CN107227947A - 一种地下气化炉及其施工法以及煤炭地下气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下气化炉及其施工方法以及煤炭地下气化方法，其属于煤炭地下气化开采技术领域，结合U形对接井技术灵活构建，通过一个进气井对应多个水平井和出气直井，建造了一种束状多通道地下气化炉，大大缩短了建炉时间、节约了建炉成本。针对不同厚度的煤层构建多条不同层位的气化通道，多条气化通道仅对应一口进气井，立体化布置气化通道，大大提高了不同厚度煤层资源的气化开采利用率。使用本发明所提供的地下气化炉进行煤炭地下气化，可实现束状多条气化通道同时进行气化，提高了气化效率。

Description

一种地下气化炉及其施工法以及煤炭地下气化方法

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，具体涉及一种地下气化炉及其施工法以及煤炭地下气化方法。

背景技术

煤炭地下气化是通过在地下赋存的煤层内施工气化通道，并将通道周边煤层引燃而实现的。根据准备气化通道的方式不同，目前地下气化方式主要分为无井式和有井式。其中有井式地下气化，需要人工开拓气化通道，建炉周期长，避免不了地下劳动，对环境有影响。无井式地下气化，需要钻机钻进气化通道，建炉周期短，消除了地下作业，对环境无公害。目前我国及世界范围地下气化主推炉型以无井式为主。

为了能够对各种不同赋存条件的煤层气化过程实现有效控制，必须针对不同的煤层赋存条件，采用不同的无井式气化炉结构。几十年来，发展了多种炉型，从进、出气点和气化通道相对位置来分可把它们分为几种基本炉型，即一线炉、V形炉、盲孔炉等，在这几种基本炉型的基础上，后来又发明了目前业内认可的U形对接井地下气化炉。上述均为单一炉型，如公开号为CN103603647A的中国发明专利，其公开了一种地下气化炉，依次连通的进气通道、气化通道、出气通道以及通入其中的管道，管道的第一端口伸出地面，第二端口位于气化通道中；第二端口连接有清灰装置，用于清除地下煤层煤壁上气化附着的积灰。由此可见单一炉型需多次重复施工各类钻孔完成建炉，同时很难满足气化不同厚度的煤层要求，气化过程中一条气化通道至少需要匹配一口进气井，建炉周期长，投资成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对不同厚度的煤层构建多条不同层位气化通道的地下气化炉及其施工方法。本发明的目的还在于提供一种提高气化效率的煤炭地下气化方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种地下气化炉，包括：

一个进气井，其包括相互连通的垂直段和造斜段，井口位于所述垂直段上，所述造斜段位于所述垂直段的下方；

一个造穴，其与所述造斜段的末端相连通；

多个出气直井，每一出气直井与所述造穴之间通过至少一水平井相连。

作为优选，所述造斜段的形状为曲率为正的凹弯圆弧。

作为优选，所述出气直井为三个。

作为优选，每一出气直井与所述造穴之间通过一水平井相连。

作为优选，所述造斜段位于煤层底板上部5-7m处。

作为优选，所述造穴的体积为5-8m³。

作为优选，当所述水平井为三个时，所述造穴3的体积为5-8m³；

当所述水平井为n个时，n＞3，所述造穴3的体积为5-8m³的1.2^n-3-1.3^n-3倍。

一种地下气化炉的施工方法，其具体步骤如下：

a)钻出进气井上的垂直段和造斜段，并进行下套管及固井；

b)在所述造斜段的末端挖出造穴；

c)钻出出气直井，并进行下套管及固井；

d)根据出气直井的数量，以所述造穴为起点采用欠平衡定向钻进的方法钻出与出气直井相连通的水平井，每一出气直井与所述造穴之间至少有一个水平井；当一水平井钻至一出气直井底部0-2m范围内为中靶，下入打孔玻璃钢管支护，不固井。

作为优选，所述步骤a)中所述造斜段施工至煤层底板上部5-7m处。

作为优选，所述步骤d)中的打孔玻璃钢管的孔径为2-4cm。

一种用上述任一项所述的地下气化炉进行煤炭地下气化的方法，其具体步骤如下：

由进气井的井口通入助燃剂，并驱使助燃剂在造穴处扩散到各个水平井内，以各个出气直井底部为点火点点燃煤层，将各个水平井内气化后的气体经出气直井输出。

本发明所提供的地下气化炉及其施工方法，结合U形对接井技术灵活构建，通过一个进气井对应多个水平井和出气直井，建造了一种束状多通道地下气化炉，大大缩短了建炉时间、节约了建炉成本。针对不同厚度的煤层构建多条不同层位的气化通道，多条气化通道仅对应一口进气井，立体化布置气化通道，大大提高了不同厚度煤层资源的气化开采利用率。使用本发明所提供的地下气化炉进行煤炭地下气化，可实现束状多条气化通道同时进行气化，提高了气化效率。

本发明的有益效果如下：

1、一炉多用，提高不同厚度煤层资源的利用率。该炉型可针对不同厚度煤层构建束状气化通道，通过分水平布置气化通道，大大提高了不同厚度煤层资源的气化开采利用率。

2、减少地下气化炉的建炉时间与成本。通过一次U形井直井段和造斜段，可完成多条水平段的构建，大大节省了地下气化炉的建炉时间，同时，极大的减少了建炉成本。

3、实现一进多出，同时气化。将一井通入的催化气体在地下分散到各气化通道，呈现束状多通道同时气化状态。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的地下气化炉的平面示意图；

图2为本发明实施例提供的地下气化炉的纵向剖视示意图。

附图标记说明：

1、进气井垂直段；2、进气井造斜段；3、造穴；4、水平井；5、出气直井。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

如图1和图2所示，一种地下气化炉，适用于不同厚度的煤层进行大面积、层次化、高效率气化，该炉型充分结合U形对接井技术灵活构建一体化的束状多通道地下气化炉，包括进气井、造穴3、水平井4和出气直井5。其中，进气井为一个，该进气井由相互连通的垂直段1和造斜段2构成，井口位于垂直段1上，造斜段2位于垂直段1的下方，优选地，如图2所示，造斜段2的形状为曲率为正的凹弯圆弧，并位于煤层底板上部5-7m处。垂直段1和造斜段2的井径为目前通用井径的1.5-2倍。造穴3与造斜段2的末端相连通。出气直井5为多个，其数量取决于煤层厚度，每个出气直井5终井位置也取决于煤层厚度，而水平井4的数量同样取决于煤层厚度。每一出气直井5与造穴3之间通过至少一水平井4相连，水平井4作为气化通道。在本实施例中，出气直井5为三个，水平井4也为三个，一出气直井5与造穴3之间通过一水平井4相连，如此结构，则造穴3的体积为5-8m³。以目前常见的煤层厚度看，设置三个出气直井5和三个水平井4即可满足需求，而煤层厚度每增加15-20m，则垂向上加增一个水平井4。垂向上增加一水平井4可对应的新增一出气直井5与其相连，也可将增加的水平井4与现有的出气直井5相连，即一个出气直井5对应多个水平井4，如此可进一步提高气化效率。当水平井4为n个时，n＞3，造穴3的体积为5-8m³的1.2^n-3-1.3^n-3倍，也就是说，当有三个以上水平井4时，造穴3的体积以5-8m³为基础，每增加一个水平井4，造穴3的体积则增加到1.2-1.3倍，例如，当水平井4为四个时，则造穴3的体积为5-8m³的1.2-1.3倍；当水平井4为五个时，则造穴3的体积为5-8m³的1.2²-1.3²倍，以此类推，则当水平井4为n个时，n＞3，造穴3的体积为5-8m³的1.2^n-3-1.3^n-3倍。

一种上述地下气化炉的施工方法，其具体步骤如下：

a)钻出进气井上的垂直段1和造斜段2，其中，造斜段2施工至煤层底板上部5-7m处，垂直段1和造斜段2的井径为目前通用井径的1.5-2倍，先后对垂直段1和造斜段2进行下套管及固井；(向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业称为固井)

b)在造斜段2的末端挖出造穴3，形成5-8m³的空间；

c)钻出出气直井5，常规井径，并进行下套管及固井；

d)根据出气直井5的数量，以造穴3为起点采用欠平衡定向钻进的方法钻出与出气直井5相连通的水平井4，一出气直井5与造穴3之间有一个水平井4；当一水平井4钻至一出气直井5底部0-2m范围内为中靶，下入打孔玻璃钢管支护，不固井，打孔玻璃钢管的孔径为2-4cm。

一种用上述地下气化炉进行煤炭地下气化方法，其具体步骤如下：

由进气井的井口带压(3-5MPa)通入助燃剂，并驱使助燃剂在造穴3处扩散到各个水平井4内，以各个出气直井5底部为点火点点燃煤层，将各个水平井4内气化后的气体经出气直井5输出。

本实施例所提供的地下气化炉及其施工方法，结合U形对接井技术灵活构建，通过一个进气井对应多个水平井4和出气直井5，建造了一种束状多通道地下气化炉，大大缩短了建炉时间、节约了建炉成本。针对不同厚度的煤层构建多条不同层位的气化通道(水平井4)，多条气化通道仅对应一口进气井，立体化布置气化通道，大大提高了不同厚度煤层资源的气化开采利用率。使用上述地下气化炉进行煤炭地下气化，可实现束状多条气化通道同时进行气化，提高了气化效率。

该地下气化炉的有益效果如下：

1、一炉多用，提高不同厚度煤层资源的利用率。该炉型可针对不同厚度煤层构建束状气化通道，通过分水平布置气化通道，大大提高了不同厚度煤层资源的气化开采利用率。

2、减少地下气化炉的建炉时间与成本。通过一次U形井直井段和造斜段，可完成多条水平段的构建，大大节省了地下气化炉的建炉时间，同时，极大的减少了建炉成本。

3、实现一进多出，同时气化。将一井通入的催化气体在地下分散到各气化通道，呈现束状多通道同时气化状态。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种地下气化炉，其特征在于，包括：

一个进气井，其包括相互连通的垂直段和造斜段，井口位于所述垂直段上，所述造斜段位于所述垂直段的下方；

一个造穴，其与所述造斜段的末端相连通；

多个出气直井，每一出气直井与所述造穴之间通过至少一水平井相连。

2.根据权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述出气直井为三个。

3.根据权利要求2所述的地下气化炉，其特征在于，每一出气直井与所述造穴之间通过一水平井相连。

4.根据权利要求3所述的地下气化炉，其特征在于，所述造斜段位于煤层底板上部5-7m处。

5.根据权利要求4所述的地下气化炉，其特征在于，所述造穴的体积为5-8m³。

6.根据权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，

当所述水平井为三个时，所述造穴3的体积为5-8m³；

当所述水平井为n个时，n＞3，所述造穴3的体积为5-8m³的1.2^n-3-1.3^n-3倍。

7.一种地下气化炉的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

a)钻出进气井上的垂直段和造斜段，并进行下套管及固井；

b)在所述造斜段的末端挖出造穴；

c)钻出出气直井，并进行下套管及固井；

d)根据出气直井的数量，以所述造穴为起点采用欠平衡定向钻进的方法钻出与出气直井相连通的水平井，每一出气直井与所述造穴之间至少有一个水平井；当一水平井钻至一出气直井底部0-2m范围内为中靶，下入打孔玻璃钢管支护，不固井。

8.根据权利要求7所述的地下气化炉的施工方法，其特征在于，所述步骤a)中所述造斜段施工至煤层底板上部5-7m处。

9.根据权利要求7所述的地下气化炉的施工方法，其特征在于，所述步骤d)中的打孔玻璃钢管的孔径为2-4cm。

10.一种用如权利要求1至6中任一项所述的地下气化炉进行煤炭地下气化的方法，其特征在于，具体步骤如下：

由进气井的井口通入助燃剂，并驱使助燃剂在造穴处扩散到各个水平井内，以各个出气直井底部为点火点点燃煤层，将各个水平井内气化后的气体经出气直井输出。