CN102418476A - 深层煤炭和煤层气联合开采技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深层煤炭资源开采技术，其特征是包括以下步骤：必须在煤层埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，倾角小于10°，压力10兆帕以上，采用石油工业最先进钻井和固井、抗高温、高压完井技术，立井、水平井结合注气、采气联合方法；先钻三口立井，井间距500米；两次井向中心井侧开钻500以上水平井，先采用特殊燃烧方法和技术，燃烧一条10米宽，1000米长通道，供采气和观察、监控等专用气化通道，相反方向根据煤层倾角坡度钻多支超长水平井。将深层部煤层气开采和深层煤炭地下气化联合开发、开采，将极大缓解我国能源紧缺的问题，同时又是绿色环保、低碳创新的能源开发新型技术，减少投资、成本低，经济价值巨大。
Description
技术领域
本发明涉及一种深层煤炭和煤层气联合开采技术，具体的是一种利用煤炭地下气化技术与采油直井、水平井结合技术，进行催化裂解、高温、高压、热传导联合开采高尖端技术，多联组合技术开采煤层气和煤炭地下气化同时在进行催化裂解、高温、高压、热传导联合开采。
背景技术
煤层气是一种洁净的新型能源，煤层气产业在美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯、英国、捷克、德国、印度等国家发展迅猛，已经成为常规天然气后又一新兴的天然气产业。与此同时，逐渐纠正了把“煤层气”作为“煤炭当中有害气体”的误解和偏见。形成了科学合理利用煤层气，接替利用煤炭资源，可以一举收到“促进煤炭生产安全、减少环境排放污染、充分利用煤层气自然资源优势获取清洁能源。
煤层气是一种储存于煤层及其邻近岩层中以自生自储式为主的天然气，包括煤层中的吸附气、煤层外的游离气和水溶气，主要成分为甲烷和重烃气体，98％为甲烷气体。
目前，在煤田进行煤炭气化绝对可以减少煤炭开采再加工对环境造成的重大污染；目前在我国800米以下煤炭有10万多亿吨深层煤田基本都处于无法开采阶段，还没有人进行研究和开发，也没有同类技术进行深部煤炭地下气化技术开采和煤层气开采。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提出一种深层煤炭和煤层气联合开采技术。本开采技术将深层部煤层气开采和深层煤炭地下气化联合开发、开采，将极大缓解我国能源紧缺的问题，同时又是绿色环保、低碳创新的能源开发新型技术，减少投资、成本低，经济价值巨大。
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：深层煤炭和煤层气联合开采技术，其特征是包括以下步骤：
一、必须在煤层埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，倾角小于10°，压力10兆帕以上，采用石油工业最先进钻井和固井、抗高温、高压完井技术，立井、水平井结合注气、采气联合方法；先钻三口立井，井间距500米；两次井向中心井侧开钻500以上水平井，先采用特殊燃烧方法和技术，燃烧一条10米宽，1000米长通道，供采气和观察、监控等专用气化通道，相反方向根据煤层倾角坡度钻多支超长水平井，1000-1500米，进行分段大型压裂；中间井位煤炭气化井，两侧为煤层气开采井，由于气化井高温燃烧加热两侧煤层实现高压热传导，煤层中水随余热蒸发；煤收缩后，煤层中甲烷气体由水平井自然采出，混合气体中并含有油物质；在煤层中打一口中心气化井，两侧钻两口采气水平井，采用油田先进的钻井方式在中心气化井煤层部位采用扩腔技术将煤层部位钻井拓宽达到1米左右，形成气化腔；在煤层偏下部位两侧各打三口1500米的超长水平井，其中一口为注气点火气化井，另外两口水平井位置分别平行于第一口水平井，钻井完成后采用抗高温技术完井和先进的压裂技术进行压裂，在煤层中形成气体通道。
二、开采煤层中的煤层气，由于地层受地层压力影响，煤层中的煤层气通过水平井采出，采出煤层气经净化、空分燃气发电，供自用电及工业，发电余热生产热蒸汽回注地下，供地下气化使用。
三、煤层气开采出来后，用气化井注入热蒸汽和电热偶加热煤层，改注富氧；控制注气量、带压燃烧、控压、控温、控火点燃煤层控制温度到500-700℃，煤层燃烧高温催化裂解后，产生大量的油物质气体，由采气井采出，带压采气，压力控制在18兆帕左右，高温形成热传导，燃烧带周围温度迅速提升，煤层表面水及内在水高温蒸发，随煤层裂解、燃烧所产生的一氧化碳、甲烷及轻组分、煤层中游离的煤层气合成混合气通过水平采气井采出。
四、煤层中煤层气采出后，加大富氧注气量，把温度提高到850-1200℃，让煤炭和煤矸石可燃体类高温全面燃烧，使煤炭进行充分燃烧地下气化，并喷入水蒸气、控温产生氢气，到以一定压力自动通过采气井喷出，实现煤炭地下气化开采最高技术组合。
五、采出混合气体分离、净化后、空分，供压力汽轮机组发电，生产煤制油及燃料油，分离出的硫化物液态处理后回注地下，真正实现全程封闭运行，无污染物排放的绿色环保能源开采。
本发明利用煤炭地下气化技术与采油直井、水平井结合技术，进行催化裂解、高温、高压、热传导联合开采高尖端技术，多联组合技术开采煤层气和煤炭地下气化同时在进行催化裂解、高温、高压、热传导联合开采高尖端技术，将深层部煤层气开采和深层煤炭地下气化联合开发、开采，将极大缓解我国能源紧缺的问题，同时又是绿色环保、低碳创新的能源开发新型技术，减少投资、成本低，经济价值巨大
基本原理：气化过程同时包含了三个反映过程：燃烧、热解和气化。
燃烧是指煤中的碳或煤层甲烷与氧气反应生成CO2、CO和H2O，同时放出热量的过程，反应方程式有：C+O2＝CO2、2C+O2＝2CO、2CO+O2＝2CO2、CH4+O2＝CO2+H2O。
热解过程是这样进行的：当煤的温度大于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高大于200℃时，煤中结合水释出；至400～500℃大部分煤气和焦油析出；在450～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；大于550℃时，半焦继续分解，析出余下的挥发物(主要成分是氢气)，半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度大于800℃，半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。主要反应方程式有：CHxOy＝(1-y)C+yCO+x/2H2
CHxOy＝(1-y-x/8)C+yCO+x/4H2+x/8CH4。
气化反应方程式：水蒸气气化C+H2O＝CO+H2
二氧化碳还原C+CO2＝2CO
碳加氢气化C+2H2＝CH4。
在以上过程中，当燃烧反应生成了二氧化碳和足够的热量后，后面的反应开始发生，期间还发生其它几个伴随反应：氢燃烧反应2H2+O2＝2H2O、变换反应CO+H2O＝CO2+H2、甲烷化反应CO+3H2＝CH4+H2O，这些过程均为放热过程，提供了热解与气化所需的热量；因为煤层具有一定渗透性，热量和二氧化碳等会向煤层深部渗透，同时因为燃烧是在有控制的条件下完成，因此热解和气化反应发生面积要大于燃烧区域。
最主要化学反映方程式：C+H2O(高温)→CO+H2
CH4+H2O(高温)→CO+3H2
C+2H2O(高温)→CO2+2H2
附图说明
图1是本发明的基本工艺路线图；
图2是本发明的基本楖念图；
1-混合气生产井、2-注富氧气化井、3-煤层气生产井、4-水平井、5-目的煤层、6-连续管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：
实施例：参见附图1、2，深层煤炭和煤层气联合开采技术，其特征是包括以下步骤：
一、必须在煤层埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，倾角小于10°，压力10兆帕以上，采用石油工业最先进钻井和固井、抗高温、高压完井技术，立井、水平井结合注气、采气联合方法；先钻三口立井，井间距500米；两次井向中心井侧开钻500以上水平井，先采用特殊燃烧方法和技术，燃烧一条10米宽，1000米长通道，供采气和观察、监控等专用气化通道，相反方向根据煤层倾角坡度钻多支超长水平井，1000-1500米，进行分段大型压裂；中间井为煤炭气化井，两侧为煤层气开采井，由于气化井高温燃烧加热两侧煤层实现高压热传导，煤层中水随余热蒸发；煤收缩后，煤层中甲烷气体由水平井自然采出，混合气体中并含有油物质；在煤层中打一口中心气化井，两侧钻两口采气水平井，采用油田先进的钻井方式在中心气化井煤层部位采用扩腔技术将煤层部位钻井拓宽达到1米左右，形成气化腔；在煤层偏下部位两侧各打三口1500米的超长水平井，其中一口为注气点火气化井，另外两口水平井位置分别平行于第一口水平井，钻井完成后采用抗高温技术完井和先进的压裂技术进行压裂，在煤层中形成气体通道。
二、开采煤层中的煤层气，由于地层受地层压力影响，煤层中的煤层气通过水平井采出，采出煤层气经净化、空分燃气发电，供自用电及工业，发电余热生产热蒸汽回注地下，供地下气化使用。
三、煤层气开采出来后，用气化井注入热蒸汽和电热偶加热煤层，改注富氧；控制注气量、带压燃烧、控压、控温、控火点燃煤层控制温度到500-700℃，煤层燃烧高温催化裂解后，产生大量的油物质气体，由采气井采出，带压采气，压力控制在18兆帕左右，高温形成热传导，燃烧带周围温度迅速提升，煤层表面水及内在水高温蒸发，随煤层裂解、燃烧所产生的一氧化碳、甲烷及轻组分、煤层中游离的煤层气合成混合气通过水平采气井采出。
四、煤层中煤层气采出后，加大富氧注气量，把温度提高到850-1200℃，让煤炭和煤矸石可燃体类高温全面燃烧，使煤炭进行充分燃烧地下气化，并喷入水蒸气、控温产生氢气，到以一定压力自动通过采气井喷出，实现煤炭地下气化开采最高技术组合。
五、采出混合气体分离、净化后、空分，供压力汽轮机组发电，生产煤制油及燃料油，分离出的硫化物液态处理后回注地下，真正实现全程封闭运行，无污染物排放的绿色环保能源开采。
Claims (1)
1.一种深层煤炭和煤层气联合开采技术，其特征是包括以下步骤：
一、必须在煤层埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，倾角小于10°，压力10兆帕以上，采用石油工业最先进钻井和固井、抗高温、高压完井技术，立井、水平井结合注气、采气联合方法；先钻三口立井，井间距500米；两次井向中心井侧开钻500以上水平井，先采用特殊燃烧方法和技术，燃烧一条10米宽，1000米长通道，供采气和观察、监控等专用气化通道，相反方向根据煤层倾角坡度钻多支超长水平井，1000-1500米，进行分段大型压裂；中间井位煤炭气化井，两侧为煤层气开采井，由于气化井高温燃烧加热两侧煤层实现高压热传导，煤层中水随余热蒸发；煤收缩后，煤层中甲烷气体由水平井自然采出，混合气体中并含有油物质；在煤层中打一口中心气化井，两侧钻两口采气水平井，采用油田先进的钻井方式在中心气化井煤层部位采用扩腔技术将煤层部位钻井拓宽达到1米左右，形成气化腔；在煤层偏下部位两侧各打三口1500米的超长水平井，其中一口为注气点火气化井，另外两口水平井位置分别平行于第一口水平井，钻井完成后采用抗高温技术完井和先进的压裂技术进行压裂，在煤层中形成气体通道。
二、开采煤层中的煤层气，由于地层受地层压力影响，煤层中的煤层气通过水平井采出，采出煤层气经净化、空分燃气发电，供自用电及工业，发电余热生产热蒸汽回注地下，供地下气化使用。
三、煤层气开采出来后，用气化井注入热蒸汽和电热偶加热煤层，改注富氧；控制注气量、带压燃烧、控压、控温、控火点燃煤层控制温度到500-700℃，煤层燃烧高温催化裂解后，产生大量的油物质气体，由采气井采出，带压采气，压力控制在18兆帕左右，高温形成热传导，燃烧带周围温度迅速提升，煤层表面水及内在水高温蒸发，随煤层裂解、燃烧所产生的一氧化碳、甲烷及轻组分、煤层中游离的煤层气合成混合气通过水平采气井采出。
四、煤层中煤层气采出后，加大富氧注气量，把温度提高到850-1200℃，让煤炭和煤矸石可燃体类高温全面燃烧，使煤炭进行充分燃烧地下气化，并喷入水蒸气、控温产生氢气，到以一定压力自动通过采气井喷出，实现煤炭地下气化开采最高技术组合。
五、采出混合气体分离、净化后、空分，供压力汽轮机组发电，生产煤制油及燃料油，分离出的硫化物液态处理后回注地下，真正实现全程封闭运行，无污染物排放的绿色环保能源开采。
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