[0075]—種可控注氣點(diǎn)氣化方法，所述方法通過分次移動(dòng)連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)至預(yù)定氣化位置，然后調(diào)整注氣工藝參數(shù)進(jìn)行逆向引火、氣化通道加工及氣化生產(chǎn)。
[0076]所述氣化方法包括如下步驟:
[0077]I)依據(jù)氣化區(qū)可氣化煤層的厚度和儲(chǔ)量等參數(shù)，按所述注氣工藝通過分次移動(dòng)連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)至預(yù)定氣化位置；
[0078]2)調(diào)節(jié)單種氣體的壓力和流量，控制注入氣化劑流量、壓力和氧濃度等參數(shù)；用逆向燃燒方式將火焰工作面逐步移動(dòng)到預(yù)定氣化位置，同時(shí)進(jìn)行氣化通道加工；
[0079]3)在氣化通道引火、加工完成后，提高氣化劑注氣強(qiáng)度，強(qiáng)化地下煤氣化過程，進(jìn)行地下氣化規(guī)模產(chǎn)氣；
[0080]4)當(dāng)預(yù)定氣化位置的煤層氣化工作結(jié)束時(shí)，依據(jù)氣化燃煤量、煤氣熱值和組分情況確定停止或減少注入氣化劑，并啟動(dòng)注入頭裝置移動(dòng)連續(xù)油管將氧氣/富氧氣體注入點(diǎn)移動(dòng)至下一預(yù)定氣化位置；
[0081]5)依據(jù)步驟2)再進(jìn)行下一段氣化通道加工，按步驟3)、4)完成預(yù)定區(qū)域煤層的地下氣化，如此循環(huán)直至將沿定向井通道周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開采完。
[0082]其中，步驟I)所述注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)距離為10?150m ;所述氣化通道引火和加工時(shí)的氣化劑流量控制在300?3000方/小時(shí)；所述氣化劑中氧氣的體積濃度為21?55%。
[0083]實(shí)施例4
[0084]一種可控注氣點(diǎn)氣化方法，所述方法通過連續(xù)或間歇提升連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置連續(xù)移動(dòng)至預(yù)定氣化位置，然后調(diào)整注氣工藝參數(shù)進(jìn)行逆向引火、氣化通道加工及氣化生產(chǎn)。
[0085]所述氣化方法包括如下步驟:
[0086]I)依據(jù)氣化區(qū)可氣化煤層的厚度和儲(chǔ)量等參數(shù)，按所述注氣工藝通過連續(xù)或間歇提升連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置連續(xù)移動(dòng)至預(yù)定氣化位置；
[0087]2)調(diào)節(jié)單種氣體的壓力和流量，控制注入氣化劑流量、壓力和氧濃度等參數(shù)；用逆向燃燒方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工氣化通道和地下氣化規(guī)模產(chǎn)氣；
[0088]3)隨時(shí)調(diào)整注入氣化劑參數(shù)，保證煤氣組分和熱值處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；
[0089]4)當(dāng)預(yù)定氣化位置的煤層氣化工作結(jié)束時(shí)，依據(jù)氣化燃煤速度、煤氣熱值和組分及可氣化煤層儲(chǔ)量情況，控制連續(xù)油管的逆向移動(dòng)速度，直至將沿定向井通道周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開采完。
[0090]其中，步驟2)所述氣化劑流量控制在大于2000方/小時(shí)；所述氣化劑中氧氣的體積濃度為21?95% ;當(dāng)氧氣的體積濃度大于60%時(shí)，可注入水蒸汽或水調(diào)節(jié)氣化區(qū)溫度和煤氣品質(zhì)。
[0091]具體實(shí)施例1
[0092]本實(shí)施例是將本發(fā)明所述的可控注氣點(diǎn)氣化方法應(yīng)用于變質(zhì)程度較低的褐煤煤層上。由于煤層巖性強(qiáng)度低，容易坍塌、縮孔，本實(shí)施例選擇了有玻璃鋼篩管支護(hù)的定向水平井結(jié)構(gòu)。除具有本發(fā)明的普遍優(yōu)點(diǎn)外，其更有利于提高鉆孔穩(wěn)定性、降低鉆孔事故率。
[0093]如圖3所示地下氣化爐，煤層底板9埋深255米，煤層頂板8深238米，煤種為內(nèi)蒙褐煤。氣化爐包括定向井通道6、垂直出氣井10及氣化燃燒通道等。定向井通道6直徑為177.8_，煤層水平段支護(hù)玻璃鋼篩管5直徑為139.7_、長300米，開孔率15%?？煽刈恻c(diǎn)注氣裝置包括:連續(xù)油管3 (直徑66.7mm、壓力等級(jí)6.0MPa、材質(zhì):316不銹鋼);注氣井頭2，包括:連續(xù)油管作業(yè)防噴盒(單側(cè)門式)和連續(xù)油管注入頭(ZRT系列連續(xù)油管注入頭)；噴嘴4 (直徑65mm，耐高溫1200°C )。
[0094]在該實(shí)施例中，如圖4所示采用注氣裝置對(duì)地下氣化爐定向井通道6所處煤層進(jìn)行氣化。氣化爐氣化運(yùn)行壓力1.5MPa，采用02/C02氣化劑氣化生產(chǎn)合成氣。當(dāng)氣化爐成功點(diǎn)火并在出氣孔區(qū)域建立穩(wěn)定氣化燃燒區(qū)7后，采用定向鉆進(jìn)技術(shù)在預(yù)定氣化煤層中建立定向井通道6，再進(jìn)行可控注氣點(diǎn)氣化生產(chǎn)。具體工藝及實(shí)施步驟如下:(I)用注入頭裝置將連續(xù)油管通過注氣井頭2沿定向井通道6送至預(yù)定氣化位置A處，氧氣噴嘴避免直接送入火區(qū)；(2)先向連續(xù)油管與定向井壁間環(huán)空注入CO2對(duì)通道進(jìn)行置換保護(hù)，流量初始控制300?400Nm3/h ; (3)再向經(jīng)過脫脂的連續(xù)油管緩慢注入氧氣，通過氧氣噴嘴與環(huán)空注入的CO2混合；(4)控制注入氣化劑總量和氧濃度，通過逆向燃燒的方式將火焰工作面逐步移動(dòng)到預(yù)定氣化位置，同時(shí)進(jìn)行氣化通道加工。逆向引火和加工通道氣化劑量500?3000Nm3/h，氧濃度25?35% ; (5)在通道引火、加工完成后，逐步提高氣化劑注氣量至4000?6000Nm3/h，氧濃度60?70%，進(jìn)行地下氣化規(guī)模產(chǎn)氣；(6)當(dāng)預(yù)定氣化位置氣化工作結(jié)束時(shí)，依據(jù)氣化燃煤煤量、產(chǎn)氣熱值和組分情況確定停止或減少注入氣化劑，并啟動(dòng)注入頭裝置移動(dòng)連續(xù)油管3將氧氣注入點(diǎn)移動(dòng)至下一預(yù)定氣化位置B，預(yù)定氣化位置A-B間距O?10m ；(7)依據(jù)步驟(2)- (4)再進(jìn)行氣化通道加工，依據(jù)步驟(4)、(5)完成預(yù)定區(qū)域煤的地下氣化，如此循環(huán)直至將沿定向井通道6周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開采完。
[0095]實(shí)施例2
[0096]本實(shí)施例是將本發(fā)明所述的可控注氣點(diǎn)氣化方法應(yīng)用于在變質(zhì)程度較高的貧煤煤層上。由于煤層巖性好、強(qiáng)度高，本實(shí)施例選擇了無支護(hù)的定向水平井結(jié)構(gòu)。除具有本發(fā)明的普遍優(yōu)點(diǎn)外，其更有利于降低建爐成本、提高煤層引火效率。
[0097]現(xiàn)有如上圖5所示地下氣化爐，煤層底板9埋深957米，煤層頂板8深950米，煤種為山西貧煤。氣化爐包括定向井通道6、垂直出氣井10及氣化燃燒通道等。定向井通道6直徑為177.8mm，水平井裸孔段11 (煤層段水平井為無支護(hù)裸孔)長200米。可控注氣點(diǎn)注氣裝置包括:連續(xù)油管3 (直徑50.8mm、壓力等級(jí)6.0MPa、材質(zhì):316不銹鋼，江蘇東臺(tái)華軒公司);注氣井頭2，包括:連續(xù)油管作業(yè)防噴盒(單側(cè)門式，奧蘭石油公司)、連續(xù)油管注入頭(ZRT系列連續(xù)油管注入頭，廠家煙臺(tái)杰瑞公司);噴嘴4 (直徑50mm，耐高溫1200°C，新奧氣化米煤公司)。
[0098]在該實(shí)施例中，如附圖5所示采用注氣裝置對(duì)地下氣化爐定向井通道6所處煤層進(jìn)行氣化。氣化爐氣化運(yùn)行壓力2.5MPa，采用02/C02氣化劑氣化生產(chǎn)合成氣。當(dāng)氣化爐成功點(diǎn)火并在出氣孔區(qū)域建立穩(wěn)定氣化燃燒區(qū)7后，采用定向鉆進(jìn)技術(shù)在預(yù)定氣化煤層中建立定向井通道6，再進(jìn)行可控注氣點(diǎn)氣化生產(chǎn)。具體工藝及實(shí)施步驟如下:(I)用注入頭裝置將連續(xù)油管通過注氣井頭2沿定向井通道6送至預(yù)定氣化位置A處，氧氣噴嘴避免直接送入火區(qū)；(2)先向連續(xù)油管與定向井壁間環(huán)空注入CO2對(duì)通道進(jìn)行置換保護(hù)，流量初始控制400?600Nm3/h ; (3)再向經(jīng)過脫脂的連續(xù)油管緩慢注入氧氣，通過氧氣噴嘴與環(huán)空注入的CO2混合；(4)控制注入氣化劑總量和氧濃度，通過逆向燃燒的方式將火焰工作面逐步移動(dòng)到預(yù)定氣化位置，同時(shí)進(jìn)行氣化通道加工。逆向引火和加工通道氣化劑量600?3500Nm3/h，氧濃度25?55% ; (5)在通道引火、加工完成后，逐步提高氣化劑注氣量至4000?7500Nm3/h，氧濃度60?70%，進(jìn)行地下氣化規(guī)模產(chǎn)氣；(6)當(dāng)預(yù)定氣化位置氣化工作結(jié)束時(shí)，依據(jù)氣化燃煤煤量、產(chǎn)氣熱值和組分情況確定停止或減少注入氣化劑，并啟動(dòng)注入頭裝置移動(dòng)連續(xù)油管3將氧氣注入點(diǎn)移動(dòng)至下一預(yù)定氣化位置B，預(yù)定氣化位置A?B間距O?40米；
(7)依據(jù)步驟(2) - (4)再進(jìn)行氣化通道加工，依據(jù)步驟(4)、(5)完成預(yù)定區(qū)域煤的地下氣化，如此循環(huán)直至將沿定向井通道周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開采完。
[0099]通過本發(fā)明所述氣化方法產(chǎn)出的合成氣(其成分為H2、CO、CH4, CO2, H2O等)通過垂直出氣井10運(yùn)送到地面后經(jīng)過凈化處理，得到以H2、CO、CH4為主的產(chǎn)物。
[0100] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及注氣、氣化方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及注氣、氣化方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及注氣、氣化方法才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可控注氣點(diǎn)注氣裝置，其特征在于，所述注氣裝置包括定向井通道，所述定向井通道中設(shè)有連續(xù)油管；所述連續(xù)油管連通氧氣/富氧氣體管線；所述連續(xù)油管和定向井通道的環(huán)隙連通輔助氣化劑管線和蒸汽管線；所述連續(xù)油管的起端設(shè)有注氣井頭，末端設(shè)有噴嘴。
2.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述注氣裝置的注氣工藝，其特征在于，所述注氣工藝由置于定向井通道內(nèi)的連續(xù)油管輸送氧氣/富氧氣體，所述氧氣/富氧氣體與連續(xù)油管和定向井壁間環(huán)空輸送的輔助氣化劑在連續(xù)油管末端的噴嘴位置混合均勻，混合后的氣化劑通過定向井通道或煤層內(nèi)孔隙通道進(jìn)入煤層預(yù)定氣化位置。
3.如權(quán)利要求2所述的注氣工藝，其特征在于，所述定向井通道采用定向鉆進(jìn)方法形成；所述定向鉆進(jìn)方法優(yōu)選采用石油或煤層氣鉆井技術(shù)中的定向井技術(shù)、水平井技術(shù)、側(cè)鉆井技術(shù)、徑向水平井技術(shù)、分支井技術(shù)、叢式井技術(shù)或大位移井技術(shù)中的任意一種；優(yōu)選地，所述定向井通道長度大于1m ； 優(yōu)選地，所述煤層內(nèi)孔隙通道由人工鉆進(jìn)、壓裂過程形成，或由煤層在燃燒熱作用影響情況下形成。
4.如權(quán)利要求2或3所述的注氣工藝，其特征在于，所述定向井通道為無支護(hù)通道或有支護(hù)通道； 優(yōu)選地，所述有支護(hù)通道采用篩管支護(hù)和/或套管支護(hù)，優(yōu)選篩管支護(hù)或篩管和套管組合支護(hù)； 優(yōu)選地，所述支護(hù)管材料為可燒蝕材料，進(jìn)一步優(yōu)選有機(jī)類材料，最優(yōu)選玻璃鋼或PE管材； 優(yōu)選地，所述氧氣/富氧氣體由氣化劑制取系統(tǒng)提供；優(yōu)選地，所述富氧氣體為氧氣與氮?dú)狻⒍趸贾械囊环N或兩種氣體形成的氣體混合物，其中氧氣的體積濃度大于21% ； 優(yōu)選地，所述輔助氣化劑為氮?dú)?、二氧化碳或水中的一種或至少兩種的混合物；優(yōu)選地，所述氮?dú)庥芍蒲跹b置提供；優(yōu)選地，所述二氧化碳由脫碳裝置提供。
5.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述注氣裝置進(jìn)行可控注氣點(diǎn)氣化方法，其特征在于，所述方法通過分次移動(dòng)連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)至預(yù)定氣化位置，然后調(diào)整注氣工藝參數(shù)進(jìn)行逆向引火、氣化通道加工及氣化生產(chǎn)。
6.如權(quán)利要求5所述的氣化方法，其特征在于，所述氣化方法包括如下步驟: 1)依據(jù)氣化區(qū)可氣化煤層的厚度和儲(chǔ)量等參數(shù)，按所述注氣工藝通過分次移動(dòng)連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)至預(yù)定氣化位置； 2)調(diào)節(jié)單種氣體的壓力和流量，控制注入氣化劑流量、壓力和氧濃度等參數(shù)；用逆向燃燒方式將火焰工作面逐步移動(dòng)到預(yù)定氣化位置，同時(shí)進(jìn)行氣化通道加工； 3)在氣化通道引火、加工完成后，提高氣化劑注氣強(qiáng)度，強(qiáng)化地下煤氣化過程，進(jìn)行地下氣化規(guī)模產(chǎn)氣； 4)當(dāng)預(yù)定氣化位置的煤層氣化工作結(jié)束時(shí)，依據(jù)氣化燃煤量、煤氣熱值和組分情況確定停止或減少注入氣化劑，并啟動(dòng)注入頭裝置移動(dòng)連續(xù)油管將氧氣/富氧氣體注入點(diǎn)移動(dòng)至下一預(yù)定氣化位置； 5)依據(jù)步驟2)再進(jìn)行下一段氣化通道加工，按步驟3)、4)完成預(yù)定區(qū)域煤層的地下氣化，如此循環(huán)直至將沿定向井通道周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開采完。
7.如權(quán)利要求6所述的氣化方法，其特征在于，步驟I)所述注氣點(diǎn)位置分段移動(dòng)距離為 10 ?150m ； 優(yōu)選地，所述氣化通道引火和加工時(shí)的氣化劑流量控制在300?3000方/小時(shí)； 優(yōu)選地，所述氣化劑中氧氣的體積濃度為21?55%。
8.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述注氣裝置的可控注氣點(diǎn)氣化方法，其特征在于，所述方法通過連續(xù)或間歇提升連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置連續(xù)移動(dòng)至預(yù)定氣化位置，然后調(diào)整注氣工藝參數(shù)進(jìn)行逆向引火、氣化通道加工及氣化生產(chǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的氣化方法，其特征在于，所述氣化方法包括如下步驟: 1)依據(jù)氣化區(qū)可氣化煤層的厚度和儲(chǔ)量等參數(shù)，按所述注氣工藝通過連續(xù)或間歇提升連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)位置連續(xù)移動(dòng)至預(yù)定氣化位置； 2)調(diào)節(jié)單種氣體的壓力和流量，控制注入氣化劑流量、壓力和氧濃度等參數(shù)；用逆向燃燒方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工氣化通道和地下氣化規(guī)模產(chǎn)氣； 3)隨時(shí)調(diào)整注入氣化劑參數(shù)，保證煤氣組分和熱值處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)； 4)當(dāng)預(yù)定氣化位置的煤層氣化工作結(jié)束時(shí)，依據(jù)氣化燃煤速度、煤氣熱值和組分及可氣化煤層儲(chǔ)量情況，控制連續(xù)油管的逆向移動(dòng)速度，直至將沿定向井通道周側(cè)區(qū)域煤炭資源氣化開米完。
10.如權(quán)利要求9所述的氣化方法，其特征在于，步驟2)所述氣化劑流量控制在大于2000方/小時(shí)；優(yōu)選地，所述氣化劑中氧氣的體積濃度為21?95% ； 優(yōu)選地，當(dāng)氧氣的體積濃度大于60%時(shí),可注入水蒸汽或水調(diào)節(jié)氣化區(qū)溫度和煤氣品質(zhì)。
【文檔編號(hào)】E21B43/295GK104251133SQ201310260123
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】劉剛, 陳 峰 申請(qǐng)人:新奧氣化采煤有限公司