CN103628855A - 一种地下气化通道构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下气化通道构建方法，所述方法包括如下步骤：（1）将催化剂注入定向钻井，使催化剂布设到煤层裂隙中；（2）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道。所述方法通过定向钻井将催化剂预置到煤层中，操作简便，并可实现预定位置的催化剂的布设，实现了气化通道的快速构建。
Description
技术领域
本发明属于煤炭地下气化生产领域，涉及一种地下气化通道构建方法，具体涉及一种煤炭地下气化通道构建方法。
背景技术
煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程，整个过程在气化通道内完成。在进行地下气化过程中，可通过机械方法预先建立较小的气化通道，但机械方法建立的通道存在一定的缩孔现象，煤层裂隙较小，气化剂不容易到达煤层表面，不利于引火，导致在逆向引火过程中压力较高，引火速度较慢，通道的贯通及加工周期较长。可见，气化通道构建是制约煤炭地下气化规模化、工业化生产的主要因素，因此解决气化炉通道快速构建是十分重要的。
在煤炭的地面气化中，使用催化剂可获得节能降耗、减少资源浪费的优异效果。但由于煤炭地下气化具有的特殊性，现有煤炭地面催化气化中所用的各种技术手段无法应用到煤炭的地下气化中。
CN101113671B公开了一种可将催化剂均匀布设到煤层中的方法，其通过将含有催化剂的高压流体注入垂直钻井内，利用因注入井与辅助井存在压差而通过煤层裂隙向辅助井方向流动，实现催化剂颗粒布设到煤层裂隙中。该方法采用的是向垂直钻井注入催化剂的方式，该种方法操作难度大，无法实现预定位置的催化剂布设，且通道贯通速度较慢。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种地下气化通道构建方法，所述方法包括如下步骤：
（1）将催化剂注入定向钻井，使催化剂布设到煤层裂隙中；
（2）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道。
与已有技术相比，本发明通过将催化剂注入定向钻井，使催化剂布设到煤层裂隙中，操作简便，根据定向钻井的加工方向可实现预定位置的催化剂的布设。而且，在气化通道贯通之前，首先在气化通道周边的煤层预置催化剂，在催化剂的作用下，贯通和加工通道的速度显著提高，实现了气化通道的快速构建。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述步骤（1）为在定向钻井施工过程中将催化剂注入定向钻井，使其布设到煤层裂隙中；
或，待定向钻井施工结束后，将催化剂注入定向钻井通道内，使其布设到煤层裂隙中。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，在定向钻井施工过程中注入的催化剂是添加到定向钻井施工的泥浆中，在定向钻井施工过程中，随着泥浆在煤层中的水平通道内循环，泥浆中的催化剂滞留，使其布设到煤层裂隙中。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，待定向钻井施工结束后注入的催化剂是随高压流体注入到定向钻井通道内，高压流体携带着催化剂向水平通道内的煤层扩散，使其布设到煤层裂隙中。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述高压流体为高压液体或高压气体。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述催化剂的活性组分为CuO和Na2O；或，CuO和Na2O，以及MnO2、CeO2、Co3O4、Fe2O3、V2O5中的任一或任意组合。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，以催化剂的质量为100wt%计，所述CuO含量为0.5wt～10wt%，所述Na2O含量为0.5wt～10wt%。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述待定向钻井施工结束后注入的催化剂为金属离子浓盐水。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述金属离子为Na+和Ca2+；或，Na+和Ca2+，以及Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+中的任一或任意组合。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述Na+的浓度为1000～2000mg/ml，所述Ca2+的浓度为200～500mg/l。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过将催化剂注入定向钻井，使催化剂布设到煤层裂隙中，操作简便，根据定向钻井的加工方向可实现预定位置的催化剂的布设。而且，在气化通道贯通之前，首先在气化通道周边的煤层预置催化剂，在催化剂的作用下，贯通和加工通道的速度显著提高，实现了气化通道的快速构建。
附图说明
图1是预置催化剂的待气化煤层的侧视图；
图2是预置催化剂的待气化煤层的俯视图。
附图标记如下所示：
A-定向钻井；B-垂直钻井；C-预置在煤层的催化剂；D-气化通道；E-待气化煤层；F-覆盖层。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
在本发明的一种典型的实施方式中，一种地下气化通道构建方法，所述方法包括如下步骤：
（1）将催化剂注入定向钻井，使催化剂布设到煤层裂隙中；
（2）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道。
本发明所述方法采用定向钻井和垂直钻井结合的方法，钻井由地面钻至煤层，定向钻井和垂直钻井通过在煤层中的通道连接。
本发明将催化剂注入定向钻井，使催化剂布设到煤层裂隙中，在出气钻井附近进行煤层点火后，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始煤层的气化。
本发明通过将催化剂注入定向钻井，使催化剂布设到煤层裂隙中，操作简便，根据定向钻井的加工方向可实现预定位置的催化剂的布设。而且，在气化通道贯通之前，首先在气化通道周边的煤层预置催化剂，在催化剂的作用下，贯通和加工通道的速度显著提高，实现了气化通道的快速构建。
根据本发明，所述步骤（1）为在定向钻井施工过程中将催化剂注入定向钻井，使其布设到煤层裂隙中；
或，待定向钻井施工结束后，将催化剂注入定向钻井通道内，使其布设到煤层裂隙中。
根据本发明，在定向钻井施工过程中注入的催化剂是添加到定向钻井施工的泥浆中，在定向钻井施工过程中，随着泥浆在煤层中的水平通道内循环，泥浆中的催化剂滞留，使其布设到煤层裂隙中。
根据本发明，待定向钻井施工结束后注入的催化剂是随高压流体注入到定向钻井通道内，高压流体携带着催化剂向水平通道内的煤层扩散，使其布设到煤层裂隙中。
根据本发明，所述高压流体为高压液体或高压气体，所述高压气体为高压空气，所述高压液体为高压水。
本发明中所述高压流体指压力为1～10MPa的流体。
根据本发明，所述催化剂的活性组分为CuO和Na2O；或，CuO和Na2O，以及MnO2、CeO2、Co3O4、Fe2O3、V2O5中的任一或任意组合。
根据本发明，以催化剂的质量为100wt%计，所述CuO含量为0.5wt～10wt%，所述Na2O含量为0.5wt～10wt%。
所述CuO含量例如为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%或9.5%。
所述Na2O含量例如为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%或9.5%。
根据本发明，以催化剂的质量为100wt%计，当活性组分含有MnO2时，MnO2含量为0～5%，不包括0，例如0.05%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%或4.5%。
根据本发明，以催化剂的质量为100wt%计，当活性组分含有CeO2时，CeO2含量为0～3%，不包括0，例如0.05%、0.4%、0.8%、1.2%、1.5%、1.8%、2.1%、2.4%、2.7%或2.9%。
根据本发明，以催化剂的质量为100wt%计，当活性组分含有Co3O4时，Co3O4含量为0～5%，不包括0，例如0.05%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%或4.5%。
根据本发明，以催化剂的质量为100wt%计，当活性组分含有Fe2O3时，Fe2O3含量为0～10%，不包括0，例如0.05%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%或9.5%。
根据本发明，以催化剂的质量为100wt%计，当活性组分含有V2O5时，V2O5含量为0～5%，不包括0，例如0.05%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%或4.5%。
根据本发明，所述催化剂的载体为分子筛、活性炭、Al2O3或者堇青石中的任一或者任意组合。
所述催化剂的制备方法为已有技术，例如可采用采用浸渍法将含有催化活性成份的金属盐担载在载体表面，然后进行高温煅烧，最终制成催化剂。
根据本发明，所述待定向钻井施工结束后注入的催化剂为金属离子浓盐水。
根据本发明，所述金属离子为Na+和Ca2+；或，Na+和Ca2+，以及Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+中的任一或任意组合。
根据本发明，所述Na+的浓度为1000～2000mg/ml，所述Ca2+的浓度为200～500mg/l。
所述Na+的浓度例如为1100mg/ml、1200mg/ml、1300mg/ml、1400mg/ml、1500mg/ml、1600mg/ml、1700mg/ml、1800mg/ml或1900mg/ml。
所述Ca2+的浓度例如为230mg/ml、260mg/ml、290mg/ml、320mg/ml、350mg/ml、380mg/ml、410mg/ml、440mg/ml或470mg/ml。
根据本发明，当金属离子含有Fe2+时，其浓度为0～0.6mg/l，不包括0，例如0.05mg/l、0.1mg/l、0.15mg/l、0.2mg/l、0.25mg/l、0.3mg/l、0.35mg/l、0.4mg/l、0.45mg/l、0.5mg/l或0.55mg/l。
根据本发明，当金属离子含有Mn2+时，其浓度为0～0.2mg/l，不包括0，例如0.02mg/l、0.04mg/l、0.06mg/l、0.08mg/l、0.1mg/l、0.12mg/l、0.14mg/l、0.16mg/l或0.18mg/l。
根据本发明，当金属离子含有Cu2+时，其浓度为0～0.1mg/l，不包括0，例如0.01mg/l、0.02mg/l、0.03mg/l、0.04mg/l、0.05mg/l、0.06mg/l、0.07mg/l、0.08mg/l或0.09mg/l。
根据本发明，当金属离子含有Zn2+时，其浓度为0～0.1mg/l，不包括0，例如0.01mg/l、0.02mg/l、0.03mg/l、0.04mg/l、0.05mg/l、0.06mg/l、0.07mg/l、0.08mg/l或0.09mg/l。
所述浓度mg/l即每升浓盐水中所含有的金属离子的质量。
待煤层中布设好催化剂的物质后，在垂直钻井中点火，然后调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始气化通道的构建。
具体实施方式1
一种地下气化通道构建方法，所述方法包括如下步骤：
（1’）在定向钻井施工过程中将催化剂添加到定向钻井施工的泥浆中，在定向钻井施工过程中，随着泥浆在煤层中的水平通道内循环，泥浆中的催化剂滞留，使其布设到煤层裂隙中；
（2’）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道。
具体实施方式2
一种地下气化通道构建方法，所述方法包括如下步骤：
（1’）待定向钻井施工结束后，将含有催化剂的高压流体注入到定向钻井通道内，高压流体携带着催化剂向水平通道内的煤层扩散，使其布设到煤层裂隙中；
（2’）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道。
具体实施方式3
一种地下气化通道构建方法，所述方法包括如下步骤：
（1’）在定向钻井施工过程中将催化剂添加到定向钻井施工的泥浆中，在定向钻井施工过程中，随着泥浆在煤层中的水平通道内循环，泥浆中的催化剂滞留，使其布设到煤层裂隙中；
（2’）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道；
其中，上述催化剂的活性组分为CuO和Na2O，以及MnO2、CeO2、Co3O4、Fe2O3、V2O5中的任一或任意组合，以催化剂的质量为100%计，CuO含量为0.5～10%，Na2O含量为0.5～10%。
具体实施方式4
一种地下气化通道构建方法，所述方法包括如下步骤：
（1’）待定向钻井施工结束后，将含有催化剂的高压流体注入到定向钻井通道内，高压流体携带着催化剂向水平通道内的煤层扩散，使其布设到煤层裂隙中；
（2’）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道；
其中，上述催化剂的活性组分为CuO和Na2O，以及MnO2、CeO2、Co3O4、Fe2O3、V2O5中的任一或任意组合，以催化剂的质量为100%计，CuO含量为0.5～10%，Na2O含量为0.5～10%。
具体实施方式5
一种地下气化通道构建方法，所述方法包括如下步骤：
（1’）待定向钻井施工结束后，将催化剂注入到定向钻井通道内，使其布设到煤层裂隙中；
（2’）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道；
其中，上述催化剂为金属离子浓盐水，所述金属离子为Na+和Ca2+，以及Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+中的任一或任意组合，所述Na+的浓度为1000～2000mg/ml，所述Ca2+的浓度为200～500mg/l。
具体实施例1
如图1和2所示，在待气化煤层E首先施工定向钻井A和垂直钻井B，定向钻井的水平长度为100-300米，并且定向钻井水平段与垂直钻井B连通。定向钻施工结束以后，通过定向钻井A将含有预置在煤层的催化剂C的高压液体或者是高压气体压入煤层内的气化通道D，高压液体或高压气体携带着催化剂颗粒向煤层四周扩散，使催化剂预置到通道周边的煤层裂隙中。
催化剂预置完以后，在垂直钻井B附近进行煤层点火，然后从定向钻井A进气，垂直钻井B作为出气孔，进行气化通道D的构建。
催化剂采用浸渍法制得，活性组分为金属氧化物的混合物，其中包括CuO（0.8%）、Na2O（0.2%）、MnO2（0.4%）以及CeO2（0.8%），采用分子筛作为催化剂的载体。
具体实施例2
如图1和2所示，在待气化煤层E首先施工定向钻井A和垂直钻井B，定向钻井的水平长度为100-300米，并且定向钻井水平段与垂直钻井B连通。钻井施工结束以后，通过定向钻井A将含有金属离子的浓盐水注入煤层内的气化通道D，浓盐水中的金属离子渗透到气化通道D周边的煤层，使金属离子预置到通道周边的煤层裂隙中。然后在垂直钻井B附近进行煤层点火，然后从定向钻井A进气，垂直钻井B作为出气孔，进行气化通道的构建，预置在煤层裂隙中的金属离子在热作用下形成金属氧化物，对煤气化具有催化效果，从而达到加快通道构建速度的效果。
浓盐水中的金属离子为：Fe2+（0.5mg/l）、Na+（2000mg/l）、Ca2+（500mg/l）。
具体实施例3
在待气化煤层首先施工垂直钻井。然后，将催化剂添加到定向钻井施工使用的泥浆中，制成含有催化剂成分的泥浆悬浊液。定向钻井施工过程中，在一定的压力作用下，随着泥浆在煤层中的水平通道内循环，泥浆中的催化剂滞留，使其布设到煤层裂隙中。其中，定向钻井的水平长度为100-300米，并且定向钻井水平段与垂直钻井连通。
催化剂预置完以后，在垂直钻井附近进行煤层点火，然后从定向钻井进气，垂直钻井作为出气孔，进行气化通道的构建。
催化剂采用浸渍法制得，活性组分为CuO、Na2O、MnO2和CeO2的混合物，其中包括CuO（10%）、Na2O（0.5%）、Fe2O3（6%）以及V2O5（3%），采用Al2O3颗粒作为催化剂的载体。
具体实施例4
在待气化煤层首先施工垂直钻井。然后，将催化剂添加到定向钻井施工中的泥浆中，制成含有催化剂成分的泥浆悬浊液。定向钻井施工过程中，在一定的压力作用下，随着泥浆在煤层中的水平通道内循环，泥浆中的催化剂滞留，使其布设到煤层裂隙中。定向钻井的水平长度为100-300米，并且定向钻井水平段与垂直钻井连通。
催化剂预置完以后，在垂直钻井附近进行煤层点火，然后从定向钻井进气，垂直钻井作为出气孔，进行气化通道的构建。
催化剂采用浸渍法制得，活性组分为CuO、Na2O和Co3O4的混合物，其中包括CuO（2%）、Na2O（0.5%）和Co3O4（5%），采用活性炭作为催化剂的载体。
具体实施例5
在待气化煤层首先施工定向钻井和垂直钻井，定向钻井的水平长度为100-300米，并且定向钻井水平段与垂直钻井连通。定向钻井施工结束以后，通过定向钻井将含有催化剂的高压液体压入煤层内的气化通道，高压液体携带着催化剂颗粒向煤层四周扩散，使催化剂预置到通道周边的煤层裂隙中。
催化剂预置完以后，在垂直钻井附近进行煤层点火，然后从定向钻井进气，垂直钻井作为出气孔，进行气化通道的构建。
催化剂采用浸渍法制得，催化剂的活性组分为CuO、Na2O和Co3O4的混合物，其中包括CuO（3%）、Na2O（10%）、V2O5（1%）和Co3O4（0.05%），采用活性炭作为催化剂的载体。
具体实施例6
在待气化煤层首先施工定向钻井和垂直钻井，定向钻井的水平长度为100-300米，并且定向钻井水平段与垂直钻井连通。钻井施工结束以后，通过定向钻井将含有金属离子的浓盐水注入煤层内的气化通道，浓盐水中的金属离子渗透到气化通道周边的煤层，使金属离子预置到通道周边的煤层裂隙中。然后在垂直钻井附近进行煤层点火，然后从定向钻井进气，垂直钻井作为出气孔，进行气化通道的构建，预置在煤层裂隙中的金属离子在热作用下形成金属氧化物，对煤气化具有催化效果，从而达到加快通道构建速度的效果。
浓盐水中的金属离子为：Na+（1000mg/ml）、Fe2+（0.02mg/l）、Mn2+（0.2mg/l）、Cu2+（0.1mg/ml）和Ca2+（200mg/l）。
具体实施例7
在待气化煤层首先施工定向钻井和垂直钻井，定向钻井的水平长度为100-300米，并且定向钻井水平段与垂直钻井连通。钻井施工结束以后，通过定向钻井将含有金属离子的浓盐水注入煤层内的气化通道，浓盐水中的金属离子渗透到气化通道周边的煤层，使金属离子预置到通道周边的煤层裂隙中。然后在垂直钻井附近进行煤层点火，然后从定向钻井进气，垂直钻井作为出气孔，进行气化通道的构建，预置在煤层裂隙中的金属离子在热作用下形成金属氧化物，对煤气化具有催化效果，从而达到加快通道构建速度的效果。
浓盐水中的金属离子为：Na+（1200mg/ml）、Mn2+（0.02mg/l）、Cu2+（0.02mg/ml）、Zn2+（0.1mg/ml）和Ca2+（300mg/l）。
具体实施例8
在待气化煤层首先施工定向钻井和垂直钻井，定向钻井的水平长度为100-300米，并且定向钻井水平段与垂直钻井连通。钻井施工结束以后，通过定向钻井将含有金属离子的浓盐水注入煤层内的气化通道，浓盐水中的金属离子渗透到气化通道周边的煤层，使金属离子预置到通道周边的煤层裂隙中。然后在垂直钻井附近进行煤层点火，然后从定向钻井进气，垂直钻井作为出气孔，进行气化通道的构建，预置在煤层裂隙中的金属离子在热作用下形成金属氧化物，对煤气化具有催化效果，从而达到加快通道构建速度的效果。
浓盐水中的金属离子为：Na+（1300mg/ml）、Fe2+（0.02mg/l）、Cu2+（0.1mg/ml）、Zn2+（0.02mg/ml）和Ca2+（400mg/l）。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种地下气化通道构建方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）将催化剂注入定向钻井，使催化剂布设到煤层裂隙中；
（2）在垂直钻井中点火，调整定向钻井进气，垂直钻井出气，开始构建气化通道。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）为在定向钻井施工过程中将催化剂注入定向钻井，使其布设到煤层裂隙中；
或，待定向钻井施工结束后，将催化剂注入定向钻井通道内，使其布设到煤层裂隙中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在定向钻井施工过程中注入的催化剂是添加到定向钻井施工的泥浆中，在定向钻井施工过程中，随着泥浆在煤层中的水平通道内循环，泥浆中的催化剂滞留，使其布设到煤层裂隙中。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，待定向钻井施工结束后注入的催化剂是随高压流体注入到定向钻井通道内，高压流体携带着催化剂向水平通道内的煤层扩散，使其布设到煤层裂隙中。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述高压流体为高压液体或高压气体。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述催化剂的活性组分为CuO和Na2O；
或，CuO和Na2O，以及MnO2、CeO2、Co3O4、Fe2O3、V2O5中的任一或任意组合。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，以催化剂的质量为100wt%计，所述CuO含量为0.5wt～10wt%，所述Na2O含量为0.5wt～10wt%。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待定向钻井施工结束后注入的催化剂为金属离子浓盐水。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述金属离子为Na+和Ca2+；或，Na+和Ca2+，以及Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+中的任一或任意组合。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述Na+的浓度为1000～2000mg/ml，所述Ca2+的浓度为200～500mg/l。
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