一種煤炭地下氣化爐及其氣化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭地下氣化技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種煤炭地下氣化爐及其氣化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭地下氣化就是將處于地下的煤進(jìn)行可控制的燃燒，通過(guò)對(duì)煤的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過(guò)程。地下氣化爐是由進(jìn)氣井、氣化通道、出氣井及輔助監(jiān)測(cè)井所組成，氣化劑從進(jìn)氣井注入，在氣化通道內(nèi)與煤層發(fā)生復(fù)雜的熱化學(xué)反應(yīng)，生成的煤氣沿氣化通道和出氣井輸送至地面。地下氣化爐型是指地下氣化所用鉆孔的類型、相互位置、氣化時(shí)的用途及啟動(dòng)順序等形成的通道形狀。目前的氣化爐已經(jīng)發(fā)展成眾多的鉆孔通過(guò)鉆孔類型(豎直井、水平定向鉆井)、鉆孔間距、氣化時(shí)氣流的走向和燃燒區(qū)走向等組合出各種類型的地下氣化爐，能夠成倍地提高煤氣產(chǎn)量、氣化過(guò)程的穩(wěn)定性及煤層的采收率，而且能夠有效降低地下水入侵、頂板冒落、熱損失等風(fēng)險(xiǎn)。因此，為適應(yīng)大規(guī)模氣化生產(chǎn)的需要，氣化爐型是關(guān)鍵因素之一。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，例如公開號(hào)為CN103437748A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)說(shuō)明書公開了一種煤炭地下氣化爐、以及煤炭地下氣化方法。該煤炭地下氣化爐包括:點(diǎn)火系統(tǒng)，具有第一豎直鉆井、以及與第一豎直鉆井導(dǎo)通的第一水平定向鉆井，還包括注氣系統(tǒng)，注氣系統(tǒng)具有通入煤層的第二鉆井，第二鉆井為第二水平定向鉆井，第二水平定向鉆井的水平段在煤層中。該方案中，第一水平定向鉆井及其末端的第一豎直鉆井點(diǎn)火，第一水平定向鉆井兩側(cè)的垂直井，第一水平定向鉆井及垂直井作為氣化時(shí)出氣井使用，依次運(yùn)行第二水平定向鉆井作為進(jìn)氣井氣化片區(qū)內(nèi)煤層。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于:(1)氣化爐采用多個(gè)垂直井，垂直鉆孔在使用過(guò)程中，受鉆孔底部采空、鉆孔附近地應(yīng)力發(fā)生變化的影響，非常容易錯(cuò)斷，錯(cuò)斷后造成煤氣直接泄漏，或地下水涌水氣化爐，而導(dǎo)致被迫中止氣化爐運(yùn)行，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)會(huì)引起地下水污染；(2)垂直鉆孔受熱脹冷縮后，容易移位，導(dǎo)致鉆孔與地層含水層之間封閉不良，引起地下水滲漏及煤氣逸散，氣化過(guò)程無(wú)法安全運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種不受鉆孔底部采空、鉆孔附近地應(yīng)力發(fā)生變化的影響而錯(cuò)斷，也不會(huì)因熱脹冷縮而移位，安全可靠的煤炭地下氣化爐及其氣化方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種煤炭地下氣化爐，包括進(jìn)氣系統(tǒng)、出氣系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)，其中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括至少一個(gè)第一定向鉆井，所述出氣系統(tǒng)包括至少一個(gè)第二定向鉆井，所述點(diǎn)火系統(tǒng)由一個(gè)豎直鉆井構(gòu)成，所述第一定向鉆井與所述第二定向鉆井導(dǎo)通，所述豎直鉆井與所述第二定向鉆井導(dǎo)通。
[0007]進(jìn)一步地，所述豎直鉆井的底端與所述第二定向鉆井的水平段的末端導(dǎo)通。
[0008]進(jìn)一步地，所述第一定向鉆井的水平段的末端與所述第二定向鉆井的水平段導(dǎo)通。
[0009]進(jìn)一步地，所述第二定向鉆井的兩側(cè)分別設(shè)有多個(gè)第一定向鉆井，同一側(cè)的多個(gè)第一定向鉆井之間平行設(shè)置。
[0010]進(jìn)一步地，所述第二定向鉆井兩側(cè)的第一定向鉆井對(duì)稱設(shè)置。
[0011]進(jìn)一步地，所述第二定向鉆井有兩個(gè)，兩個(gè)所述第二定向鉆井的水平段末端相導(dǎo)通，兩個(gè)第二定向鉆井兩側(cè)均設(shè)有多個(gè)第一定向鉆井。
[0012]進(jìn)一步地，所述第一定向鉆井與所述第二定向鉆井垂直相交導(dǎo)通。
[0013]進(jìn)一步地，所述第一定向鉆井中設(shè)有可拖拽的氣化劑通入管。
[0014]本發(fā)明還提供了一種利用上述的煤炭地下氣化爐進(jìn)行煤炭地下氣化的方法，包括:
[0015]在豎直鉆井底部點(diǎn)燃煤層；
[0016]從第二定向鉆井注氣點(diǎn)注入氣化劑，引導(dǎo)燃燒火區(qū)向第二定向鉆井注氣點(diǎn)方向移動(dòng)，燃燒第二定向鉆井周圍的煤層以擴(kuò)大第二定向鉆井的直徑到預(yù)定大?。?br>[0017]封存豎直鉆井，向至少一部分第一定向鉆井中注入氣化劑，使第一定向鉆井周圍的煤層氣化得到所需的煤氣，將得到的煤氣通過(guò)第二定向鉆井輸出。
[0018]進(jìn)一步地，通過(guò)可拖拽的氣化劑通入管向所述第一定向鉆井中注入氣化劑；并在得到的煤氣中的有效組分的含量明顯下降時(shí)，通過(guò)拖拽所述氣化劑通入管，改變氣化劑的注入位置以引導(dǎo)燃燒區(qū)移動(dòng)。
[0019]本發(fā)明的煤炭地下氣化爐及其氣化方法，該氣化爐除點(diǎn)火井外全部采用定向井構(gòu)建，有效地避免了垂直井運(yùn)行過(guò)程中套管錯(cuò)段、高溫熔融等問(wèn)題，能適應(yīng)大規(guī)模氣化生產(chǎn)的需要，保證了氣化工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的煤炭地下氣化爐的爐型架構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的煤炭地下氣化爐氣化方法第一實(shí)施例的示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的煤炭地下氣化爐氣化方法第二實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的煤炭地下氣化爐，包括進(jìn)氣系統(tǒng)1、出氣系統(tǒng)2和點(diǎn)火系統(tǒng)3，其中，進(jìn)氣系統(tǒng)I包括至少一個(gè)第一定向鉆井，出氣系統(tǒng)2包括至少一個(gè)第二定向鉆井，點(diǎn)火系統(tǒng)3由一個(gè)豎直鉆井構(gòu)成，第一定向鉆井與第二定向鉆井導(dǎo)通，豎直鉆井與第二定向鉆井導(dǎo)通。優(yōu)選地，豎直鉆井的底端與第二定向鉆井的水平段的末端導(dǎo)通；第一定向鉆井的水平段的末端與第二定向鉆井的水平段導(dǎo)通。
[0025]如圖1所示，第二定向鉆井有兩個(gè)，兩個(gè)第二定向鉆井Cl、C2的水平段末端相導(dǎo)通，兩個(gè)第二定向鉆井C1、C2兩側(cè)分別設(shè)有多個(gè)第一定向鉆井Al?A7、B1?B7，其中同一側(cè)的多個(gè)第一定向鉆井之間平行設(shè)置，即第一定向鉆井Al?A7之間平行設(shè)置，第一定向鉆井BI?B7之間平行設(shè)置。優(yōu)選地，第二定向鉆井C1、C2兩側(cè)的第一定向鉆井對(duì)稱設(shè)置；第一定向鉆井與第二定向鉆井垂直相交導(dǎo)通。
[0026]本發(fā)明中，第二定向鉆井Cl、C2的水平段在點(diǎn)火時(shí)與豎直鉆井C共同作為點(diǎn)火系統(tǒng)使用，在點(diǎn)火完成后的氣化爐運(yùn)行過(guò)程中作為出氣系統(tǒng)使用。作為出氣系統(tǒng)使用的第二定向鉆井C1、C2的孔徑由產(chǎn)氣量確定，但最小一般不低于150mm。根據(jù)氣化爐設(shè)計(jì)規(guī)模，進(jìn)氣系統(tǒng)定向鉆井的數(shù)量依據(jù)煤層條件和產(chǎn)氣量確定。為更好地控制通道寬度及氣化位置可以在第二定向鉆井C1、C2和第一定向鉆井Al?A7、B1?B7中設(shè)置可拖拽的氣化劑通入管(圖中未示出)，其注氣端隨氣化劑通入管的被拖拽而移動(dòng)。
[0027]本發(fā)明的煤炭地下氣化爐的構(gòu)建階段包括:
[0028]首先，在煤層某一點(diǎn)打豎直鉆井C至煤層下部，在煤層裂隙發(fā)育方向打包含有水平段的第二定向鉆井Cl、C2，第二定向鉆井Cl、C2的水平段位于煤層中下部靠近煤層底板位置，末端指向豎直鉆井C，并與之相導(dǎo)通，構(gòu)成點(diǎn)火系統(tǒng)；
[0029]然后，待點(diǎn)火通道構(gòu)建完成，封存點(diǎn)火豎直鉆井C，將第二定向鉆井Cl、C2作為出氣井使用，形成出氣系統(tǒng)；
[0030]最后，在與第二定向鉆井Cl、C2相垂直方向鉆出多個(gè)彼此平行的相互間隔10?30m的第一定向鉆井Al?A7、BI?B7，構(gòu)成進(jìn)氣系統(tǒng)，第一定向鉆井Al?A7、BI?B7的末端與第二定向鉆井Cl、C2相通(鉆井時(shí)打至漏漿)，每鉆完一口井最好在煤層裸孔段下入支護(hù)裝置進(jìn)行鉆孔支護(hù)，支護(hù)裝置可以是篩管或無(wú)縫管，材質(zhì)可以是PVC、可燃材料或玻璃鋼，優(yōu)選為無(wú)縫玻璃鋼管。
[0031]利用本發(fā)明的煤炭地下氣化爐進(jìn)行煤炭地下氣化的方法包括:
[0032]在豎直鉆井底部點(diǎn)燃煤層；
[0033]從第二定向鉆井注氣點(diǎn)注入氣化劑，引導(dǎo)燃燒火區(qū)向第二定向鉆井注氣點(diǎn)方向移動(dòng)，燃燒第二定向鉆井周圍的煤層以擴(kuò)大第二定向鉆井的通道寬度到預(yù)定大小，后封存豎直鉆孔，第二定向鉆孔作為出氣孔使用；
[0034]向至少一部分第一定向鉆井中注入氣化劑，使第一定向鉆井周圍的煤層氣化得到所需的煤氣，將得到的煤氣通過(guò)第二定向鉆井輸出。
[0035]優(yōu)選地，通過(guò)可拖拽的氣化劑通入管向第一定向鉆井中注入氣化劑；并在得到的煤氣中的有效組分的含量明顯下降時(shí)，通過(guò)拖拽氣化劑通入管，改變氣化劑的注入位置以引導(dǎo)燃燒區(qū)移動(dòng)。
[0036]具體地，為使煤炭地下氣化爐成型并開始規(guī)模化生產(chǎn)。首先，在豎直鉆井C底部點(diǎn)燃煤層，從第二定向鉆井C1、C2注氣點(diǎn)注入氣化劑，引導(dǎo)燃燒火區(qū)向第二定向鉆井C1、C2注氣點(diǎn)方向移動(dòng)(即逆向貫通，也可通過(guò)拖拽式氣化劑注入管實(shí)現(xiàn)逆向貫通)，燃燒第二定向鉆井Cl、C2周圍的煤層以擴(kuò)大第二定向鉆井Cl、C2的通道尺寸，直至第二定向鉆井Cl、C2水平段的煤層燃燒通道寬度達(dá)到2?3m且與所有進(jìn)氣系統(tǒng)的第一定向鉆井導(dǎo)通為止，認(rèn)為煤炭地下氣化爐構(gòu)建完成。然后，將第二定向鉆井C1、C2作為出氣系統(tǒng)，第一定向鉆井Al?A7、B1?B7中的至少一部分鉆井作進(jìn)氣系統(tǒng)，將連續(xù)氣化劑注入管的注氣端下放至進(jìn)氣系統(tǒng)的各個(gè)鉆井前端，通過(guò)連續(xù)氣化劑注入管控制注氣速率，氣化注氣端前方的煤層。當(dāng)生產(chǎn)的煤氣中的有效組分的含量有明顯下降時(shí)，通過(guò)地面拖拽設(shè)備將連續(xù)氣化劑注入管注氣端后撤4?20m，繼續(xù)注氣引導(dǎo)燃燒區(qū)向連續(xù)氣化劑注入管方向移動(dòng)，等煤氣中有效組分含量再次明顯下降時(shí)，再次后撤連續(xù)氣化劑注入管，直至燃燒區(qū)擴(kuò)展至第一定向鉆井入煤點(diǎn)附近。
[0037]根據(jù)所生產(chǎn)煤氣的用途，在壓裂、火力貫通和氣化階段，使用的氣體最好一致，以免給煤氣的后續(xù)工段造成不良影響。比如，所生產(chǎn)的煤氣用于燃燒發(fā)電，各階段用氣最好都是富氧空氣；所生產(chǎn)的煤氣用于合成甲烷，各階段用