CN105041290B - 一种多层煤层的气化炉和煤层气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层煤层气化炉及煤层气化方法，所述煤层气化炉包括：注气井，每个煤层至少具有一个与注气井相连的分支井，出气井，气化通道，封隔装置，导向装置，注气装置，封隔装置用于下放至分支井的分支窗口处，用于封隔所述分支井，导向装置用于下放至分支井的分支窗口处，用于引导注气装置下放至所述分支井中。通过封隔装置对不同的分支井进行分隔控制，在导向装置作用下通过注气装置在不同分支井的不同注气点控制不同煤层区域的气化过程，实现对气化剂的定点、定量注入，从而实现多层煤层的气化过程可控，避免了煤层气化过程多外煤层之间的相互干扰，产气过程稳定，提高了煤层回采率，减少了钻井数量，降低了气化开采的成本。

Description

一种多层煤层的气化炉和煤层气化方法

技术领域

本发明属于煤炭资源开采技术领域，具体涉及一种多层煤层的气化炉和煤层气化方法。

背景技术

煤炭资源是人类赖以生存的自然能源之一。煤炭资源调查发现，受沉积环境、周边地区的地质构造等影响，多数煤田中的煤层呈现各种形态、各种质量的不规则状态，表现为多层煤层，部分煤田中赋存分布有多个可采煤层。随着国民经济迅速发展，我国煤炭资源开采量迅速增加，浅部易开采煤炭逐步减少，开采的深度和难度不断增加，常规的建井采煤成本越来越高。由于煤层中富含丰富的煤层气，结合对煤炭资源的开采，出现了煤层气化(UCG，Underground Coal Gasification)技术。

现有UCG技术研究主要针对单一煤层进行气化开采，涉及多层煤层的开采技术研究未见相关报道。现有的UCG技术应用于地下多层煤层开采时，需要从地面钻井施工，分别在待气化煤层中建煤层气化炉，每个煤层气化炉仅能气化开采所在的单个煤层，当进行规模开采时，需要多个钻井同时在每个煤层建炉，存在钻井数量多、占地面积大的缺点，同时单井中存有可气化的煤量少，多个煤层间的煤层气化炉相互干扰，不利于对煤层的充分开采。

同时，由于现有的UCG技术受开采深度、地面环境等影响，相比于常规煤炭开采技术具有更高标准的要求，在深部煤层或复杂煤层用常规垂直井、定向井构建煤层气化炉存在成本高、施工难度大、回采率低的缺点。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种多层煤层的气化炉和煤层气化方法，通过控制多层煤层气化炉的注气和出气过程，实现多层煤层的地下气化开采，减少钻井数量，提高回采率。

根据本发明的一个方面，提供了一种多层煤层气化炉，所述气化炉基于至少两层煤层，所述煤层气化炉包括：注气井，分支井，出气井，气化通道，封隔装置，导向装置，注气装置；其中，

所述注气井用于向所述分支井下放封隔装置、导向装置、注气装置；

所述分支井至少具有两个，且每个煤层至少具有一个分支井，所述分支井与所述注气井相连，用于通过下放的所述注气装置向待气化煤层区注入气化剂；

所述出气井用于输出通过气化通道收集的燃气；

所述气化通道同时与所述分支井和所述出气井相连，用于产生燃气并为燃气的输出提供通道；

所述封隔装置用于下放至分支井的分支窗口处，用于封隔所述分支井；

所述导向装置用于下放至分支井的分支窗口处，用于引导所述注气装置下放至所述分支井中；

所述注气装置用于注气装置所在的分支井向所述待气化煤层区相应的注气点注入气化剂。

上述方案中，所述分支井至少具有两个，并与所述注气井相连，具体为，一个注气井同时与至少两个分支井相连，或两个注气井各自与至少一个分支井相连。

上述方案中，所述煤层气化炉还包括煤层段套管，所述煤层段套管设置在所述分支井与所述气化通道的连接处，用于贯通气化通道。

上述方案中，所述煤层气化炉还包括：次分支井，所述次分支井连接于所述分支井的下端，所述每个分支井至少连接两个次分支井；

所述次分支井用于通过下放的注气装置向待气化煤层区注入气化剂。

上述方案中，所述注气装进一步用于通过注气装置调整注入气化剂的参数，保证所产生的所述燃气组分和热值的稳定。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种多层煤层气化方法，所述煤层气化方法在基于至少两层煤层的煤层气化炉钻孔施工完成的基础上得以实现，所述方法包括：

步骤S1，贯通气化通道与出气井；

步骤S2，在第一煤层的分支井与第二煤层的分支井间下放封隔装置，在第一煤层分支井的分支窗口处下放导向装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第一煤层分支井的待气化煤层区的第一注气点；

步骤S3，注气装置向所述待气化煤层区注入气化剂；

步骤S4，通过逆向引火，引发待气化煤层区的气化过程，气化过程中所产生的燃气通过所述气化通道从出气井中输出到地面；

步骤S5，通过计算，确定待气化煤层区的气化时间，在所述气化时间结束后，通过导向装置将所述注气装置引导至所述待气化煤层区的第二注气点；

步骤S6，重复步骤S3至步骤S5，直至完成所述第一煤层所设置的所有注气点所对应的待气化煤层区的气化；

步骤S7，提出第一煤层分支井中的导向装置、注气装置及第一煤层的分支井与第二煤层的分支井间的封隔装置，在所述第一煤层分支井的分支窗口处下放封隔装置，在所述第二煤层分支井的分支窗口处下放导向装置，并通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第二煤层分支井的待气化煤层区的第一注气点；

步骤S8，重复步骤S3至S6，直至完成所述第二煤层所设置的所有注气点所对应的待气化煤层区的气化。

上述方案中，所述分支井与注气井连接，其中，一个注气井同时与至少两个分支井相连，或两个注气井各自与至少一个分支井相连。

上述方案中，所述贯通气化通道，进一步包括：在所述分支井与所述气化通道的连接处设置煤层段套管，在所述出气井下端点火，通过燃烧气化通道所在煤层贯通气化通道与出气井，通过所述气化通道收集产生的燃气并将燃气通过所述出气井输出到地面。

上述方案中，所述第一煤层的分支井下端连接至少两个次分支井，和/或，所述第二煤层的分支井下端连接至少两个次分支井；

所述步骤S2中，在第一煤层分支井的分支窗口处下放导向装置时，进一步在第一煤层分支井的第一次分支井的分支窗口处下放导向装置，在除第一煤层分支井的第一次分支井的次分支井分支窗口处下放封隔装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第一煤层的第一注气点；和/或，

步骤S7中，进一步包括：提出第一煤层分支井及次分支井中的封隔装置、导向装置及注气装置；在所述第一煤层分支井的分支窗口处下放封隔装置，在所述第二煤层分支井的分支窗口处下放导向装置后，在第二煤层分支井的第一次分支井的分支窗口处下放导向装置，在除第一煤层分支井的第一次分支井的次分支井分支窗口处下放封隔装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第二煤层的第一注气点。

上述方案中，所述步骤S4还包括：通过注气装置调整注入气化剂的参数，保证所产生的所述燃气组分和热值的稳定。

本发明实施例提供了一种多层煤层气化方法及煤层气化炉，对于多层煤层的气化，通过在注气井上设置至少两个分支井的方式，且每个煤层至少具有一个分支井，通过封隔装置对不同的分支井进行分隔控制，在导向装置作用下通过注气装置在不同分支井的不同注气点控制不同煤层区域的气化过程，通过这种方式控制气化剂的注入过程，实现对气化剂的定点、定量注入，从而实现多层煤层的气化过程可控，避免了煤层气化过程多外煤层之间的相互干扰，产气过程稳定，气体成分可控，满足对燃气进一步深加工的需求，提高了煤层回采率，减少了整个井的钻井数量。整个操作过程简单、方便、安全，同时建炉成本低廉，实现了多层煤层的规模气化开采，降低建炉钻井成本及地面建设、运营成本，同时提高了注气井寿命周期，解决了深部采煤出现建炉成本增加难题，进一步扩大了经济可采煤炭资源量，对国家能源安全意义重大。

附图说明

图1是本发明第一实施例的多层煤层气化炉的炉型结构示意图；

图2是图1中A-A截面图；

图3是本发明第二实施例的多层煤层气化炉的炉型结构示意图；

图4是本发明第三实施例的多层煤层气化炉的炉型结构示意图；

图5是本发明第四实施例的多层煤层气化方法流程示意图；

图6是本发明第五实施例的多层煤层气化方法流程示意图。

附图标记说明：

1、11、12-注气井；

121、122、2、3-分支井；

21、22……2m、31、32……3p-次分支井；

211、21n、221……2mn-注气点；

4、41、42……4x-出气井；

5-第一煤层工作面；

6-第二煤层工作面；

7-气化通道；

8-封隔装置；

9-导向装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明针对多层煤层的气化开采所存在的问题，结合分支井技术，提出了一种新的多层煤层气化炉及多层煤层气化方法。下面结合具体实施例及附图，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

本发明第一实施方式为多层煤层气化炉，包括三个实施例，具体说明如下：

图1所示为本发明第一实施例的多层煤层气化的煤层气化炉的炉型结构示意图。

如图1所示，本实施例的煤层气化炉基于两个煤层，即双煤层气化炉。在煤层气化炉的实际构建过程中，可能同时包含两个或两个以上的煤层气化炉，本实施例的炉型结构同样适用于两个以上煤层的情况。所述双煤层气化炉包括：

注气井1，分支井21、22，出气井4，第一煤层工作面51，第二煤层工作面52，气化通道71、72，所述分支井21上设置n个注气点211、212……21n，分支井22上设置m个注气点221、222……22m，这里的n和m的取值根据不同煤层的具体情况进行取值。还包括：封隔装置8、导向装置9及注气装置。优选的，所述注气装置为连续油管注气装置，封隔装置8为可取式桥塞。

所述注气井1为双煤层气化炉的主井，用于提供通道为分支井21、22下放注气装置、封隔装置8和导向装置9。在所述注气井1与待气化的第一煤层工作面51的相接处，在第一煤层工作面51的水平方向上，设置分支井21，分支井21与所述气化通道71相连；所述注气井1与待气化的第二煤层工作面52的相接处，在第二煤层工作面52的水平方向上，设置分支井22，分支井22与所述气化通道72相连；所述分支井21和22用于为注气提供分支通道，气化通道71、72用于为煤层气化后所获得的燃气提供输出的通道。所述气化通道71、72与出气井4相连，在出气井4与气化通道71、72的连接处，设置筛管10，用于收集所产生的燃气，所述出气井4用于将所收集的燃气输出到地面。在所述分支井22或21的分支窗口处下放封隔装置8或导向装置9，所述封隔装置8用于在注气时封隔注气井1内的杂质不进入所述封隔装置8所在的分支井，所述导向装置9用于所述导向装置9所在的分支井中下放注气装置。

优选的，本实施例的分支井21和22采用玻璃筛管支护结构，所述玻璃筛管的开孔率为1％～5％，其中开孔率优选为3％。本实施例中的两个分支井呈上下平行设置，在煤层气化炉的实际构建过程中，也可以在每个煤层设置两个或以上分支井，所设置的分支井可以平行设置，也可以为树状或鱼骨状。上下层设置的分支井，也可以为其他形状，根据所在煤层的气化区进行不同的设置。

优选的，所述出气井4为垂直井。

优选的，所述出气井4与所述气化通道71和/或72可以通过筛管10相连。本实施例也可以针对两层以上的煤层进行气化，相应的，在每层煤层的工作面上，都设置一个或一个以上的分支井，气化通道与出气井相接的地方，都由筛管进行套接。所述筛管10处还可以设置分隔器，用于当筛管所在的煤层不进行气化或气化完成时，利用分隔器形成密闭的出气井壁。

图2所示为图1中A-A截面图。如图2所示，出气井4位于第一煤层的工作面51处，即与气化通道71的相接处，由筛管10进行套接，筛管10用于产生的燃气的收集。当对第一煤层的工作面51进行气化时，在出气井4位于两个煤层间的部分下放封隔装置8。在出气井4与第二煤层的工作面52处，即与气化通道72相接处，由筛管10进行套接。

下面结合附图1、附图2，说明一下本实施例中的多层煤层气化的煤层气化炉的气化过程。

本实施例所述的煤层气化炉的气化工艺如下：

步骤S20，煤层气化炉钻孔施工结束后，在分支井22的分支窗口处或分支井21与分支井22之间的注气井1相应部位，下放封隔装置8，封隔注气井1井内的介质，保证介质不进入分支井22中。

步骤S21，贯通气化通道71。在所述出气井4在接近第一煤层的下端点火，贯通所述出气井4与气化通道71，使得出气井4具备输出气体的能力。

步骤S22，将导向装置9下放至分支井21中，保证注气装置顺利下放至分支井21内。上述下放封隔装置8和导向装置9的过程可通过连续油管或定向钻设备实现。

步骤S23，将连续油管注气装置沿分支井21下放至待气化煤层的工作面5的注气点211处。

步骤S24，调整所述注气装置的工艺参数，进行逆向引火、气化通道7的加工，及工作面51的注气点211处的煤层气化，具体如下：

步骤S24A、依据气化区可气化煤层的厚度和储量等参数，控制注入气化剂流量、压力和氧浓度等参数；

步骤S24B、用逆向燃烧方式实现连续加工气化通道7和地下气化规模产气；

步骤S24C、随时调整注入气化剂参数，保证煤气组分和热值处于相对稳定状态；

步骤S24D、依据气化燃煤速度、煤气热值和组分及可气化煤层储量情况，确定注气点211的煤层气化工作时间；

步骤S24E、当工作面51的注气点211的煤层气化结束时，控制连续油管注气装置移动至工作面51的下一个注气点212。

步骤S25，在工作面51的注气点212处重复步骤S24，当注气点212的煤层气化结束时，控制连续油管注气装置移至工作面51产气区的下一个注气点213，直至移动到注气点21n，并完成煤层气化，此时，分支井21所在的的第一煤层工作面51气化结束。

步骤S26，从所述分支井22中提出封隔装置8，分支井21中提出注气装置，采用连续油管或定向钻设备在分支井21中分支窗口处下放封隔装置6，封隔注气井1内介质，防止介质进入分支井21中。

步骤S27，贯通气化通道72。在所述出气井4接近第二煤层的下端点火，贯通所述出气井4与气化通道72，使得出气井4具备输出气体的能力。

步骤S28，将导向装置9下放至分支井22中，用导向装置9将所述连续油管注气装置下放至分支井22内。

步骤S29，将所述注气装置下放至分支井22的注气点221，重复步骤S24，开始新的工作面52处预定位置的气化过程。

步骤S210，在注气点221处重复步骤S24，当注气点221的煤层气化结束时，控制连续油管注气装置移支至工作面52的注气点222，直至移动到注气点22m并完成煤层气化，此时，分支井22所在的第二煤层的工作面52气化结束。

通过上述本实施例的煤层气化炉的炉型结构及其工作过程的说明，可见本实施例所述的煤层气化炉实现了对气化剂的定点、定量的注入，从而实现了气化过程可控，避免了煤层气化过程不同气化炉之间的相互干扰，产气过程稳定，气体成分可控，满足对燃气进一步深加工的需求，整个操作过程简单、方便、安全，同时建炉成本低廉，有效提高单井的气化采煤量、降低建炉钻井成本及地面建设、运营成本，同时提高了注气井的寿命周期。

图3所示为本发明第二实施例的多层煤层气化的煤层气化炉的炉型结构示意图。

如图3所示，本实施例的煤层气化炉基于三个煤层。在煤层气化炉的实际构建过程中，可能同时包含三个以上煤层，本实施例的炉型结构同样适用于三个以上煤层的情况。本实施例的煤层气化炉包括：

注气井1，分支井21、22、23，其中，分支井21下端再接次分支井211、212，分支井22下端再接次分支井221、222，分支井23下端再接次分支井231、232，出气井41、42，第一煤层工作面51，第一煤层的气化通道71，第二煤层工作面52，第二煤层气化通道72，第三煤层工作面53，第三煤层的气化通道73，所述次分支井211、212、221、222、231、232上设置各设置若干个注气点并顺序编号，注气点的个数根据不同煤层的具体情况进行取值。还包括：封隔装置8，导向装置9及注气装置。优选的，所述注气装置为连续油管注气装置，封隔装置8为可取式桥塞。

所述注气井1为煤层气化炉的主井，用于提供通道为分支井21、22、23及次分支井211、212、221、222、231、232设置注气装置、封隔装置8和导向装置9。在所述注气井1与待气化的第一煤层工作面51的相接处，设置分支井21；在分支井21的下端，在第一煤层工作面51的水平方向上，设置次分支井211、212，在注气井1与待气化的第二煤层工作面52的相接处，设置分支井22；在分支井22的下端，在第二煤层工作面52的水平方向上，设置次分支井221、222；在注气井1与待气化的第三煤层工作面53的相接处，设置分支井23；在分支井23的下端，在第三煤层工作面53的水平方向上，设置次分支井231、232。本实施例中在每个工作面上设置了两个平行的次分支井，在实际的煤层气化炉的构建过程中，可以根据需要设置两个以上的次分支井，所设置的次分支井也可以呈树状或羽态、鱼骨状等。每个次分支井通过气化通道与所述出气井相连。本实施例中，所述次分支井211通过所述气化通道71与出气井41相连。所述次分支井211、212、221、222、231、232提供分支通道用于注气，气化通道用于为煤层气化后所获得的燃气提供输出的通道。在出气井41、42与气化通道的连接处，可以设置筛管，用于收集所产生的燃气，所述出气井41、42用于将所收集的燃气输出到地面。

当对第一煤层工作面51进行气化时，在分支井21和分支井22之间设置封隔装置8，在分支井21的分支窗口处设置导向装置9。所述封隔装置8用于封隔注气井1中的介质不进入分支井22或23中。此时，再分别对次分支井所在的煤层气化区域进行气化。当对次分支井211所在的煤层气化区域进行气化时，在次分支井212的分支窗口处设置封隔装置8，在次分支井211的分支窗口处设置导向装置9，所述封隔装置8用于封隔分支井21中的介质不进入次分支井212中而进入次分支井211中，同时次分支井211分支窗口处的导向装置，也可以由设置在次分支井212窗口处的斜向器来实现。这里的介质，通常情况下指的是气化剂。另外，在出气井41、42的第一煤层工作面51和第二煤层工作面52之间的段，设置封隔装置8。

相应的，当结束了第一煤层工作面51的气化过程，需要对第二煤层工作面52进行气化时，在分支井21的分支窗口处设置封隔装置8，在分支井23的分支窗口处设置封隔装置8，使注气井1中的介质不进入分支井21和23中，而进入分支井22中。在分支井22的分支窗口处设置导向装置9，此时，再分别对分支井22的次分支井所在的煤层气化区域进行气化。当对次分支井221所在的煤层气化区域进行气化时，在次分支井222的分支窗口处设置封隔装置8，在次分支井221的分支窗口处设置导向装置9，所述封隔装置8用于封隔分支井22中的介质不进入次分支井222中而进入次分支井221中，同时次分支井221分支窗口处的导向装置，也可以由设置在次分支井222窗口处的斜向器来实现。这里的介质，通常情况下指的是气化剂。另外，提出原来设置在出气井41和42下半部、在第一煤层和第二煤层之间的封隔器8，在出气井41、42与第一煤层工作面51的相接处，设置分隔器，使得出气井中输出的燃气不会进入第一煤层中；同时在出气井41和42的下半部，在第二煤层和第三煤层之间，设置封隔器8，使得产生的燃气顺利输出到地面，而不会进入到第三煤层中。

优选的，所述出气井41、42为垂直井，所述出气井41、42与各煤层的气化通道71、72、73可以通过筛管10相连。

优选的，本实施例的分支井21、22、23及次分支井211、212、221、222、231、232采用玻璃筛管支护结构，所述玻璃筛管的开孔率为1％～5％，其中开孔率优选为3％。

下面结合附图3，说明一下本实施例中的多层煤层气化的煤层气化炉的气化过程。

本实施例所述的煤层气化炉的气化工艺如下：

步骤S30，煤层气化炉钻孔施工结束后，在分支井22的分支窗口处或分支井21与分支井22之间的注气井1相应部位，下放封隔装置8，封隔注气井1井内的介质，保证介质不进入分支井22中。

步骤S31，贯通第一煤层的气化通道71。在所述出气井41或42接近第一煤层的下端点火，贯通所述出气井41、42与气化通道71，使得出气井41、42具备输出气体的能力。

步骤S32，在分支井21的分支窗口处下放导向装置9。通过导向装置将注气装置通过注气井1下放至分支井21中。在次分支井212的分支窗口处下放封隔装置8，保证介质不会进入次分支井212中，而进入次分支井211中，同时，在次分支井211的分支窗口处下放导向装置9，通过导向装置的导向作用，将下放到分支井21中的注气装置下放至次分支井211中。在出气井41、42的第一煤层工作面51和第二煤层工作面52之间的段，下放封隔装置8。上述下放封隔装置和导向装置的过程可通过连续油管或定向钻设备实现。

步骤S33，将注气装置沿次分支井211下放至待气化煤层的工作面51的注气点2111处。

步骤S34，调整所述注气装置的工艺参数，进行逆向引火、气化通道71的加工，及工作面51的注气点2111处的煤层气化，具体如下：

步骤S34A、依据气化区可气化煤层的厚度和储量等参数，控制注入气化剂流量、压力和氧浓度等参数；

步骤S34B、用逆向燃烧方式实现连续加工气化通道71和地下气化规模产气；

步骤S34C、随时调整注入气化剂参数，保证煤气组分和热值处于相对稳定状态；

步骤S34D、依据气化燃煤速度、煤气热值和组分及可气化煤层储量情况，确定注气点2111的煤层气化工作时间；

步骤S34E、当工作面51的注气点2111的煤层气化结束时，控制注气装置移动至工作面51的下一个注气点2112。

步骤S35，在工作面51的注气点2112处重复步骤S34，当注气点2112的煤层气化结束时，控制连续油管注气装置移至工作面51产气区的下一个注气点2113，直至移动到最后一个注气点211n，并完成第一煤层次分支井211所属气化区的气化。

步骤S36，从所述次分支井212中提出封隔装置8，次分支井211中提出注气装置及导向装置，采用连续油管或定向钻设备在次分支井211的分支窗口处下放封隔装置8，封隔介质，防止介质进入次分支井211中，同时将导向装置9下放至次分支井212中，用导向装置9将所述注气装置下放至次分支井212内。

步骤S37，将所述注气装置下放至次分支井212的注气点2121，重复步骤S24，开始第一煤层次分支井212所属气化区域的气化过程。

步骤S38，在注气点2121处重复步骤S24，当注气点2121的煤层气化结束时，控制注气装置移支至工作面52的注气点2122，直至移动到次分支井212的最后一个注气点212n并完成第一煤层次分支井212所属气化区域气化，此时，次分支井211、212所在的第一煤层的工作面51气化结束。

步骤S39，提出在分支井21与分支井22之间的封隔装置8，同时提出原来通过次分支井212及分支井21所设置的导向装置、次分支井211中的封隔装置。在分支井21的分支窗口处下放封隔装置8，同时在分支井23的分支窗口处或在分支井22与分支井23之间的注气井1的相应位置，下放封隔装置8，封隔注气井1内的介的，保介质不进入分支井21和23中，而进入分支井22中。

步骤S310，贯通第二煤层的气化通道72。在所述出气井41或42接近第二煤层的下端点火，贯通所述出气井41、42与气化通道72。

步骤S311，在分支井22的分支窗口处下放导向装置9，通过导向装置将注气装置通过注气井1下放至分支井22中。在次分支井222的分支窗口处下放封隔装置8，保证介质不会进入次分支井222中，而进入次分支井221中，同时，在次分支井221的分支窗口处下放导向装置9，通过导向装置的导向作用，将下放到分支井22中的注气装置下放至次分支井221中。提出出气井41、42的第一煤层工作面51和第二煤层工作面52之间的封隔装置8，在第一煤层工作面51与出气井的相接处下放分隔器，从而保证所产生的燃气在输出时，不会进入第一煤层，而顺利输出到地面；同时在出气井41和42的下半部，在第二煤层52和第三煤层53之间，设置封隔装置8，使得产生的燃气顺利输出到地面，而不会进入到第三煤层53中。上述下放封隔装置和导向装置的过程可通过连续油管或定向钻设备实现。

步骤S312，重复步骤S33至步骤S38，完成次分支井221、222所在的第二煤层工作面的52的气化。

步骤S313，提出在分支井22与分支井23之间的封隔装置8及设置在分支井21分支窗口处的封隔装置8，同时提出原来通过次分支井222及分支井22所设置的导向装置、次分支井221中的封隔装置。在分支井22的分支窗口处下放封隔装置8，封隔注气井1内的介的，保介质不进入分支井21和22中，而进入分支井23中。

步骤S314，贯通第三煤层的气化通道73。在所述出气井41或42接近第三煤层的下端点火，贯通所述出气井41、42与气化通道73。

步骤S315，在分支井23的分支窗口处下放导向装置9，通过导向装置将注气装置通过注气井1下放至分支井23中。在次分支井232的分支窗口处下放封隔装置8，保证介质不会进入次分支井232中，而进入次分支井231中，同时，在次分支井231的分支窗口处下放导向装置9，通过导向装置的导向作用，将下放到分支井23中的注气装置下放至次分支井231中。提出出气井41、42的第二煤层工作面52和第三煤层工作面53之间的封隔装置8，在第一煤层工作面51和第二煤层工作面52与出气井的相接处均下放分隔器，从而保证所产生的燃气在输出时，不会进入第一煤层和第二煤层，而顺利输出到地面。上述下放封隔装置和导向装置的过程可通过连续油管或定向钻设备实现。

步骤S316，重复步骤S33至步骤S38，完成次分支井231、232所在的第三煤层工作面的53的气化。

通过上述本实施例的煤层气化炉的炉型结构及其工作过程的说明，可见本实施例所述的煤层气化炉实现了对气化剂的定点、定量的注入，从而实现了气化过程可控，避免了煤层气化过程不同气化炉之间的相互干扰，产气过程稳定，气体成分可控，满足对燃气进一步深加工的需求，整个操作过程简单、方便、安全，同时建炉成本低廉，有效提高单井的气化采煤量、降低建炉钻井成本及地面建设、运营成本，同时提高了注气井的寿命周期。

图4所示为本发明第三实施例的多层煤层气化炉的炉型结构示意图。

如图4所示，本实施例的煤层气化炉也是基于两个煤层，即双煤层气化炉。在煤层气化炉的实际构建过程中，可能同时包含两个或两个以上的煤层气化炉，本实施例的炉型结构同样适用于两个以上煤层的情况。本实施例的双煤层气化炉包括：

注气井11、12，与注气井11相连的分支井21、23，与注气井12相连的分支井22、24，其中，分支井21下端再接次分支井211、212……21n，分支井23下端再接次分支井231、232……23p，出气井41、42……4x，第一煤层工作面51，第一煤层的气化通道71，第二煤层工作面52，第二煤层气化通道72，所述次分支井上设置各设置若干个注气点并顺序编号，注气点的个数根据不同煤层的具体情况进行取值。还包括：封隔装置8，导向装置9及注气装置。优选的，所述注气装置为连续油管注气装置，封隔装置8为可取式桥塞。

所述注气井1为双煤层气化炉的主井，用于提供通道为分支井21、23及次分支井211、212……21n、231、232……23p设置注气装置、封隔装置8和导向装置9。在所述注气井1与待气化的第一煤层工作面51的相接处，设置分支井21；在分支井21的下端，在第一煤层工作面51的水平方向上，设置次分支井211、212……21n，在注气井1与待气化的第二煤层工作面52的相接处，设置分支井23；在分支井23的下端，在第二煤层工作面52的水平方向上，设置次分支井231、232……23p。本实施例中在每个工作面上设置的次分支井相互平行，并呈现羽状，在实际的煤层气化炉的构建过程中，可以根据需要将次分支井设置为树状或鱼骨状等。每个次分支井通过气化通道与所述出气井相连。本实施例中，所述次分支井21与所述气化通道7相连。所述次分支井提供分支通道用于注气，气化通道用于为煤层气化后所获得的燃气提供输出的通道。在出气井与气化通道的连接处，可以设置筛管，用于收集所产生的燃气，所述出气井用于将所收集的燃气输出到地面。

当对第一煤层工作面51进行气化时，在分支井21和分支井23之间设置封隔装置8，在分支井21的分支窗口处设置导向装置9。所述封隔装置8用于封隔注气井1中的介质不进入分支井23中。此时，再分别对次分支井所在的煤层气化区域进行气化。当对次分支井211所在的煤层气化区域进行气化时，在其余次分支井的分支窗口处设置封隔装置8，在次分支井211的分支窗口处设置导向装置9，所述封隔装置8用于封隔分支井21中的介质不进入其余次分支井中而进入次分支井211中，同时次分支井211分支窗口处的导向装置，也可以由设置在临近次分支井窗口处的斜向器来实现。这里的介质，通常情况下指的是气化剂。另外，在出气井41、42……4x的第一煤层工作面51和第二煤层工作面52之间的段，设置封隔装置8。

相应的，当结束了第一煤层工作面51的气化过程，需要对第二煤层工作面52进行气化时，在分支井21的窗口处设置封隔装置8，使注气井1中的介质不进入分支井21中，而进入分支井23中。在分支井23的分支窗口处设置导向装置9，此时，再分别对次分支井所在的煤层气化区域进行气化。当对次分支井231所在的煤层气化区域进行气化时，在次分支井232的分支窗口处设置封隔装置8，在其余次分支井的分支窗口处设置导向装置9，所述封隔装置8用于封隔分支井23中的介质不进入其余次分支井中而进入次分支井231中，同时次分支井231分支窗口处的导向装置，也可以由设置在临近次分支井窗口处的斜向器来实现。这里的介质，通常情况下指的是气化剂。另外，在出气井41、42……4x与第一煤层工作面51的相接处，设置分隔器，使得产生的燃气顺利输出到地面，而不会进入到第一煤层的气化通道中。

优选的，所述出气井41、42……4x为垂直井，所述出气井41、42……4x与所述气化通道可以通过筛管10相连。

优选的，本实施例的分支井2、3及次分支井21、22……2n、31、32.....3p采用玻璃筛管支护结构，所述玻璃筛管的开孔率为1％～5％，其中开孔率优选为3％。

下面结合附图4，说明一下本实施例中的多层煤层气化的煤层气化炉的气化过程。

本实施例所述的煤层气化炉的气化工艺如下：

步骤S40，煤层气化炉钻孔施工结束后，在分支井21和分支井23之间、分支井22和分支井24之间，分别设置封隔装置8，在出气井41……4x下半段第一煤层51和第二煤层52之间分别均设置封隔器8。

步骤S41，贯通第一煤层的气化通道71。贯通注气井12的分支井22及位于其延伸方向上的出气井41、42……4x形成气化通道71，同时贯通位于分支井21上的次分支井211……21n处的气化通道，使得出气井41、42……4x具备输出气体的能力。

步骤S42，在分支井21的分支窗口处下放导向装置9。通过导向装置将注气装置通过注气井11下放至分支井21中。在次分支井212、213……21n的分支窗口处下放封隔装置8，保证介质不会进入次分支井212、213……21n中，而进入次分支井211中，同时，在次分支井211的分支窗口处下放导向装置9，通过导向装置的导向作用，将下放到分支井21中的注气装置下放至次分支井211中。上述下放封隔装置和导向装置的过程可通过连续油管或定向钻设备实现。

步骤S43，将连续油管注气装置沿次分支井211下放至待气化煤层的工作面51的注气点2111处。

步骤S44，调整所述注气装置的工艺参数，进行逆向引火、气化通道71加工，及工作面51的注气点2111的煤层气化，具体如下：

步骤S44A，依据气化区可气化煤层的厚度和储量等参数，控制注入气化剂流量、压力和氧浓度等参数；

步骤S44B，用逆向燃烧方式实现连续加工气化通道71和地下气化规模产气；

步骤S44C，随时调整注入气化剂参数，保证煤气组分和热值处于相对稳定状态；

步骤S44D，依据气化燃煤速度、煤气热值和组分及可气化煤层储量情况，确定预定气化位置的煤层气化工作时间；

步骤S44E，当注气点2111的煤层气化结束时，控制连续油管注气装置移动至下一个注气点。

步骤S45，在下一个注气点2112处重复步骤S44，当注气点2112的煤层气化结束时，控制连续油管注气装置移支至下下一个注气点，直至移动到注气点211n并完成相应煤层的气化，此时，次分支井211的煤层气化结束。

步骤S46，从所述分支井211中提出注气装置及导向装置，同时从所述羽状分支井的下一个分支井212中提出封隔装置8，采用连续油管或定向钻设备在次分支井211与次分支井212的分支窗口间下放封隔装置8，封隔注气井1内介质，防止介质进入次分支井211中，同时在次分支井212的分支窗口处下放导向装置9，用导向装置将所述连续油管注气装置下放至次分支井212内。

步骤S47，将所述连续油管注气装置下放至次分支井212的气化工作面51的注气点2121处，重复步骤S44，开始分支井212的相应注气点处煤层的气化过程.

步骤S48，重复步骤S45～步骤S47，完成包在次分支井212在内的所有n个分支井211～21n的注气点相应煤层的所化，从而完成第一煤层工作面51的气化。

步骤S49，提出在分支井21与分支井23之间的封隔装置8，同时提出分支井21及所属次分支井中的导向装置9和封隔装置8。在分支井21的分支窗口处下放封隔装置8，封隔注气井11内介质，防止介质进入分支井21中。

步骤S410，贯通第二煤层的气化通道72。贯通注气井12的分支井24及位于其延伸方向上的出气井41、42……4x形成气化通道72，同时贯通位于分支井23上的次分支井231……23n处的气化通道。

步骤S411，在分支井23的分支窗口处下放导向装置9，通过导向装置将注气装置通过注气井11下放至分支井23中。在次分支井232的分支窗口处下放封隔装置8，保证介质不会进入次分支井232中，而进入次分支井231中，同时，在次分支井231的分支窗口处下放导向装置9，通过导向装置的导向作用，将下放到分支井23中的注气装置下放至次分支井231中。提出出气井41、42……4x的第一煤层工作面51和第二煤层工作面52之间的封隔装置8，在第一煤层工作面51与出气井的相接处下入封隔装置8，从而保证所产生的燃气在输出时，不会进入第一煤层，而顺利输出到地面。上述下放封隔装置和导向装置的过程可通过连续油管或定向钻设备实现。

步骤S412，重复步骤S43至步骤S48，完成次分支井231、232……23p所在的第二煤层工作面52的气化。

通过上述本实施例的煤层气化炉的炉型结构及其工作过程的说明，可见本实施例所述的煤层气化炉实现了对气化剂的定点、定量的注入，从而实现了气化过程可控，避免了煤层气化过程不同气化炉之间的相互干扰，产气过程稳定，气体成分可控，满足对燃气进一步深加工的需求，整个操作过程简单、方便、安全，同时建炉成本低廉，有效提高单井的气化采煤量、降低建炉钻井成本及地面建设、运营成本，同时提高了注气井的寿命周期。

本发明第二实施方式为煤层气化方法，包括两个实施例，具体说明如下：

图5所示为本发明第四实施例的多层煤层气化方法流程示意图。

如图5所示，本实施例的多层煤层气化方法，包括如下步骤：

步骤S01，采用封隔装置封隔非工作状态煤层的分支井与工作状态煤层的分支井、注气井之间的通道。

优选的，本步骤中，各个待气化的煤层通过一个注气井在气化的过程中对煤层注入气化剂，为了防止各个煤层之间的相互干扰，将各个煤层分别分时间段的进行气化，如此，工作煤层所产生的燃气不会与其余煤层的气化剂相互影响，提高了煤层的气化效率。采用封隔装置分隔各个煤层，在具体的实现过程中，是封隔各个煤层分支井，保证气化剂可以进入工作煤层的分支井中，而不会进入非工作煤层的分支井中。这一封隔过程在煤层的气化通道与出气井进行贯通之前进行。

步骤S02，贯通工作状态煤层的出气井与气化通道。

本步骤对每一工作煤层在准备进入气化状态时，均进行一次贯通。这里的贯通在每一工作煤层与其他煤层封隔完成后、气化工作开始前进行。

步骤S03，在工作状态煤层的分支井中设置注气点。

对于工作状态的分支井，也是通过分区域的方式进行相应的煤层气化。具体的，在工作状态的分支井上，预先设置注气点，当注入气化剂时，将所述注气装置下放到分支井的注气点处，对相应注气点处的煤层气化区进行注气，从而进行相应的气化。

步骤S04，采用导向装置将注气装置引导至工作状态煤层的分支井中对应待气化煤层区的注气点。

在具体实现时，通过在工作状态的分支井的分支窗口处下放导向装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至所述工作状态分支井的待气化煤层区的相应注气点。

图6所示为本发明第四实施例的多层煤层气化方法流程示意图。

如图6所示，本实施例的多层煤层气化方法，包括如下步骤：

步骤S0，在第一煤层的分支井与第二煤层的分支井间下放封隔装置。

步骤S1，贯通第一煤层的气化通道与出气井。

在所述分支井与所述气化通道的连接处设置煤层段套管，在所述出气井下端点火，通过燃烧气化通道所在煤层贯通气化通道与出气井，通过所述气化通道收集产生的燃气并将燃气通过所述出气井输出到地面。

步骤S2，在第一煤层分支井的分支窗口处下放导向装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第一煤层分支井的待气化煤层区的第一注气点。

本步骤中，一个注气井同时与至少两个分支井相连，或两个注气井各自与至少一个分支井相连。

优选的，所述第一煤层的分支井下端还可以连接至少两个次分支井，和/或，所述第二煤层的分支井下端连接至少两个次分支井。相应的，本步骤中，在第一煤层分支井的分支窗口处下放导向装置时，进一步在第一煤层分支井的第一次分支井的分支窗口处下放导向装置，在除第一煤层分支井的第一次分支井的次分支井分支窗口处下放封隔装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第一煤层的第一注气点。

步骤S3，注气装置向所述待气化煤层区注入气化剂。

步骤S4，通过逆向引火，引发待气化煤层区的气化过程，气化过程中所产生的燃气通过所述气化通道从出气井中输出到地面。

步骤S5，通过计算，确定待气化煤层区的气化时间，在所述气化时间结束后，通过导向装置将所述注气装置引导至所述待气化煤层区的第二注气点。

本步骤以，可以通过注气装置调整注入气化剂的参数，保证所产生的所述燃气组分和热值的稳定。

步骤S6，重复步骤S3至步骤S5，直至完成所述第一煤层所设置的所有注气点所对应的待气化煤层区的气化。

步骤S7，提出第一煤层分支井中的导向装置、注气装置及第一煤层的分支井与第二煤层的分支井间的封隔装置，在所述第一煤层分支井的分支窗口处下放封隔装置。

步骤S8，贯通第二煤层的气化通道与出气井。

步骤S9，在所述第二煤层分支井的分支窗口处下放导向装置，并通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第二煤层分支井的待气化煤层区的第一注气点。

本步骤中，当所述分支井包括次分支井时，还可以进一步包括：提出第一煤层分支井及次分支井中的封隔装置、导向装置及注气装置；在所述第一煤层分支井的分支窗口处下放封隔装置，在所述第二煤层分支井的分支窗口处下放导向装置后，在第二煤层分支井的第一次分支井的分支窗口处下放导向装置，在除第一煤层分支井的第一次分支井的次分支井分支窗口处下放封隔装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第二煤层的第一注气点。

步骤S10，重复步骤S3至S6，直至完成所述第二煤层所设置的所有注气点所对应的待气化煤层区的气化。

本实施例的多层煤层气化方法，通过封隔装置对不同的分支井进行分隔控制，在导向装置作用下通过注气装置在不同分支井的不同注气点控制不同煤层区域的气化过程，实现对气化剂的定点、定量注入，从而实现多层煤层的气化过程可控，避免了煤层气化过程多外煤层之间的相互干扰，产气过程稳定，提高了煤层回采率，减少了钻井数量，降低了气化开采的成本。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (12)

1.一种多层煤层气化炉，所述气化炉基于至少两层煤层，其特征在于，所述煤层气化炉包括：注气井，分支井，次分支井，封隔装置，导向装置，注气装置；其中，

所述注气井用于向所述分支井下放封隔装置、导向装置、注气装置；

所述分支井至少具有两个，且每个煤层至少具有一个分支井，所述分支井与所述注气井相连，用于通过下放的所述注气装置向待气化煤层区注入气化剂；

所述次分支井连接于所述分支井的下端，所述每个分支井至少连接两个次分支井；

所述次分支井用于通过下放的注气装置向待气化煤层区注入气化剂；

所述封隔装置用于下放至分支井的分支窗口处，用于封隔所述分支井；

所述导向装置用于下放至分支井的分支窗口处，用于引导所述注气装置下放至所述分支井中；

所述注气装置用于注气装置所在的分支井向所述待气化煤层区相应的注气点注入气化剂。

2.根据权利要求1所述的多层煤层气化炉，其特征在于，所述煤层气化炉还包括：出气井，气化通道；其中，

所述出气井用于输出通过气化通道收集的燃气；

所述气化通道同时与所述分支井和所述出气井相连，用于产生燃气并为燃气的输出提供通道。

3.根据权利要求2所述的多层煤层气化炉，其特征在于，所述分支井至少具有两个，并与所述注气井相连，具体为，一个注气井同时与至少两个分支井相连，或两个注气井各自与至少一个分支井相连。

4.根据权利要求2所述的多层煤层气化炉，其特征在于，所述煤层气化炉还包括煤层段套管，所述煤层段套管设置在所述分支井与所述气化通道的连接处，用于贯通气化通道。

5.根据权利要求1所述的多层煤层气化炉，其特征在于，所述注气装置进一步用于通过注气装置调整注入气化剂的参数，保证所产生的燃气组分和热值的稳定。

6.一种多层煤层气化方法，其特征在于，所述方法包括：

采用封隔装置封隔非工作状态煤层的分支井与工作状态煤层的分支井、注气井之间的通道；

贯通工作状态煤层的出气井与气化通道；

在工作状态煤层的分支井中设置注气点；

采用导向装置将注气装置引导至工作状态煤层的分支井中对应待气化煤层区的注气点。

7.根据权利要求6所述的多层煤层气化方法，所述煤层气化方法在基于至少两层煤层的煤层气化炉钻孔施工完成的基础上得以实现，其特征在于，所述方法进一步包括：

步骤S0，在第一煤层的分支井与第二煤层的分支井之间下放封隔装置；

步骤S1，贯通第一煤层的气化通道与出气井；

步骤S2，在第一煤层分支井的分支窗口处下放导向装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第一煤层分支井的待气化煤层区的第一注气点。

8.根据权利要求7所述的多层煤层气化方法，其特征在于，所述方法在步骤S2之后还包括：

步骤S3，注气装置向所述待气化煤层区注入气化剂；

步骤S4，通过逆向引火，引发待气化煤层区的气化过程，气化过程中所产生的燃气通过所述气化通道从出气井中输出到地面；

步骤S5，通过计算，确定待气化煤层区的气化时间，在所述气化时间结束后，通过导向装置将所述注气装置引导至所述待气化煤层区的第二注气点；

步骤S6，重复步骤S3至步骤S5，直至完成所述第一煤层所设置的所有注气点所对应的待气化煤层区的气化；

步骤S7，提出第一煤层分支井中的导向装置、注气装置及第一煤层的分支井与第二煤层的分支井间的封隔装置，在所述第一煤层分支井的分支窗口处下放封隔装置；

步骤S8，贯通第二煤层的气化通道与出气井；

步骤S9，在所述第二煤层分支井的分支窗口处下放导向装置，并通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第二煤层分支井的待气化煤层区的第一注气点；

步骤S10，重复步骤S3至S6，直至完成所述第二煤层所设置的所有注气点所对应的待气化煤层区的气化。

9.根据权利要求7所述的多层煤层气化方法，其特征在于，所述分支井与注气井连接，其中，一个注气井同时与至少两个分支井相连，或两个注气井各自与至少一个分支井相连。

10.根据权利要求7所述的多层煤层气化方法，其特征在于，所述贯通气化通道，进一步包括：在所述分支井与所述气化通道的连接处设置煤层段套管，在所述出气井下端点火，通过燃烧气化通道所在煤层贯通气化通道与出气井，通过所述气化通道收集产生的燃气并将燃气通过所述出气井输出到地面。

11.根据权利要求7至10任一项所述的多层煤层气化方法，其特征在于，所述第一煤层的分支井下端连接至少两个次分支井，和/或，所述第二煤层的分支井下端连接至少两个次分支井；

所述步骤S2中，在第一煤层分支井的分支窗口处下放导向装置时，进一步在第一煤层分支井的第一次分支井的分支窗口处下放导向装置，在除第一煤层分支井的第一次分支井的次分支井分支窗口处下放封隔装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第一煤层的第一注气点；和/或，

步骤S7中，进一步包括：提出第一煤层分支井及次分支井中的封隔装置、导向装置及注气装置；在所述第一煤层分支井的分支窗口处下放封隔装置，在所述第二煤层分支井的分支窗口处下放导向装置后，在第二煤层分支井的第一次分支井的分支窗口处下放导向装置，在除第一煤层分支井的第一次分支井的次分支井分支窗口处下放封隔装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第二煤层的第一注气点。

12.根据权利要求8所述的多层煤层气化方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：通过注气装置调整注入气化剂的参数，保证所产生的燃气组分和热值的稳定。