CN103726818A

CN103726818A - 一种地下气化点火方法

Info

Publication number: CN103726818A
Application number: CN201310717057.9A
Authority: CN
Inventors: 陈�峰; 刘洪涛
Original assignee: ENN Coal Gasification Mining Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-04-16
Also published as: WO2015096290A1; US20160251950A1; EP3088660A1; ZA201602967B

Abstract

本发明公开了一种地下气化点火方法，所述方法包括如下步骤：打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉；用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；在定向钻井末端的垂直井中点火。本发明所述方法具有点火效率高且贯通速度快的优势。

Description

一种地下气化点火方法

技术领域

本发明涉及一种地下气化点火方法，适用于煤炭地下气化等领域。

背景技术

煤炭地下气化（underground coal gasification）将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的过程。作为一项洁净煤技术，在开采劣质煤层、较深煤层、薄煤层以及“三下”（水体下、建筑物下、路下）压煤等具有显著技术优势，特别适用于“富煤、少油、缺气”的我国能源国情。煤炭地下气化技术具有投资少、建设周期短、环境友好等经济和社会效益，受到国际煤炭行业的高度关注。近年来，随着能源形势的日趋紧张，科研院所和相关企业都投入了煤炭地下气化技术的开发，使之得到了快速的发展。

在煤炭地下气化技术应用过程中，气化炉点火与通道的贯通与加工是一个非常重要的过程。目前的地下气化工艺过程，通道的加工多采用空气火力渗透法、水力压裂法和电力贯通法，贯通速度较慢。

已有的地下气化炉点火主要为首先打造垂直井，然后在垂直井中点火，首先在垂直井的井底建立火区，然后打造定向钻井，由于火区已形成，定向钻井实际上是在热态下进行加工，定向钻井结束加工后，对其通道进行火力贯通，由于点火时只加工了垂直井，因此火区形成时垂直井贯通速度慢，通道加工时间长，火焰移动速度慢造成点火效率低。

发明内容

针对已有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种煤炭地下气化点火方法，具体涉及一种地下气化点火方法，所述方法包括如下步骤：

（1）打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉；

（2）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；

（3）在定向钻井末端的垂直井中点火。本发明首先打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉，然后在冷态下对气化炉中煤层进行压裂，在定向钻井末端的垂直井中点火。该方法具有点火效率高且贯通速度快的优势。

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。

任选地，在本发明提供的技术方案的基础上，步骤（3）后进行步骤（4）：

当火源形成后，进行进出气孔切换，火力加工气化通道。

任选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述步骤（4）中进行进出气孔切换为切换点火垂直井出气。

任选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述步骤（4）中当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，垂直井的数量为1个，

所述步骤（3）在定向钻井末端的垂直井中点火，定向钻井出气。优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，垂直井的数量为至少2个，

所述步骤（3）在定向钻井末端的其中1个垂直井中点火，剩余垂直井中的至少一个出气，同时对定向钻井进行保压。优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，步骤（3）所述的保压为使压力保持在0.3～1.0MPa。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述煤为褐煤，垂直井距离定向钻井通道的垂直距离为2～10米。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述煤为烟煤，垂直井距离定向钻井通道的垂直距离为1～5米。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，点火使用气化剂为含氧气体，所述含氧气体的氧气浓度≥21%。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明首先打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉；用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；在定向钻井末端的垂直井中点火。本发明所述方法具有点火效率高且贯通速度快的优势。

附图说明

图1是具体实施例1的点火方法工艺流程图。

图2是具体实施例1点火过程侧视图。

图3是具体实施例1点火贯通过程俯视图。

图4是具体实施例2点火过程侧视图。

图5是具体实施例2点火贯通过程俯视图。

图6是具体实施例3的点火方法工艺流程图。

图7是具体实施例3点火过程侧视图。

图8是具体实施例3点火贯通过程俯视图。

图9是具体实施例4的点火方法工艺流程图。

图10是具体实施例4点火过程侧视图。

图11是具体实施例4点火贯通过程俯视图。

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，一种地下气化点火方法，包括如下步骤：

（1）打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉；

（2）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；

（3）在定向钻井末端的垂直井中点火。本发明首先打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉；用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；在定向钻井末端的垂直井中点火。而且，本发明首先建立由定向钻井和垂直井组成的气化炉，冷态压裂后进行垂直井点火，先建立定向钻井后压裂，由于已经形成了水平通道因此可以使得压裂效率提高、经过压裂的通道点火后，贯通速度会加快，由于火焰工作面移动速度加快，使得点火效率提高，并且由于现在工业性气化炉多由定向钻井构建，因此有利于后续定向钻井构建气化炉的运行。

另外，本发明还克服了已有技术先在垂直井井底建立火区，然后定向钻井在热态下进行加工，贯通过程受定向钻井加工影响较大的缺点。

根据本发明，步骤（3）后进行步骤（4）：

当火源形成后，进行进出气孔切换，火力加工气化通道。根据本发明，所述步骤（4）中进行进出气孔切换为切换点火垂直井出气。

根据本发明，所述步骤（4）中当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成。

本发明步骤（4）在已有技术的基础上增加了可靠的控制方法，从煤气出口燃煤量判断火源是否形成，以便及时进行进气孔的切换，防止局部通道过宽造成煤层顶板塌陷。

根据本发明，当垂直井的数量为1个时，

所述步骤（3）在定向钻井末端的垂直井进行点火，定向钻井出气。

当垂直井数量为1个时，步骤（3）利用垂直井点火，定向钻井出气，当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成，则进行进出气孔的切换，改为定向钻井进气，垂直井出气。

根据本发明，当垂直井的数量为至少2个时，

所述步骤（3）在定向钻井末端的其中1个垂直井进行点火，剩余垂直井中的至少一个出气，同时对定向钻井进行保压。

垂直井的数量为2个时，步骤（3）利用其中1个垂直井点火，另一垂直井出气，当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成，则进行进出气孔的切换，可根据点火孔的位置切换为定向钻井或原出气垂直井进气点火垂直井出气，其目的均是为火力加工气化通道，以使气化通道贯通。

垂直井的数量为至少3个时，步骤（3）首先选择其中的任意一个垂直井进行点火，剩余垂直井中的至少1个出气，当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成，则进行进出气孔的切换，可根据点火孔的位置切换为定向钻井、辅助井或原出气井进气，点火垂直井出气，其目的均是为火力加工气化通道，以使气化通道贯通。所述辅助井即除步骤（3）点火的垂直井和原出气井以外的垂直井。

本发明步骤（3）在垂直井点火贯通过程中对定向钻井进行保压处理，一方面防止定向钻井完工后不及时使用出现堵塞现象，另一方面对定向钻井进行保压可以有效地控制地下水的涌入。

所述垂直井的数量为至少1个，例如1个、2个、3个、4个、5个、6个或7个等。

所述垂直井的孔径为200～400mm，所述孔径例如为220mm、240mm、260mm、280mm、300mm、320mm、340mm、360mm或380mm。

所述垂直井的套管底部距离煤层底板为1～2米。

所述定向钻井的通道为无支护或者采用有筛管支护的有支护通道。

所述定向钻井通道长度为70～150米，例如80米、90米、100米、110米、120米、130米或140米。

所述定向钻井的孔径为100～250mm，例如110mm、120mm、140mm、160mm、180mm、200mm、220mm、240mm或245mm。

本发明垂直井与定向钻井不直接连接，所述煤为褐煤时，垂直井距离定向钻井通道的垂直距离为2～10米，例如3米、4米、5米、6米、7米、8米或9米，所述煤为烟煤时，垂直井距离定向钻井通道的垂直距离为1～5米，例如1.5米、2米、2.5米、3米、3.5米、4米或4.5米。

所述压裂方法为水力压裂、高压空气渗透、爆破法或化学液破碎法中的任意一种。

所述垂直井点火方式为电点火、固体燃料点火或焦炭点火中的任意一种。

点火使用气化剂为含氧气体，所述含氧气体的氧气浓度≥21%，例如25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或100%。

步骤（3）所述的保压为使压力保持在0.3～1.0MPa，例如0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa或0.9MPa，所述保压可以通过对定向钻井持续进气以实现保压。

以下将结合具体实施方式和具体实施例来进一步说明本发明的有益效果。

具体实施方式1

一种地下气化点火方法，包括如下步骤：

（1’）打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉，垂直井的数量为1个；

（2’）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；

（3’）在定向钻井末端的垂直井中点火，

（4’）当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成，切换定向钻井进气，垂直井出气，火力加工气化通道。

具体实施方式2

一种地下气化点火方法，包括如下步骤：

（1’）打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉，，垂直井的数量为2个；

（2’）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；（3’）在定向钻井末端的其中1个垂直井进行点火，另一垂直井出气，垂直井点火贯通过程中对定向钻井进行保压；

（4’）当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成，根据点火孔位置切换为定向钻井进气，点火垂直井出气，火力加工气化通道。

具体实施方式3

一种地下气化点火方法，包括如下步骤：

（2’）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；

（3’）在定向钻井末端的其中1个垂直井进行点火，另一垂直井出气，垂直井点火贯通过程中对定向钻井进行保压；

（4’）当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成，根据点火孔位置切换为原出气垂直井进气，点火垂直井出气，火力加工气化通道。

具体实施方式5

一种地下气化点火方法，包括如下步骤：

（1’）打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉，垂直井的数量为至少3个；

（2’）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；

（3’）在定向钻井末端的其中1个垂直井中进行点火，剩余垂直井中的至少1个出气，垂直井点火贯通过程中对定向钻井进行保压；

具体实施方式6

一种地下气化点火方法，包括如下步骤：

（2’）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；

（4’）当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成，根据点火孔位置切换为原出气垂直井进气，点火垂直井出气，火力加工气化通道；

具体实施方式7

一种地下气化点火方法，包括如下步骤：

（2’）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；

（4’）火源形成后，根据点火孔位置切换为辅助井进气，点火垂直井出气，火力加工气化通道；

具体实施例1

具体实施例1提出一种在褐煤煤层中利用1个定向井和1个垂直井配合点火的工艺方法，该方法具有压裂效率高、气化炉排水效果好，点火效率高的优势，为地下气化炉的工业化应用提供了优质的前置条件。

根据图1～图3，本实施例主要分为几个过程。

（1）在褐煤煤层中建立由1个定向井及定向钻井末端沿线附近1个垂直井组成的地下气化炉，煤层厚度10米，定向钻井孔径150mm，通道选用无支护通道，水平距离150m，垂直井孔径250mm，其位于定向钻井孔沿线的侧面，套管底部距离煤层底板2m左右，距离定向钻井通道的垂直距离为10m；

（2）采用高压空气渗透的方法对地下气化炉进行冷态压裂，贯通定向钻井和垂直井之间通道；

（3）垂直井作为点火井下放固体燃料，选用空气作为气化剂，定向钻井出气，培育火源，由煤气出口燃煤量判断火源是否形成；

（4）当燃煤体积达到0.5方时认为火源形成，进出气孔进行切换，改由定向钻井进气，垂直井出气，逆向引火贯通气化通道。

具体实施例2

具体实施例2提出一种在烟煤煤层中利用1个定向钻井和1个垂直井配合点火的工艺方法，该方法具有压裂效率高、气化炉排水效果好，点火效率高的优势，能够为地下气化炉的工业化应用提供了优质的前置条件。

根据图4～图5，本实施例主要分为几个过程。

（1）在烟煤煤层中建立由1个定向钻井及定向钻井末端沿线附近1个垂直井组成的地下气化炉，煤层厚度10米，定向钻井孔径150mm，通道选用无支护通道，水平距离120m，垂直井孔径300mm位于定向钻井沿线的侧面，套管底部距离煤层底板2m左右，距离定向钻井通道的垂直距离为5m；

（2）采用化学液破碎法对地下气化炉进行冷态压裂，贯通定向钻井和垂直井之间通道；

（3）垂直井作为点火井下放焦炭点火，选用35%的富氧空气作为气化剂，定向钻井出气，培育火源，由煤气出口燃煤量判断火源是否形成；

具体实施例3

具体实施例3提出一种在褐煤煤层中利用1个定向钻井和3个垂直井配合点火的工艺方法，该方法具有压裂效率高、气化炉排水效果好，点火效率高、垂直井贯通速度快的优势，有利于后续定向钻井构建气化炉的运行。

根据图6～图8，本实施例主要分为几个过程。

（1）在褐煤煤层中建立由1个定向钻井及定向钻井末端沿线附近1#、2#和3#垂直井组成的地下气化炉，煤层厚度10米，定向钻井孔径150mm，通道选用无支护通道，水平距离150m，垂直井分布于定向钻井沿线的两侧，套管底部距离煤层底板2m左右，1#、2#、3#井的孔径分别为350mm、350mm、200mm，距离定向钻井通道的垂直距离分别为8m、10m、10m，1#井距离2#和3#井的水平距离分别为30m、10m；

（3）定向钻井持续进气保压，1#垂直井点火，气化剂选择空气，2#垂直井出气，培育火源，当煤气出口燃煤量达到1方时，判断火源已经形成；

（4）火源形成后，1#点火井停止进气，改由3#垂直井进气，1#垂直井出气。

具体实施例4

具体实施例4提出一种在烟煤煤层中利用1个定向钻井和2个垂直井配合点火的工艺方法，该方法具有压裂效率高、气化炉排水效果好，点火效率高、垂直井贯通速度快的优势，有利于后续定向钻井构建气化炉的运行。

根据图9～图11，本实施例主要分为几个过程。

（1）在烟煤煤层中建立由1个定向钻井及定向钻井末端沿线附近1#和2#垂直井组成的地下气化炉，煤层厚度10米，定向钻井孔径150mm，通道内设置筛管支护，水平距离120m，垂直井分布于定向钻井沿线的两侧，套管底部距离煤层底板2m左右，1#和2#井的孔径均为250mm，距离定向钻井通道的垂直距离均为5m，两垂直井间距离为25米；

（2）对地下气化炉进行冷态压裂，贯通定向钻井和垂直井之间通道；

（3）定向钻井持续进气保压，2#垂直井采用焦炭点火，气化剂选择30%的富氧空气，1#垂直井出气，培育火源，由煤气出口燃煤量判断火源是否形成；（4）当燃煤体积达到0.5方时认为火源形成，火源形成后，2#点火井停止进气，改由定向钻井进气，进行逆向引火；定向钻井持续进气，为延长气化通道长度，将出气井切换至2#井。

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

1.一种地下气化点火方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）打造定向钻井和垂直井构建地下气化炉；

（2）用冷态压裂的方法对煤层进行预贯通；

（3）在定向钻井末端的垂直井中点火。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）后进行步骤（4）：当火源形成后，进行进出气孔切换，火力加工气化通道。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进出气孔切换为切换点火垂直井出气。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当燃煤体积≥0.5方时认为火源形成。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，垂直井的数量为1个，所述步骤（3）在定向钻井末端的垂直井中点火，定向钻井出气。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，垂直井的数量为至少2个，所述步骤（3）在定向钻井末端的其中1个垂直井中点火，剩余垂直井中的至少一个出气，同时对定向钻井进行保压。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述保压为使压力保持在0.3～1.0MPa。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤为褐煤，垂直井距离定向钻井通道的垂直距离为2～10米。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤为烟煤，垂直井距离定向钻井通道的垂直距离为1～5米。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，点火使用气化剂为含氧气体，所述含氧气体的氧气浓度≥21%。