CN102287177A - 一种地下煤炭气化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下煤炭气化的方法，包括在气化作业区设置若干个注入井和采气井，通过流体介质向注入井和采气井中加入催化剂和支撑剂，并利用压裂装置对煤层进行压裂改造，形成大面积裂隙裂缝，在注入井和采气井之间以定向井的方式形成气化通道，通过注入井注入气化剂、催化剂及水，促使煤层燃烧并进行化学反应，通过回收装置在采气井回收所产气体。本发明煤层压裂改造采用的利用大型压裂改造形成的井间裂缝通道，采用金属矿物颗粒作为井间通道支撑剂，可有效保持注采井网间的长时间有效连通，对于长期大面积规模开采起到良好的生产基础；且金属矿物颗粒能在气化过程中发挥催化聚合作用，对于提高煤制气产量具有显著的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下煤炭气化的方法，尤其是位于地下500米至数千米以下深度的煤层的气化方法。
背景技术
煤炭地下气化即直接将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生粗合成气后输出地面的一种能源采集方式，是集建井、采煤、转化工艺为一体的煤炭开发技术，特别适用于常规方法不可采或者开采不经济的煤层，以及煤矿的二次或者多次复采。
煤炭地下气化工艺要求煤层具有较强的气体渗透能力。然而煤层的天然渗透能力很差，因此在进行煤炭地下气化操作之前需要先在煤层之中贯通气化通道。通常做法是在气化剂注入井周围几个不同方向分别打井，之后向气化剂注入井注入高压气体，观察气化剂注入井周围的几口井中排除气体的量，选择排气量最大的井与气化剂注入井的连线方向作为气化通道方向。利用此方法至少要钻三口井，才能大致确定气化通道，成本较高，此外，此方法确定的气化通道效率较低，经常会出现无法贯通选择的气化通道、需要重新确定气化通道再次进行贯通的情况。
针对上述存在的确定、贯通气化通道的方法成本较高，贯通效率较低的问题，在CN1014241181A中，公开了一种煤炭地下气化通道确定、贯通方法和系统，其方法包括：测量煤层水平方向的地应力；根据测量水平方向的地应力，确定所述煤层裂隙发育方向；根据所述煤层裂隙发育方向确定所述煤炭气化通道的方向。该方法的缺陷是要提高地下气化贯通效率，节约贯通时间，还需专门安装CN201802362U所述的地下气化通道贯通装置，并且，该方法气化反应面积小，气化效率低。
在CN101586915B中，公开了一种地下煤的气化中试试验气化炉及其工艺方法，其方法包括气体供应系统、气化炉、测温测压测组分系统、高温摄像系统、煤气净化系统。气化炉外壳内衬有耐火材料。该气化炉及工艺仅适于在原煤矿巷道内使用，无法在位于地表下500m，甚至2000m深度的煤层使用。
在煤炭地下气化过程中，先将煤气化成氢气和一氧化碳等产品，然后再将合成气在催化剂作用下合成甲烷。通常选用的催化剂大多为碱金属催化剂，如碳酸钾、碳酸钠，或者多元碱金属复合催化剂，如碳酸钾-碳酸钠二元催化剂或者碳酸钾-碳酸钠-碳酸锂三元催化剂，上述催化剂存在使用量大、成本高，还需安装回收装置进行回收等问题。
发明内容
为克服现有技术之不足，本发明提供一种地下煤炭气化的方法，尤其是位于地下500m以下深度的煤层的气化方法。该方法包括：
1、根据勘测结果，确定气化作业区；
2、在气化作业区设置若干个注入井和采气井；
3、在注入井和采气井之间以定向井(可以为水平井，也可以为倾斜井)的方式形成气化通道；
4、通过注入井注入气化剂、催化剂及水，促使煤层燃烧并进行化学反应；
5、通过回收装置在采气井回收所产生气体。
上述的气化作业区面积可以在0.5平方千米以上，气化作业区之间可以设有隔离区；隔离区间隔为500米以上；
上述注入井和采气井之间的距离在150米-500米之间。当煤层气田开采后，注入井和采气井可以利用原有井网设置，实施地下煤炭气化作业。
上述的气化通道在定向钻井前，利用压裂装置对煤层进行压裂改造，向注入井和采气井中注入流体介质加入催化剂和支撑剂，注入压力大于地层的破裂压力即可，以形成大面积裂隙裂缝，与此后通过定向钻井形成的气化通道共同构成气化通道体系。
在上述的裂隙裂缝中可以注入较小颗粒的催化剂和支撑剂，如颗粒直径为1-2mm，在气化通道内注入较大颗粒的催化剂和支撑剂，如颗粒直径为10-20mm。
上述的催化剂和支撑剂可以为一种物质，如金属矿石颗粒，最好选择成本较低的铁矿石颗粒。该金属矿石颗粒既有催化剂作用，还有支撑气化通道的作用。
上述的注入井可以分设，分别为注气井，注水井，注水井位于注气井和采气井之间。
上述的气化剂可以为空气，也可以为氧气。
上述的注气井、注水井和采气井可以排列为方形队列，位于边缘的为注气井，依次排列，在开采工程中，初期的注气井燃烧后，随着燃烧区推进，注水井和采气井逐步转换为注气井和注水井。
上述的注气井、注水井和采气井可以排列为其他形状的队列，如梅花桩形，环形等。
对于多煤层的矿区最好采取先开采底层煤层，然后，依次向上层推进的方式开采。
本发明是将相对封闭的地下煤层作为一个整体气化反应容器，利用钻井工程技术以及新型定向钻井、压裂改造等工程技术作为煤层改造、注采配套工艺技术，改变现有技术波及面积小、驱替效率不高的缺点，体现大面积、高效率、高热值的开采工艺技术特点，从而达到煤资源的高效综合开发。具体优点如下：
1、本项专利技术煤制气转化工艺流程均在地下完成，不会造成如传统工艺在地面生产形成的粉尘、有毒有害气体产生的环境污染。
2、可对埋藏较深(500-数千米)难以开采利用的煤炭资源进行开发，使得难动用煤炭资源开发得到有效实施，对今后此类煤资源综合开发起到示范效应。
3、本发明采用大型压裂改造形成主次裂缝通道，以及利用定向钻井形成的定向注入通道，即结合矿场开发过程中所采用的注入驱替用流体介质、压裂、定向等采收技术，形成最大的波及效应和驱替效果，能最大程度的转化煤资源，避免资源浪费。
4、本发明由于采用在地下煤层中注入水、氧气交替还原反应，以及所利用的高效注采连通井网，在高温高压环境作用下，所采出的煤制气较现有技术其产量和燃烧值均有较大增加，对资源利用、下游生产均起到良好的节能降耗作用。
5、本发明中煤层压裂改造利用大型压裂改造形成的井间裂缝通道，采用金属矿物颗粒作为井间通道支撑剂，可有效保持注采井网间的长时间有效连通，对于长期大面积规模开采起到良好的生产基础；且金属矿物颗粒能在气化过程中发挥催化聚合作用，对于提高煤制气产量具有显著的效果。
6、本发明以气化通道作为气化反应区，省略了专门的气化炉设备，节约了成本；
7、本发明通过分设注气井和注水井，分别注入气化剂和水，有利于煤层气化反应；
8、本发明在气化作业区之间设有隔离区，有效防止了地表因气化作业而塌陷。
附图说明
图1为本发明气化作业区和隔离区的示意图；
图2为本发明气化作业区内注入井和采气井的分布方式一的示意图
图3为本发明气化作业区内注入井和采气井的分布方式二的示意图
图4为本发明气化作业区内注入井和采气井的分布方式三的示意图
图5为本发明注气井注入装置的示意图；
图6为本发明注水井注入装置的示意图；
图7为本发明注入井和采气井间气化通道示意图；
图8为本发明采气井回收装置的示意图；
图9为本发明地面回收处理工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例做进一步详述。
参照图1，本发明的气化作业区(1)之间设有隔离区(2)，气化作业区内设有注入井(3)和采气井(4)。隔离区的宽度在500m以上。
参照图2至图4，本发明的注入井(3)可以分设，分别为注气井(5)和注水井(6)，注水井(6)位于注气井(5)和采气井(4)之间。注气井(5)、注水井(6)和采气井(4)可以矩形方式排列，位于边缘的为注气井(5)，依次排列为注水井(6)和采气井(4)，在开采工程中，初期的注气井(5)燃烧后，随着燃烧区推进，注水井(6)和采气井(4)逐步转换为注气井(5)和注水井(6)。注气井(5)、注水井(6)和采气井(4)可以梅花桩形，环形或者其他方式排列。
参照图5，本发明气化剂可以是空气，也可以是氧气，系通过注气井(5)上的由气化剂注气管线(7)、防喷管(8)、套管(9)、油管(10)、封隔器(11)、阀门(12)以及单流阀(13)所组成的气化剂注入装置注入煤层。
参照图6，本发明通过由套管(14)、油管(15)、阀门(16)及单向阀(17)组成的注水装置将水注入到煤层燃烧区及其附近。
参照图7，本发明注入井和采气井间设有气化通道。
参照图8，本发明所产气体通过由套管(18)、油管(19)、阀门(20)及单向阀(21)组成的回收装置进行回收。
参照图9，本发明地面回收处理工艺包括地下产出混合流体，通过三项分离装置分离气体、液体和固体，并经过水处理装置、脱硫除尘装置等进一步处理。
Claims (14)
1.一种地下煤炭气化的方法，包括在气化作业区设置若干个注入井和采气井，其特征在于：
(1)在注入井和采气井之间以定向井的方式形成气化通道；
(2)通过注入井注入气化剂、催化剂及水，促使煤层燃烧并进行化学反应；
(3)通过回收装置在采气井回收所产气体。
2.如权利要求1所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的气化通道在定向钻井前，通过流体介质向注入井和采气井中加入催化剂和支撑剂，并利用压裂装置对煤层进行压裂改造，形成大面积裂隙裂缝，与此后通过定向钻井形成的气化通道共同构成气化通道体系。
3.如权利要求1或者2所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于在上述的裂隙裂缝中注入较小颗粒的催化剂和支撑剂，颗粒直径为1-2mm，在气化通道内注入较大颗粒的催化剂和支撑剂，颗粒直径为10-20mm。
4.如权利要求3所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的催化剂和支撑剂为金属矿石颗粒。
5.如权利要求4所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的金属矿石颗粒为铁矿石颗粒。
6.如权利要求1所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的气化作业区面积在0.5平方千米以上，气化作业区之间设有隔离区；隔离区宽度为500米以上。
7.如权利要求1或者6所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述注入井和采气井之间的距离在150米-500米之间。
8.如权利要求1所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的注入井分设为注气井和注水井，注水井位于注气井和采气井之间。
9.如权利要求1或者8所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的气化剂为空气。
10.如权利要求9所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述气化剂为氧气。
11.如权利要求1所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的注气井、注水井和采气井以方形排列，位于边缘的为注气井，依次排列，在开采中，初期的注气井燃烧后，随着燃烧区推进，注水井和采气井逐步转换为注气井和注水井。
12.如权利要求1所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的注气井、注水井和采气井以梅花桩形排列。
13.如权利要求1所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于上述的注气井、注水井和采气井以环形排列。
14.如权利要求1所述的一种地下煤炭气化的方法，其特征在于多煤层开采从底层开始，依次向上层推进的方式开采。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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