CN112761613A - 一种深层煤原位热解开采利用的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深层煤原位热解开采利用的工艺。具体步骤如下：1)在目标煤层内部署煤炭热解区，从地面利用定向钻井方式建立热解工作面，产出通道；2)从井口下入能够在地面对其进行控制，并能够对煤层实施加热的加热装置；3)关闭井口，开始对煤层进行加热保温，生产井井口压力达到设定值，打开生产井生产阀门开始生产。本发明工艺开采及应用环节更环保、更安全；投资小，中间环节少；大大提升了可利用资源的存量；产品价值高、产品分离净化成本低、不需要水资源、煤炭利用率高、二氧化碳排放极少、运行安全性高优点；地层变化很小，保持了地层的稳定性，且这些反应剩余物仍有将来利用的价值；相对于常规煤层气生产，有更高的产量。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，具体为一种深层煤原位热解开采利用的工艺。
背景技术
目前，煤炭资源的开发主要有露天开采方式、井工开采方式及钻井法煤层气开采方式，鉴于经济性、安全性及技术性的综合考虑，能够进行有效开采的目标煤层埋深一般不会超过1500米，绝大多数都在千米埋深以内。针对深层煤(埋深1500米以上)的开发利用到目前为止还没有成熟的技术体系，虽然人们早已提出了煤炭地下气化的理论，并在世界范围内进行了多次现场试验，但是到目前还没有一个能够实现商业化运营的案例。
深层煤炭资源量远远大于浅层煤炭资源量，在全球能源需求不断增加、供需矛盾不断加剧的当下，深层煤炭的有效开发利用有重要的现实意义。
煤的热解也称为煤的干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，煤在不同的温度下发生一系列的物理变化和化学反应的复杂过程。煤热解的结果是生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦或焦炭)等产品。焦油经加氢可制取汽油、柴油等产品，是石油的代用品，而且是石油所不能完全替代的化工原料。煤气是使用方便的燃料，可成为天然气的代用品，另外还可用于化工合成，半焦既员优质的无烟燃料，也员优质的铁合金用焦、气化原料、吸附材料。用热解的方法生产洁净或改质的燃料，既可减少燃煤造成的环境污染，又能充分利用煤中所含的较高经济价值的化合物，具有保护环境、节能和合理利用煤炭资源的广泛意义。
目前，煤的热解技术已经在理论上非常成熟，在应用上也具有相当的规模，在煤化工及应用方面占有重要的地位。但是这些利用，是建立在煤的物理开采，并且在地面建立相应设施的条件下进行的。在原料供应日益紧张、环保要求日趋严格的客观条件下，如果能对目前尚无法利用的深层煤进行原位热解开采利用，则相对于目前的利用方案，在资源利用及环境效益方面有明显的优势。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其利用地面钻井法在深层煤层建立热解作用区并对该区域煤炭进行原位热解，将生产出的热解煤气产出并处理利用，实现深部煤资源的开发利用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，具体步骤如下：
1)在目标煤层内部署煤炭热解区，从地面利用定向钻井方式建立热解工作面，产出通道；
2)从井口下入能够在地面对其进行控制，并能够对煤层实施加热的加热装置；
3)关闭井口，开始对煤层进行加热；初次加热时，当煤层内井眼表面煤层温度达到500℃～550℃范围时，进行保温加热，持续保温加热使生产井井口压力达到设定值，打开生产井生产阀门开始生产。
进一步，步骤3生产井井口生产压力小于0.2MPa时，重复步骤3进行下一周期的加热作业，加热温度不超过1000℃；当生产井井口压力达到设定值时，开始再一次产气。
进一步，步骤3中的生产井井口压力设定值不超过该地下煤层静水压力的70％～80％。
进一步，步骤1中钻井为煤层水平井或煤层水平井与竖井的组合。
进一步，所述加热装置为电阻加热装置、感应加热装置、微波加热装置、燃烧加热装置中的一种。
进一步，所述加热装置带有能够测定热解区煤炭表面温度的测温传感器。
进一步，还包括能够产生煤气的接收、分离、处理净化装置。
进一步，还包括温度、压力、流量联动自动控制系统，保证系统的正常、安全生产。
本发明的有益效果在于：一、变固体采煤为气体采煤，开采及应用环节更环保、更安全；二、通过地面钻井方式布置煤层热解作业面，将煤炭的热解装置建于地下，投资小，中间环节少，具有较好的效益前景；三、大大提升了可利用资源的存量，在能源供需矛盾突出的今天，具有十分重要的现实意义。四是热解工艺与概念中的煤炭地下气化相比，具有产品价值高、产品分离净化成本低、不需要水资源、煤炭利用率高、二氧化碳排放极少、运行安全性高优点；五、一个区域的煤炭资源热解结束后，原位剩余物半焦、焦炭等对地层仍有支撑作用，地层变化很小，保持了地层的稳定性，且这些反应剩余物仍有将来利用的价值；六、相对于常规煤层气生产，有更高的产量，一吨煤的热解产出气可达百立方米以上，是吨煤煤层气产量的几十倍。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种深层煤原位热解开采利用的工艺的结构示意图；
图2为本发明提供的一种深层煤原位热解开采利用的工艺中钻井形式为L型水平井和竖井组合成的U型井的结构示意图；
图3为本发明提供的一种深层煤原位热解开采利用的工艺中钻井形式为L型水平井和竖井组合成的4形井的结构示意图；
图4为本发明提供的一种深层煤原位热解开采利用的工艺中钻井形式为双水平井的结构示意图。
附图标记说明：
地面1、竖井2、煤层3、L形水平井4、双水平井5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，一种深层煤原位热解开采利用的工艺，具体步骤如下：
1)在目标煤层3内部署煤炭热解区，从地面1利用定向钻井方式建立热解工作面，产出通道；煤层3内井眼是热解热源的输入通道，其井壁煤层3是热量接受面；
2)从井口下入能够在地面1对其进行控制，并能够对煤层3实施加热的装置，所述加热装置带有能够测定热解区煤炭表面温度的测温传感器；加热装置主体加热段位于井眼煤层3段以提高加热效率，加热装置的测温传感器来观察温度变化情况；
3)关闭井口，开始对煤层3进行加热，加热强度通过温度、压力、时间来平衡掌握；初次加热时，当煤层3内井眼表面煤层3温度达到500℃～550℃范围时，进行保温加热，持续保温加热使生产井井口压力达到设定值(一般不超过该地下煤层3静水压力的70％～80％)，打开生产井生产阀门开始生产；此过程中，煤热解，分为低温、中温、高温热解三个阶段；在200℃左右完成煤中的吸附气(甲烷、二氧化碳及氮气)的脱出，一直到350℃-400℃为干燥脱气阶段，350℃-550℃之间为煤的活泼分解阶段，以解聚和分解反应为主，此阶段生成并逸出大量挥发性物质，生成气体主要是甲烷及其同系物、氢气、一氧化碳、二氧化碳及不饱和烃；
生产井产生量小于设定值(一般井口生产压力小于0.2MPa)时，重复进行下一周期的加热作业，当生产井井口压力达到设定值时，开始再一次产气；后续加热及保温温度由加热装置正常工作能力来确定，但最高温度不超过1000℃；反复这个过程，当一个井组的产生量达不到设定的经济产量时，该井的煤炭原位热解开发周期即告结束。
初次加热要控制温升速度，保证温度场逐步向煤层3深部扩展，初次加热升温速度不能太快，初次加热升温经一周左右时间温度升至500℃～550℃；以保证在停止加热采气时，井壁煤层3能形成较深的径向裂缝，为后面加热时的热扩散提供良好通道；加热热解后即可进行热解煤气开采，整个热解过程要经过加热升温、升压、停止加热并开始产气的多次循环；具体加热过程还要通过平衡产量、加热费用等因素来确定。一般来说，一个区块深部煤层3的热解开发，要同时部署多个井组，实现产量稳定和综合成本的下降。加热装置在对一个井组实施完煤层3加热后，可取出对另一个井组实施加热作业。
根据地质条件及地表条件决定使用哪种形式的井；可以为水平井，也可以以水平井为基础，和竖井2组合；水平井包括阶梯水平井，分支水平井，鱼骨状水平井，多底水平井，双水平井5，长水平段水平井等；
深层煤的原位热解开采利用，实质上是煤的一种不完全热解工艺，煤的利用程度及产品与地面1热解有较大的区别，其主要产品是煤热解的气态及液态产物，固体剩余物还留在原位，这些固体资源在以后仍然具有进一步开发利用的价值。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，具体步骤如下：
1)在目标煤层内部署煤炭热解区，从地面利用定向钻井方式建立热解工作面，产出通道；
2)从井口下入能够在地面对其进行控制，并能够对煤层实施加热的加热装置；
3)关闭井口，开始对煤层进行加热；初次加热时，当煤层内井眼表面煤层温度达到500℃～550℃范围时，进行保温加热，持续保温加热使生产井井口压力达到设定值，打开生产井生产阀门开始生产。
2.根据权利要求1所述的一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，步骤3生产井井口生产压力小于0.2MPa时，重复步骤3进行下一周期的加热作业，加热温度不超过1000℃；当生产井井口压力达到设定值时，开始再一次产气。
3.根据权利要求1或2所述的一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，所述生产井井口压力设定值不超过该地下煤层静水压力的70％～80％。
4.根据权利要求1所述的一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，步骤1中钻井为煤层水平井或煤层水平井与竖井的组合。
5.根据权利要求1所述的一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，所述加热装置为电阻加热装置、感应加热装置、微波加热装置、燃烧加热装置中的一种。
6.根据权利要求4所述的一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，所述加热装置带有能够测定热解区煤炭表面温度的测温传感器。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，还包括能够产生煤气的接收、分离、处理净化装置。
8.根据权利要求7所述的一种深层煤原位热解开采利用的工艺，其特征在于，还包括温度、压力、流量联动自动控制系统。
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