CN113944454A - 一种富油煤地下微波原位热解开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富油煤地下微波原位热解开采方法，该方法包括：一、开挖贯穿至富油煤煤层下伏地层顶部的竖直操作井，然后在富油煤煤层上覆地层中、富油煤煤层下伏地层中开挖水平井孔安装微波发生器；二、在富油煤煤层中开挖水平通道及压裂孔并进行非定向压裂；三、向富油煤煤层中开挖生产井，注入加压氮气使得压裂液挥发排出；四、开启微波发生器进行微波原位热解。本发明在富油煤地下原位热解工艺中引入微波加热，通过改变原位热解工艺中的传热方式，使得富油煤在更大范围内整体均匀受热升温，有效降低了能量损耗并提高热传导效率，进而提高了富油煤煤层的原位热解效率，实现了煤炭资源的高效清洁开采利用，提高了热解工艺的安全性。
Description
技术领域
本发明属于富油煤原位热解技术领域，具体涉及一种富油煤地下微波原位热解开采方法。
背景技术
我国作为最大的发展中国家，能源是制约我国各方面发展的最重要因素之一，面对我国油气资源缺口巨大和煤炭资源相对充足的基本国情，促进资源的高效开发利用，加快利用煤炭资源向油气资源进行转化能够更好地丰富我国的资源供给渠道。加快对富油煤的开发利用，能够切实提高油气转化率、降低资源成本，优化能源结构。大力发展富油煤的高效转化产业结构，是实现煤炭资源清洁高效利用和低碳化开采的重要途径。地下原位热解技术可以极大程度上减小煤炭资源在开采运输过程中的损耗，节约了开采所需的大量人力物力，同时提高了富油煤的资源利用率和油气资源的产量，有利于增加我国油气资源的供给，优化煤炭绿色开采利用产业结构。目前地下原位热解技术所采用的加热升温措施所需设备投入成本大，消耗能源多，升温效率低且温度响应迟缓，不利于热解进程的精细化控制。
因此，为提高煤炭资源利用率，增加油气资源供给渠道和供给量，切实保证能源安全，针对目前富油煤清洁高效开发和绿色低碳化综合利用领域的问题与挑战，亟需研发一种更高效的富油煤地下原位热解开采方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种富油煤地下微波原位热解开采方法。该方法在富油煤地下原位热解工艺中引入微波加热，通过改变原位热解工艺中的传热方式，使得富油煤在更大范围内整体均匀受热升温，有效降低了能量损耗并提高热传导效率，进而提高了富油煤煤层的原位热解效率，实现了煤炭资源的高效清洁开采利用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、沿着竖直方向从地面开挖贯穿富油煤煤层并延伸至富油煤煤层下伏地层顶部的竖直操作井，然后沿着竖直操作井分别在富油煤煤层顶部的富油煤煤层上覆地层中、富油煤煤层底部的富油煤煤层下伏地层中开挖两条靠近富油煤煤层的水平井孔，并分别在井孔中安装上层微波发生器和下层微波发生器，再对上层微波发生器和下层微波发生器与竖直操作井之间进行隔绝；
步骤二、沿着竖直操作井在富油煤煤层的中部开挖水平通道，并在水平通道的上、下表面开挖压裂孔，然后通过加压注入装置将压裂液沿着竖直操作井注入水平通道的压裂孔中进行非定向压裂，形成人工压裂裂隙；
步骤三、沿着竖直方向从地面向富油煤煤层中开挖生产井与水平通道连通，然后通过加压注入装置经竖直操作井向水平通道中注入加压氮气，使得压裂液挥发排出；
步骤四、开启上层微波发生器和下层微波发生器发出微波作用于富油煤煤层并产生大量热能，使得富油煤煤层进行微波原位热解，生成的气体产物沿生产井输出，然后送入油气产物分级处理装置中进行分离与分级加工。
本发明首先开挖贯穿富油煤煤层并延伸至富油煤煤层下伏地层顶部的竖直操作井，沿着竖直操作井分别在富油煤煤层顶部的富油煤煤层上覆地层中、富油煤煤层底部的富油煤煤层下伏地层中开挖两条靠近富油煤煤层的水平井孔，并分别安装上层微波发生器和下层微波发生器，用于对富油煤煤层进行微波作用，通过确定微波发生器的安装位置，保证了富油煤煤层均在微波的作用范围内，避免了后续富油煤煤层热解对微波发生器的不良影响，并对上层微波发生器和下层微波发生器与竖直操作井之间进行隔绝，使得上层微波发生器和下层微波发生器处于相对稳定的工作环境内，保证了后续微波原位热解的有效进行；本申请继续沿着竖直操作井在富油煤煤层的中部开挖水平通道，并在水平通道的上、下表面开挖压裂孔、注入压裂液进行非定向压裂形成人工压裂裂隙，通常选择易挥发且挥发物对煤炭热解影响较小的压裂液，以易于在非定向压裂后去除不影响微波原位热解过程，然后开挖与水平通道连通的生产井，通过竖直操作井向水平通道中注入加压氮气，使得压裂液挥发从生产井中排出。在上述工艺完成后，开启上层微波发生器和下层微波发生器发出微波作用于富油煤煤层进行微波原位热解，生成的气体产物输出后进行分离与分级处理，不同于其他加热方式，微波具有较强的介电热效应，通过加快分子运动产生较强的热效应对富油煤进行辐射加热，直接作用于富油煤煤层内部，减少了不同位置富油煤煤层之间的温度梯度，在较大范围内使富油煤煤层整体均匀受热升温，减少了热能传导的中间环节，有效降低了能量损耗，提高了热传导效率，进而提高了富油煤煤层的原位热解效率，同时通过调节微波频率精准控制微波原位热解的升温速率和加热温度，实现了对微波原位热解工艺的优化调整，有利于提高富油煤的油气转化效率，适用于不同类型及组成的富油煤煤层；另外，富油煤煤层中的人工压裂裂隙在微波作用下促进富油煤煤层中产生更多裂缝，有利于热能快速进入富油煤煤层中，进一步保证了富油煤煤层的快速均匀受热，且增加了热解面积，提高了富油煤煤层的微波原位热解效率。
上述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤一中所述竖直操作井和步骤二中所述生产井的数量为两个以上。通过提高竖直操作井和生产井的数量，进而在富油煤煤层的不同部位设置更多的下层微波发生器和上层微波发生器，提高了微波对富油煤煤层的作用范围，进一步提高了微波原位热解的效率。
上述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤一中所述隔绝操作后采用回填岩土对竖直操作井的下部进行封堵。通过采用回填岩土对竖直操作井的下部进行封堵，增强了对富油煤煤层下伏地层中水平井孔内的下层微波发生器的封堵隔绝，避免了后续在下层微波发生器上方的富油煤煤层中人工压裂操作的不良影响，进一步保证了下层微波发生器周围环境的稳定性。
上述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤二中所述压裂孔沿着水平通道的上、下表面均匀分布。通过开挖沿着水平通道的上、下表面均匀分布的压裂孔，有利于压裂液注入后经非定向压裂形成均匀分布的人工压裂裂隙，进一步促进了富油煤煤层整体均匀受热升温。
上述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤三中所述压裂液挥发排出后，在水平通道和人工压裂裂隙中填充固态吸波材料。本发明通过在水平通道和人工压裂裂隙中填充固态吸波材料，在后续微波原位热解工艺中利用固体吸波材料对微波具有良好的吸收转化能力的特性，对传导的微波进行吸收并产生大量热能作用于富油煤煤层，加速了微波原位热解进程的进行，避免了微波能量的浪费，进一步提高了微波原位热解的效率；另外，基于水平通道和人工压裂裂缝的非规则性，固态吸波材料的填充为离散性，不会堵塞气体产物的排放通道，保证了气体产物的及时输出。
上述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤四中所述气体产物包括CO、CO2、H2及烃类气体。本发明的富油煤地下微波原位热解开采方法获得了包含CO、CO2、H2及烃类气体的气体产物，丰富了油气资源的供给量以及供给种类，优化了能源的开发结构。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在富油煤地下原位热解工艺中引入微波加热，通过改变原位热解工艺中的传热方式，使得富油煤在更大范围内整体均匀受热升温，有效降低了能量损耗并提高热传导效率，进而提高了富油煤煤层的原位热解效率，实现了煤炭资源的高效清洁开采利用。
2、本发明在富油煤地下原位热解工艺中引入微波加热，利用微波的加热特性使其直接作用于富油煤煤层，通过调节微波控制富油煤煤层的升温速率和热解温度，大幅提高了热传导效率和可控性，提高了热解工艺的安全性，避免了传统煤层开发利用过程中的危险性。
3、本发明通过引入微波提高了富油煤煤层的原位热解效率，极大地增加了油气能源供给量，丰富了油气资源供给渠道，降低了富油煤地下原位热解过程所需的物资成本和时间成本，提高了本发明方法的实用价值。
4、本发明将富油煤地下原位热解工艺和微波工艺有机结合起来，为富油煤的高效化开采和清洁开发利用提供了新的思路。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明富油煤地下微波原位热解开采的示意图。
附图标记说明:
1—加压注入装置； 2—油气产物分级处理装置； 3—竖直操作井；
4—水平通道； 5—生产井； 6—人工压裂裂隙；
7—回填岩土； 8—下层微波发生器； 9—上层微波发生器；
10—富油煤煤层下伏地层； 11—富油煤煤层； 12—富油煤煤层上覆地层；
13—固态吸波材料。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、沿着竖直方向从地面开挖贯穿富油煤煤层11并延伸至富油煤煤层下伏地层10顶部的竖直操作井3，然后沿着竖直操作井3分别在富油煤煤层11顶部的富油煤煤层上覆地层12中、富油煤煤层11底部的富油煤煤层下伏地层10中开挖两条靠近富油煤煤层11的水平井孔，并分别在井孔中安装上层微波发生器9和下层微波发生器8，再对上层微波发生器9和下层微波发生器8与竖直操作井3之间进行隔绝；
步骤二、沿着竖直操作井3在富油煤煤层11的中部开挖水平通道4，并在水平通道4的上、下表面开挖压裂孔，然后通过加压注入装置1将压裂液沿着竖直操作井3注入水平通道4的压裂孔中进行非定向压裂，形成人工压裂裂隙6；
步骤三、沿着竖直方向从地面向富油煤煤层11中开挖生产井5与水平通道4连通，然后通过加压注入装置1经竖直操作井3向水平通道4中注入加压氮气，使得压裂液挥发排出；
步骤四、开启上层微波发生器9和下层微波发生器8发出微波作用于富油煤煤层11并产生大量热能，使得富油煤煤层11进行微波原位热解，生成的气体产物沿生产井5输出，然后送入油气产物分级处理装置2中进行分离与分级加工。
进一步地，本实施例中所述竖直操作井3和步骤二中所述生产井5的数量为两个以上。
进一步地，本实施例中所述隔绝操作后采用回填岩土7对竖直操作井3的下部进行封堵。
进一步地，本实施例中所述压裂孔沿着水平通道4的上、下表面均匀分布。
进一步地，本实施例中所述压裂液挥发排出后，在水平通道4和人工压裂裂隙6中填充固态吸波材料13。
进一步地，本实施例中所述气体产物包括CO、CO2、H2及烃类气体。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、沿着竖直方向从地面开挖贯穿富油煤煤层(11)并延伸至富油煤煤层下伏地层(10)顶部的竖直操作井(3)，然后沿着竖直操作井(3)分别在富油煤煤层(11)顶部的富油煤煤层上覆地层(12)中、富油煤煤层(11)底部的富油煤煤层下伏地层(10)中开挖两条靠近富油煤煤层(11)的水平井孔，并分别在井孔中安装上层微波发生器(9)和下层微波发生器(8)，再对上层微波发生器(9)和下层微波发生器(8)与竖直操作井(3)之间进行隔绝；
步骤二、沿着竖直操作井(3)在富油煤煤层(11)的中部开挖水平通道(4)，并在水平通道(4)的上、下表面开挖压裂孔，然后通过加压注入装置(1)将压裂液沿着竖直操作井(3)注入水平通道(4)的压裂孔中进行非定向压裂，形成人工压裂裂隙(6)；
步骤三、沿着竖直方向从地面向富油煤煤层(11)中开挖生产井(5)与水平通道(4)连通，然后通过加压注入装置(1)经竖直操作井(3)向水平通道(4)中注入加压氮气，使得压裂液挥发排出；
步骤四、开启上层微波发生器(9)和下层微波发生器(8)发出微波作用于富油煤煤层(11)并产生大量热能，使得富油煤煤层(11)进行微波原位热解，生成的气体产物沿生产井(5)输出，然后送入油气产物分级处理装置(2)中进行分离与分级加工。
2.根据权利要求1所述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤一中所述竖直操作井(3)和步骤二中所述生产井(5)的数量为两个以上。
3.根据权利要求1所述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤一中所述隔绝操作后采用回填岩土(7)对竖直操作井(3)的下部进行封堵。
4.根据权利要求1所述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤二中所述压裂孔沿着水平通道(4)的上、下表面均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤三中所述压裂液挥发排出后，在水平通道(4)和人工压裂裂隙(6)中填充固态吸波材料(13)。
6.根据权利要求1所述的一种富油煤地下微波原位热解开采方法，其特征在于，步骤四中所述气体产物包括CO、CO2、H2及烃类气体。
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