CN104632178A - 后退式引火扩孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种后退式引火扩孔方法，该方法包括如下步骤：扩孔步骤，由位于气化通道中的管路向其中同时注入气化剂和可燃性流体，并在所述注入的过程中后撤所述管路，以通过所述气化剂和所述可燃性流体在所述管路的前端燃烧来引导煤层燃烧的移动。本发明能够均匀地扩展气化通道的宽度。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化领域，尤其涉及一种后退式引火扩孔方法。
背景技术
在实施煤炭地下气化工程时，通常在煤层中设置进气井、出气井和将二者连通的气化通道。在气化通道内注入气化剂并点燃煤层即可进行地下气化煤气生产。然而，连接进气井和出气井的气化通道的当量直径比较小(一般在200mm以下)，这制约了通过其中的过气量。而为了提高气化通道的过气量，通常在进行地下气化生产煤气之前，对气化通道进行火力扩孔，即通过燃烧气化通道周围的煤炭，扩展气化通道使其当量直径变大。
CN103590805A公开了一种煤层通道的扩孔方法，即在煤层通道内铺设高能易燃物，注入气化剂并点燃易燃物进而引燃煤层通道的煤炭，从而实现通道内煤层的同时燃烧，加快煤层通道的扩孔速度。在该发明中，铺设的固体燃料颗粒可能存在不均匀、不连续等情况，如此会造成该部分气化通道周围煤层不易被引燃，气化通道扩展速度较慢。另外，整个气化通道周围的煤壁都被点燃，但助燃剂或气化剂(即氧气)是从气化通道的一端注入，不能有效地在整个气化通道内均匀分布，会造成助燃剂或气化剂注入端附近气化通道周围的煤壁燃烧强度较大，而远离助燃剂或气化剂注入端的气化通道周围的煤壁燃烧强度较小，进而使得气化通道扩展的宽度不够均匀(即扩宽后的气化通道的当量直径不均匀)，且不能较好地人为掌控气化通道的扩展宽度。综上，该专利在具有快速燃烧的优点的同时，牺牲了煤层通道扩展宽度的均匀性。
此外，在现有技术中，通常使用一种后退式扩孔方法。其首先通过管路向气化通道中注入气化剂，并且气化剂的注入位置靠近气化通道的一端，然后点燃注入位置前端的煤层，由此在气化通道中建立起煤层的燃烧。之后，通过后撤管路，改变气化剂的注入位置，由此引导位于管路前方的煤层燃烧的移动。而在实践中，由于煤层的结构和组分的差异，后撤管路的速度往往与实际的煤层燃烧的移动速度不吻合，进而导致扩展后的气化通道的宽度(即当量直径)不均匀。尤其会出现局部过宽或过窄的现象。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种能够均匀地扩展气化通道的宽度的后退式引火扩孔方法。
本发明提供一种后退式引火扩孔方法，包括如下步骤：扩孔步骤，由位于气化通道中的注气点向其中同时注入气化剂和可燃性流体，并在注入的过程中后撤注气点，以通过气化剂和可燃性流体在注气点的前端燃烧来引导煤层燃烧的移动。
根据本发明，在扩孔步骤之前，执行如下步骤：由注气点注入气化剂和可燃性流体，并点燃位于注气点的前端的可燃性流体以引燃的煤层。
根据本发明，在扩孔步骤中：持续测量注气点处的周围环境的温度；当温度大于或等于设定温度时，执行注气点的后撤并维持气化剂和可燃性流体的注入，当温度小于设定温度时，停止执行注气点的后撤并维持气化剂和可燃性流体的注入。
根据本发明，设定温度为400℃。
根据本发明，通过位于气化通道中的管路向其中同时注入气化剂和可燃性流体，管路的位于气化通道中的端口构成注气点；或通过位于气化通道中的管路向其中注入气化剂和可燃性流体中的一个，同时通过管路和气化通道之间的环隙注入气化剂和可燃性流体中的另一个，管路的位于气化通道中的端口和端口与气化通道之间的环形端口共同构成注气点。
根据本发明，在通过管路同时注入气化剂和可燃性流体的情况下，管路至少包括相互间隔开的第一通道和第二通道，气化剂由第一通道注入，可燃性流体由第二通道注入。
根据本发明，在扩孔步骤中：后撤的速度位于0.3m/h-5.0m/h的范围内。
根据本发明，可燃性流体为可燃性气体；或可燃性流体为可燃性液体，并且可燃性液体经雾化后注入气化通道中。
根据本发明，在可燃性流体为可燃性气体的情况下，可燃性气体的体积流量位于50Nm3/h-500Nm3/h的范围内；在可燃性流体为可燃性液体的情况下，雾化后的可燃性液体的体积流量位于50Nm3/h-500Nm3/h的范围内。
根据本发明，在可燃性流体为可燃性气体的情况下，可燃性气体与气化剂的体积流量比小于或等于0.5。
根据本发明，气化剂为含氧气体，并且气化剂以其中的氧气的体积流量位于1000Nm3/h～3000Nm3/h的范围内的方式注入。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的后退式引火扩孔方法包括如下扩孔步骤，即由位于气化通道中的注气点向其中同时注入气化剂和可燃性流体，并在注入的过程中后撤注气点，以通过气化剂和可燃性流体在注气点的前端燃烧来引导煤层燃烧。换言之，气化剂和可燃性流体在注气点的前端燃烧，引燃其周围煤层，建立了新的燃烧区，由此阻碍了气化剂输送至原有煤层燃烧处的路径，使得该煤层燃烧处的气化剂供应量减少，进而促进了该煤层处的燃烧朝向新的燃烧区移动。由此，有效地实现了使煤层的燃烧跟随着注气点的后撤而移动，进而能够保证均匀地扩展气化通道的宽度。
附图说明
图1是本发明后退式引火扩孔方法的一个实施例的示意图。
具体实施方式
以下参见附图描述本发明的具体实施方式。
参见图1，本发明提供一种后退式引火扩孔方法的一个实施例，其可用于扩大气化通道的当量直径。该后退式引火扩孔方法包括如下扩孔步骤：由位于气化通道中的注气点5向其中同时注入气化剂和可燃性流体，并在注入的过程中后撤注气点5，以通过气化剂和可燃性流体在注气点5的前端燃烧来引导煤层6燃烧的移动。其中，注气点5即为气化剂和可燃性流体同时注入到气化通道中的位置。
换言之，气化剂和可燃性流体在注气点5的前端燃烧，引燃其周围煤层6，建立了新的燃烧区，由此阻碍了气化剂输送至原有煤层6燃烧处的路径，使得该煤层6燃烧处的气化剂供应量减少，进而促进了该煤层6处的燃烧朝向新的燃烧区移动。由此，有效地实现了使煤层6的燃烧跟随着注气点5的后撤而移动，进而能够保证均匀地扩展气化通道的宽度。
进一步参照图1，在本实施例中，后退式引火扩孔方法是应用于具有进气井1、出气井2、气化通道4的地下气化炉。具体地，在本实施例中，由地面向煤层6打竖直钻井和定向钻井，并且定向钻井连通竖直钻井。之后，竖直钻井作为出气井2，定向钻井的竖直部分作为进气井1，定向钻井的水平部分作为气化通道4，而在本实施例中，需要将定向钻井的水平部分形成的气化通道4进行扩孔以达到预期的当量直径。可理解，煤层6燃烧的移动的方向与气化剂流向相反。在本实施例中，煤层6燃烧的移动为由出气井2指向进气井1的方向，气化剂流向为由进气井1指向出气井2的方向，以气化剂流向为由后到前的方向，故注气点5在扩孔步骤中的后撤是朝向与气化剂流向相反的方向移动。本文所提及的“前”和“后”均是以此定向。
继续参照图1，本实施例的后退式引火扩孔方法具体包括如下步骤：
步骤一.从进气井向气化通道4中下放管路3。
其中，管路3至少包括相互间隔开的第一通道和第二通道，气化剂由第一通道注入，可燃性流体由第二通道注入。由此，气化剂和可燃性流体分别由第一通道和第二通道注入，以防止二者在管路中混合而引起爆炸。优选地，管路3可由至少两根并列设置的管道组成，每个管道构成一个上述通道(第一通道或第二通道)。或者，管路3为同心管，例如，由内管和套设在内管外面的外管组成。其中，内管和内管与外管之间的环隙分别构成上述通道(第一通道或第二通道)。再或者管路3为一根管并且其中具有至少两个并行的通道(即分别构成上述第一通道或第二通道。当然，不局限于此，在其他可选的实施例中，管路3还可以被构造为其他结构。综上，无论管路3是由多个独立管道并列形成的，还是在一个管道中设置间隔的通道，只要可以实现将气化剂和可燃性流体通过管路3分别(即不混合地)注入到气化通道中即可。而在本实施例中，使用的是同心管作为管路3。并且在随后，由同心管的内管注入可燃性流体，由同心管的内管和外管之间的环隙注入气化剂。
步骤二.通过管路3同时向气化通道4中注入气化剂和可燃性流体，并且点燃位于管路3的前端的可燃性流体以引燃煤层6。具体而言，可燃性流体和气化剂被注入到管路9的前端，点燃此处的可燃性流体，即可燃性流体在气化剂供氧的情况下被点燃且燃烧，进而引燃位于管路3的前端的煤层6。在本实施例中，管路3的位于气化通道4中的端部位于出气井2的下方，即，最先燃烧出气井2下方的煤层6。可理解，在本实施例中，是通过位于气化通道4中的管路3向气化通道4中同时注入气化剂和可燃性流体，管路3的位于气化通道4中的端口构成了上述注气点5。即，当气化剂和可燃性流体流出管路3时，二者同时注入到气化通道4中。
其中，可燃性流体可为可燃性气体或可燃性液体，在可燃性流体为可燃性液体的情况下，可燃性液体经雾化后注入气化通道4中，例如，可通过在管路3的位于气化通道中的端口加设雾化装置(例如雾化喷嘴)实现对可燃性液体的雾化。进一步的，在可燃性流体为可燃性气体的情况下，可燃性气体优选为石油气或煤气，更加优选地为天然气或煤气。在可燃性流体为可燃性液体的情况下，可燃性液体为汽油或柴油，也可为甲醇。
而在可燃性流体为可燃性气体的情况下，可燃性气体的体积流量位于50Nm3/h-500Nm3/h的范围内，优选地位于为100Nm3/h～300Nm3/h的范围内。并且可燃性气体与气化剂的体积流量比小于或等于0.5。
而在可燃性流体为可燃性液体的情况下，雾化后的可燃性液体的体积流量位于50Nm3/h-500Nm3/h的范围内，优选地位于100Nm3/h～300Nm3/h的范围内。
此外，气化剂是含氧气体，可由氧气和二氧化碳组成(优选地，氧气与二氧化碳的体积比一般大于或等于4，即氧气在气化剂中的体积浓度在20％—100％的范围内)、或者气化剂为富氧空气(气体中的氧体积含量≥21％)或空气。其中，气化剂以其中的氧气的体积流量位于1000Nm3/h～3000Nm3/h的范围内的方式注入，换言之，根据气化剂中的氧气的体积流量来控制气化剂的注入速度，使得氧气的体积流量位于1000Nm3/h～3000Nm3/h的范围内。优选地位于1500Nm3/h～2000Nm3/h的范围内。
可理解，上述各个数值由本领域技术人员依据所使用的气化剂和可燃性流体的种类和组分进行选取。而在本实施例中，可燃性流体为天然气，注入该天然气的体积流量为400Nm3/h。气化剂为二氧化碳和氧气的混合气，其中，氧气的体积浓度为65％，氧气的体积流量在1500Nm3/h。
步骤三.扩孔步骤，保持上述步骤二中注入的气化剂和可燃性流体的注入，即在本实施例中，可燃性流体为天然气，体积流量为400Nm3/h，气化剂为二氧化碳和氧气的混合气，其中氧气的体积浓度为65％，氧气的体积流量在1500Nm3/h。并且上述气化剂和可燃性流体均与步骤二中相同地由位于气化通道4中的管路3向其中同时注入。并在扩孔步骤中，在上述注入气化剂和可燃性流体的过程中后撤管路3，以通过气化剂和可燃性流体在管路3的前端燃烧来引导煤层6燃烧的移动。其中，在本实施例中，由于管路3的端口构成上述注气点5，管路3的后撤即为注气点5的后撤。
可理解，在本实施例中，可燃性流体和气化剂在管路3的前端同时燃烧，建立了新的燃烧区，由此阻碍了气化剂输送至原有煤层6燃烧处的路径，使得该煤层6燃烧处的气化剂供应量减少，进而促进了该煤层6处的燃烧朝向新的燃烧区移动。而以一定速度后撤管路3，不断靠近进气井1的方向建立新的燃烧区，进而不断带领着煤层6的燃烧朝向进气井1移动。由此，有效地实现了使煤层6的燃烧跟随着管路3的后撤而移动，进而能够保证均匀地扩展气化通道4的宽度。
后撤的速度位于0.3m/h～5.0m/h的范围内，更加优选地位于0.5m/h-3.0m/h的范围内。在本实施例中，后撤的速度为2.0m/h。
并且，在扩孔步骤中，通过不断检测出气井2的气体的组分和流量，在本领域技术人员根据公知常识获知所气化的煤的含碳量以及密度的情况下，通过碳平衡计算实时的燃煤体积(立方米/小时)。当然，燃煤体积的计算是本领域技术人员公知的，可通过其他公知方法进行。之后，以气化通道扩展到的预期当量半径为外径、以气化通道进行扩孔步骤前的当量半径为内径形成中空圆柱，以上述实时的燃煤体积为中空圆柱的体积计算该圆柱的长度，这个长度即为后撤的速度(米/小时)，并以这个速度后撤管路。在实际应用中，通过上述计算方法计算出的后撤的速度均位于所选取的后撤速度的范围内，即，上述通过计算确定后撤的速度是在所选取的范围内进行的微调。由此，以实时的燃煤体积为依据，调节后撤管路的移动速度，能够既快又均匀地将气化通道扩展成具有预期当量直径的理想的气化通道，且能人为控制气化通道扩展的宽度和管路的后撤的速度，进而控制煤层6燃烧的移动的速度。在本实施例中，预期当量直径位于1.0～1.5m的范围内。
另外，在扩孔步骤中，持续测量管路3的位于气化通道4中的端口处的周围环境的温度，即持续检测注气点5处的周围环境的温度，其中，周围环境的温度即为气化通道中的气体的温度。当温度大于或等于设定温度时，执行管路3的后撤并维持气化剂和可燃性流体的注入，当温度小于设定温度时，停止执行管路3的后撤并维持气化剂和可燃性流体的注入。具体地，可以通过安装在管路3的位于气化通道中的端口处的测温热电偶监测上述管路3的位于气化通道4中的端口处的周围环境的温度，根据该温度的高低可以判断煤层6的燃烧是否随管路3的后撤而向后移动。其中，在本实施例中，设定温度为400℃。即上述周围环境的温度大于或等于400℃时，表示煤层6的燃烧是随着管路3的后撤而向后移动的，即表示管路前端附近的煤层6在燃烧。而当上述周围环境温度低于400℃时，表示煤层6的燃烧并没有随着管路3的后撤而向后移动，即表示管路前端附近的煤层6并没有燃烧，故此时停止管路3的后撤，直到检测到周围环境的温度上升至400℃时，再后撤管路3。根据上述检测管路3的位于气化通道4中的端口处的周围环境的温度以及依据该温度而执行管路的后撤，在上述已经论述的有益效果的基础上，额外地更加有效地保证了煤层6的燃烧能够跟随着管路的后撤而移动。进而，进一步保证了气化通道均匀地扩展。当然，上述仅为一个优选的方式，根据煤层6的地质条件和实际应用，可选择使用或不使用该方式控制管路的后撤。
在本实施例中，直至管路3后撤至进气井1的底部，停止执行上述扩孔步骤，即完成此条气化通道4的后退引火扩孔作业。
当然，上述仅为一个实施例，在本发明的第二个实施例中，与上述实施例相同之处不再赘述。
在本实施例中，气化通道4的预期当量直径位于1.8-2.0m的范围内。从管路3中注入可燃性流体，从管路3和气化通道之间的环隙注入气化剂。其中，当可燃性流体流出管路3时，气化剂和可燃性流体同时注入到气化通道中，即，管路3的位于气化通道中的端口和该端口与气化通道之间的环形端口(由管路3的位于气化通道中的端口与气化通道之间的环隙所形成的)共同构成注入气化剂和可燃性流体的注气点5。
在本实施例中，所使用的可燃性流体为柴油，柴油的体积流量为0.06Nm3/h，柴油经雾化后的喷出量为400Nm3/h(在本实施例中，通过管路的位于气化通道中的端口处安装的雾化喷嘴进行雾化)。气化剂为富氧空气，氧气的体积浓度65％，氧气的体积流量在2000Nm3/h。
而后撤管路3时，由于管路3的位于气化通道中的端口后撤，注气点5跟随管路3的后撤而后撤。其中，在本实施例中，管路3的后撤速率为1.0m/h。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种后退式引火扩孔方法，其特征在于，包括如下步骤：
扩孔步骤，由位于气化通道(4)中的注气点(5)向其中同时注入气化剂和可燃性流体，并在所述注入的过程中后撤所述注气点(5)，以通过所述气化剂和所述可燃性流体在所述注气点(5)的前端燃烧来引导煤层燃烧的移动。
2.根据权利要求1所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
在所述扩孔步骤之前，执行如下步骤：
由所述注气点(5)注入所述气化剂和所述可燃性流体，并点燃位于所述注气点(5)的前端的所述可燃性流体以引燃的煤层。
3.根据权利要求1所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
在所述扩孔步骤中：
持续测量所述注气点(5)处的周围环境的温度；
当所述温度大于或等于设定温度时，执行所述注气点(5)的后撤并维持所述气化剂和所述可燃性流体的注入，
当所述温度小于所述设定温度时，停止执行所述注气点(5)的后撤并维持所述气化剂和所述可燃性流体的注入。
4.根据权利要求3所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
所述设定温度为400℃。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
通过位于气化通道(4)中的管路(3)向其中同时注入所述气化剂和所述可燃性流体，所述管路(3)的位于所述气化通道(4)中的端口构成所述注气点(5)；或
通过位于气化通道(4)中的管路(3)向其中注入所述气化剂和所述可燃性流体中的一个，同时通过管路(3)和所述气化通道(4)之间的环隙注入所述气化剂和所述可燃性流体中的另一个，所述管路(3)的位于所述气化通道(4)中的端口和所述端口与气化通道(4)之间的环形端口共同构成所述注气点(5)。
6.根据权利要求5所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
在通过所述管路(3)同时注入所述气化剂和所述可燃性流体的情况下，所述管路(3)至少包括相互间隔开的第一通道和第二通道，所述气化剂由所述第一通道注入，所述可燃性流体由所述第二通道注入。
7.根据权利要求1所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
在所述扩孔步骤中：所述后撤的速度位于0.3m/h-5.0m/h的范围内。
8.根据权利要求1所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
所述可燃性流体为可燃性气体；或
所述可燃性流体为可燃性液体，并且所述可燃性液体经雾化后注入所述气化通道(4)中。
9.根据权利要求8所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
在所述可燃性流体为可燃性气体的情况下，所述可燃性气体的体积流量位于50Nm3/h-500Nm3/h的范围内；
在所述可燃性流体为可燃性液体的情况下，所述雾化后的可燃性液体的体积流量位于50Nm3/h-500Nm3/h的范围内。
10.根据权利要求8或9所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
在所述可燃性流体为可燃性气体的情况下，所述可燃性气体与所述气化剂的体积流量比小于或等于0.5。
11.根据权利要求1所述的后退式引火扩孔方法，其特征在于，
所述气化剂为含氧气体，并且所述气化剂以其中的氧气的体积流量位于1000Nm3/h～3000Nm3/h的范围内的方式注入。
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