CN116537759A - 一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法和系统，方法包括在煤炭分布区确定煤层并合理划分多个燃烧单元；在每个燃烧单元实施供氧水平井和采热直井钻完井；准备制氧、连续油管和温控供氧管；注氧并利用连续油管和温控供氧管控制煤层燃烧；采出煤层燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用；在燃空区、枯竭气田或深部圈闭进行二氧化碳封存。本发明将煤炭地下原位充分燃烧、二氧化碳采热与封存技术结合，对不易开采的煤炭进行原位充分燃烧，利用燃烧产生的二氧化碳混合气采出热能，利用燃控区、深部圈闭或枯竭气田封存二氧化碳，在充分利用煤炭热能的同时，减少碳排放对环境造成的影响，降低了煤炭利用中的环境污染。

Description

一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法和系统

技术领域

本发明涉及于煤炭地下热解技术领域，尤其是涉及一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法和系统。

背景技术

我国深部煤炭资源储量丰富，1000米以浅查明的煤炭资源量10176.45亿吨，埋深1000～2000米的煤炭资源在27000亿吨以上，埋深1000～3000米的煤炭资源约37700亿吨，据预测我国近70％的煤炭资源分布在1000米以深。

埋深大于1000米的煤炭资源因冲击地压、热害等，采用传统方式难以经济有效开采；埋深1000米以浅的煤炭资源也因环境和安全问题开采受限，部分省区甚至全面禁止开采。深部采矿普遍存在着高压富含水层突水、瓦斯或岩爆灾害、高温热害、冲击地压、井筒破裂等一系列的工程技术难题，极易引发工程事故。据预测，按现有的技术水平，在煤工作面环境温度、巷道变形控制以及采动岩体能量聚集灾变等方面的限制下，传统的井工开采煤炭资源极限开采深度在1500米。因此深部丰富的煤炭资源利用，必须创新开发技术，找到新思路，而传统技术却难以进行高效且高经济效益的深部煤炭资源开采利用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，解决了当前难以进行高效且高经济效益的深部煤炭资源开采利用的问题。

本发明还提供一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存系统。

根据本发明的第一方面实施例的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，包括以下步骤：

在煤炭分布区确定煤层并合理划分多个燃烧单元；

在每个所述燃烧单元实施供氧水平井和采热直井钻完井；

准备制氧、连续油管和温控供氧管；

注氧并利用所述连续油管和所述温控供氧管控制煤层燃烧；

采出煤层燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用；

在燃空区、枯竭气田或深部圈闭进行二氧化碳封存。

根据本发明实施例的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，至少具有如下有益效果：

通过利用本发明方法，可以实现煤地下原位燃烧产热，并通过采出燃烧产生的二氧化碳混合气以采出热能并转换为电能利用，同时可以将二氧化碳进行封存。对于本发明实施例的方法，其将煤炭地下原位充分燃烧、二氧化碳混合气采热与封存技术结合，对不易开采的煤炭进行原位充分燃烧、利用燃烧产生的高温二氧化碳混合气采出热能，利用燃控区封存部分二氧化碳，深部圈闭或枯竭气田封存其余的二氧化碳，在充分利用煤炭热能的同时，减少碳排放对环境造成的影响，降低了煤炭利用中的环境污染和安全风险，并且煤炭燃烧后产生的燃空区变形对地表影响小，也使得对地质环境影响小。因此最终实现了对当前难以井工开采的煤炭资源的利用，实现可利用煤炭资源的大幅度增加。

根据本发明的一些实施例，所述采出煤层燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用，包括以下步骤：

采出煤层燃烧产生的高温二氧化碳混合气，以实现热利用进行发电；

循环采出所述热利用后的低温二氧化碳混合气，以采出燃空区余热进行发电。

根据本发明的一些实施例，所述采出煤层燃烧产生的高温二氧化碳混合气，以采出热能进行发电，包括以下步骤：

建立平衡关系式，以用于燃烧采热控制，所述平衡关系式至少包括煤燃烧量、供氧量与高温二氧化碳采出量之间的平衡关系式以及燃空区压力、注氧压力与二氧化碳混合气采出压力之间的平衡关系式；

根据维持燃烧区压力需求，控制所述高温二氧化碳混合气的采出气量；

通过所述采热直井采出所述高温二氧化碳混合气至井口，并经换热处理后进行发电。

根据本发明的一些实施例，所述在煤炭分布区确定煤层并合理划分多个燃烧单元，包括以下步骤：

在煤炭分布区确定煤层，所述煤层至少满足煤层埋深要求、煤层厚度要求、煤层稳定连续分布要求和煤层隔水要求；

在所述煤层中，根据煤层连续性和稳定性、地面钻井施工需求以及装备部署需求，划分多个所述燃烧单元。

根据本发明的一些实施例，所述在每个所述燃烧单元实施供氧水平井和采热直井钻完井，包括以下步骤：

在每个所述燃烧单元的目标煤层钻探供氧水平井；

在每个所述供氧水平井的井底区域钻探所述采热直井，并完成所述供氧水平井与所述采热直井之间的井底连通，以使得每个所述燃烧单元上的所述供氧水平井和所述采热直井组成井对，所述井对用于控制煤层燃烧与采热。

根据本发明的一些实施例，若所述燃烧单元为多叠层燃烧单元，所述井对采用多分支井对，所述多叠层燃烧单元表示在多个叠合煤层下所划分的燃烧单元，所述多分支井对由多个所述供氧水平井和多个所述采热直井组成。

根据本发明的一些实施例，所述准备制氧、连续油管和温控供氧管，包括以下步骤：

准备含氧量满足要求的空分制氧；

确定所述温控供氧管的垂直段采用无缝钢管，水平段采用无缝钢管制作筛孔所制成的温控用特制筛管；

在所述供氧水平井内下入所述温控供氧管，并在所述温控供氧管内下入所述连续油管。

根据本发明的一些实施例，所述注氧并利用所述连续油管和所述温控供氧管控制煤层燃烧，包括以下步骤：

在所述温控供氧管内下入点火装置；

通过所述连续油管向井底煤层注氧；

启动所述点火装置引燃煤层，以使得煤层持续充分燃烧产生热能。

根据本发明的一些实施例，多个所述燃烧单元之间设置有保护煤柱。

根据本发明的第二方面实施例的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存系统，包括：

燃烧区确定单元，用于在煤炭分布区确定煤层并合理划分多个燃烧单元；

钻井单元，用于在每个所述燃烧单元实施供氧水平井和采热直井钻完井；

准备单元，用于准备制氧、连续油管和温控供氧管；

实施燃烧单元，用于注氧并利用所述连续油管和所述温控供氧管控制煤层燃烧；

采能单元，用于采出煤层燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用；

封存单元，用于在燃空区、枯竭气田或深部圈闭进行二氧化碳封存。

根据本发明实施例的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存系统，至少具有如下有益效果：

通过利用本发明系统，可以实现煤地下原位燃烧产热，并通过采出燃烧产生的二氧化碳混合气以采出热能并转换为电能利用，同时可以将二氧化碳进行封存。对于本发明实施例的系统，其将煤炭地下原位充分燃烧、二氧化碳混合气采热与封存技术结合，对不易开采的煤炭进行原位充分燃烧、利用燃烧产生的高温二氧化碳混合气采出热能，利用燃控区封存部分二氧化碳，深部圈闭或枯竭气田封存其余的二氧化碳，在充分利用煤炭热能的同时，减少碳排放对环境造成的影响，降低了煤炭利用中的环境污染和安全风险，并且煤炭燃烧后产生的燃空区变形对地表影响小，也使得对地质环境影响小。因此最终实现了对当前难以井工开采的煤炭资源的利用，实现可利用煤炭资源的大幅度增加。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种实施例的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法的流程图；

图2是本发明一种实施例的1口供氧水平井与1口采热直井所组成井对的结构图；

图3是本发明一种实施例的2口供氧水平井与2口采热直井所组成井对的结构图；

图4是本发明一种实施例的双分支供氧水平井与采热直井所组成井对的结构图；

图5是本发明一种实施例的多煤层多分支供氧水平井与采热直井所组成井对的结构图。

附图标记：

地表100；

煤层200；

供氧水平井300；

采热直井400。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表征相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。

参见图1所示，为本发明一个实施例提供的一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法的流程图，方法包括以下步骤：

在煤炭分布区确定煤层200并合理划分多个燃烧单元；

在每个燃烧单元实施供氧水平井300和采热直井400钻完井；

准备制氧、连续油管和温控供氧管；

注氧并利用连续油管和温控供氧管控制煤层200燃烧；

采出煤层200燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用；

在燃空区、枯竭气田或深部圈闭进行二氧化碳封存。

具体地，如图1所示，首先对于在煤炭分布区确定煤层200，具体是优选出满足原位充分燃烧、二氧化碳采热和碳封存的煤层200，在圈定好煤层200区域后，将其划分为多个燃烧单元，可以理解的是，每个燃烧单元都可以实施煤炭地下原位燃烧以及二氧化碳采热，因此继续在在每个燃烧单元上实施供氧水平井300和采热直井400钻完井。在一些实施例中，供氧水平井300的水平段长度在1000米左右，百分百钻遇煤层200，钻完井后实现采热直井400与供氧水平井300之间的井底连通，采热直井400采用耐高温保温材料固井，供氧水平井300作为温控供氧管的安装空间。

进一步地，准备氧气的制造，在一些实施例中，可以采用空分制氧。可以理解的是，通过采用氧气为助燃剂，燃烧产物以二氧化碳为主，且只能通过采热直井400采出，使得收集成本低，从而易于再利用或埋藏处理，大幅度减少二氧化碳对环境的影响。同时进行连续油管选型及温控供氧管制造及安装，然后向井底煤层200注入氧气，并利用连续油管和温控供氧管进行有序供氧，从而控制煤层200燃烧。利用燃烧区附近的枯竭气田已有的注入井，将剩余的CO2混合气注入到天然气储层中。

进一步地，煤层200燃烧后产生的二氧化碳将通过采热直井400被采出热能，并最终转换为电能得到利用。在一些实施例中，煤原位燃烧发生在地下密闭空间，其周围岩石和地层导热率低，热损失率低，周围地层和岩石加热后形成的影响范围最大为20米，当连片的燃烧单元完成燃烧后，加热后的岩石和地层可视为干热岩，因此可采用干热岩的采热技术方法采出热能。

进一步地，在深部煤层200地下气化，即进行控制燃烧，可形成大量安全可靠密闭地下燃空区，燃空区可以用作地下储气库建设和二氧化碳封存。因此直接可利用燃空区进行二氧化碳封存，同时利用燃烧区附近的枯竭气田已有的注入井，将剩余的二氧化碳混合气注入到天然气储层中，若附近无枯竭气田，则将剩余的二氧化碳混合气注入到深部的圈闭进行封存。

在一些实施例中，由于划分出了多个燃烧单元，因此可以对多个燃烧单元同时燃烧采热发电或按顺序燃烧采热发电，以使得满足不同规模的煤地下原位燃烧采热发电和碳封存需求。

本实施例中，通过利用本发明方法，可以实现煤地下原位燃烧产热，并通过对燃烧产生的二氧化碳采出热能以转换为电能利用，同时可以将二氧化碳进行封存。对于本发明实施例的方法，其将煤炭地下原位充分燃烧、二氧化碳采热与封存技术结合，对不易开采的煤炭进行原位充分燃烧、利用燃烧产生的高温二氧化碳采出热能，利用燃控区封存部分二氧化碳，深部圈闭或枯竭气田封存其余的二氧化碳，在充分利用煤炭热能的同时，减少碳排放对环境造成的影响，降低了煤炭利用中的环境污染，并且煤炭燃烧后产生的燃空区变形对地表100影响小，也使得对地质环境影响小。因此最终实现了对当前难以井工开采的煤炭资源的利用，实现可利用煤炭资源的大幅度增加。

在一些实施例中，采出煤层200燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用，包括以下步骤：

采出煤层200燃烧产生的高温二氧化碳混合气，以实现热利用进行发电；

循环采出热利用后的低温二氧化碳混合气，以采出燃空区余热进行发电。

具体地，可以理解的是，在对煤层200进行燃烧时，首先通过控制供氧量和供氧压力，从而实现煤层200充分燃烧，形成高温二氧化碳混合气；然后通过采热直井400井口处的控压装置，来控制高温二氧化碳混合气压力略大于地层中气体压力，以从高温二氧化碳混合气中采出热能，并经热交换装置将热能转移至发电工质以进行发电。

进一步地，当每个燃烧单元燃烧完成后，通过将经第一次热利用后形成的低温二氧化碳混合气通过供氧管注入到燃空区，然后经燃空区再次加热，并循环采出燃空区余热，从而用于发电及综合利用。在一些实施例中，当燃空区的温度下降到50度以下，则停止燃空区余热采出。

在一些实施例中，采出煤层200燃烧产生的高温二氧化碳混合气，以采出热能进行发电，包括以下步骤：

建立平衡关系式，以用于燃烧采热控制，平衡关系式至少包括煤燃烧量、供氧量与高温二氧化碳采出量之间的平衡关系式以及燃空区压力、注氧压力与二氧化碳混合气采出压力之间的平衡关系式；

根据维持燃烧区压力需求，控制高温二氧化碳混合气的采出气量；

通过采热直井400采出高温二氧化碳混合气至井口，并经换热处理后进行发电。

具体地，可以理解的是，通过建立平衡关系式，从而可以更加精准科学地对煤层200的充分燃烧进行控制，以使得可以大量采出高温二氧化碳的热能，从而实现能源的高效回收利用。

在一些实施例中，在煤炭分布区确定煤层200并合理划分多个燃烧单元，包括以下步骤：

在煤炭分布区确定煤层200，煤层200至少满足煤层200埋深要求、煤层200厚度要求、煤层200稳定连续分布要求和煤层200隔水要求；

在煤层200中，根据煤层200连续性和稳定性、地面钻井施工需求以及装备部署需求，划分多个燃烧单元。

具体地，可以理解的是，在一些实施例中，首先对于确定煤炭分布区，其具体为优先选择煤层200埋深为600米至1000米，煤层200厚度大于2米，煤层200稳定连续，距离含水断层30米以上，煤层200顶底板隔水的煤炭分布区。然后在煤炭分布区内，根据煤层200连续性和稳定性、地面钻井施工和装备部署需求，按照长度1000米，宽度70米划分燃烧单元。进一步地，在一些实施例中，当成本降低后，则可以选择厚度小于2米的稳定连续煤层200。

在一些实施例中，在每个燃烧单元实施供氧水平井300和采热直井400钻完井，包括以下步骤：

在每个燃烧单元的目标煤层200钻探供氧水平井300；

在每个供氧水平井300的井底区域钻探采热直井400，并完成供氧水平井300与采热直井400之间的井底连通，以使得每个燃烧单元上的供氧水平井300和采热直井400组成井对，井对用于控制煤层200燃烧与采热。

具体地，可以理解的是，利用现有的石油天然气、页岩油气、煤层200气钻完井技术，并基于顺采热单元延长方向，在目标煤层200钻探供氧水平井300。水平井段长度在1000米左右，以作为温控供氧管的安装空间。在供氧水平井300井底区域，钻探采热直井400，并实现两口井的井底连通。在一些实施例中，采热直井400采用耐高温套管和固井水泥完井。

在一些实施例中，若燃烧单元为多叠层燃烧单元，井对采用多分支井对，多叠层燃烧单元表示在多个叠合煤层200下所划分的燃烧单元，多分支井对由多个供氧水平井300和多个采热直井400组成。

具体地，可以理解的是，在燃烧单元内沿着延伸方向钻探供氧水平井300(“L”型井或多分支井)与采热直井400所构成的井对，以作为供氧导管、供氧连续油管和采热管的安装空间。对于单一煤层200而言，可以采用每个燃烧单元钻探1口供氧水平井300和1口采热直井400组成的井对，或采用2个分支的供氧水平井300与2口采热直井400组成的井对。而对于多个煤层200，可根据燃烧单元的分布特征，采用单向多分支水平井与采热直井400组成的井对，或双向多分支水平井与采热直井400组成的井对。

进一步地，结合参考图2至图5，图2至图5中分别示意了多种实施例下在地表100和煤层200之间所设置的多种井对，每种井对由不同的供氧水平井300和采热直井400组成。在一些实施例中，如图2所示，当煤层200稳定连续、燃烧单元长度在1000米左右时，采用1口供氧水平井300和1口采热直井400组成的井对进行煤地下原位燃烧采热。具体地，在燃烧单元一侧向另一侧钻探供氧水平井300，在燃烧单元另一侧钻1口采热直井400，并与供氧井底连通。供氧水平井300点火燃烧，经采热直井400采热。

进一步地，如图3所示，当煤层200稳定连续、燃烧单元长度可以连续延伸在2000米左右时，采用2口供氧水平井300与1口采热直井400组成的井对进行煤地下原位燃烧采热。具体地，在燃烧单元两侧分别向中部钻探供氧水平井300，在燃烧单元中部钻1口采热直井400并分别与2口供氧井底连通。2口供氧水平井300同时点火燃烧，经中部的采热直井400同时采热。

进一步地，如图4所示，当煤层200稳定连续、燃烧单元长度可以连续延伸在3000米以上时，采用双分支水平井与采热直井400组成的井对进行煤原位燃烧采热。具体地，在燃烧单元的1000米和3000米处，分别钻探1口双分支供氧水平井300，形成4个供氧水平井300井段，在燃烧单元两端和2000米处，分别钻探1口采热直井400，分别与4个供氧井水平井段的井底连通。4个供氧井水平井段同时点火燃烧，经3口采热直井400同时采热。

进一步地，如图5所示，对于同时有多层可供原位燃烧的煤层200，可在以上基本井对的基础上，设计不同的垂向多分支水平井与采热直井400组成的井对，即多分支井对。具体地，在多个煤层200同时钻探多的供氧井水平段，与1口采热直井400在多个煤层200同时建立连通。多个煤层200自上而下顺序点火燃烧采热。

在一些实施例中，准备制氧、连续油管和温控供氧管，包括以下步骤：

准备含氧量满足要求的空分制氧；

确定温控供氧管的垂直段采用无缝钢管，水平段采用无缝钢管制作筛孔所制成的温控用特制筛管；

在供氧水平井300内下入温控供氧管，并在温控供氧管内下入连续油管。

具体地，可以理解的是，在一些实施例中，采用市场上成熟的空分制氧装置制氧，确保氧气含量达到95％以上；供氧管的垂直段采用无缝钢管；其水平段为温控打开的特制筛管，采用无缝钢管制作筛孔，筛孔4排均布，每排孔距10cm，孔径0.5cm，除水平井井底10米外,全部供氧孔采用700℃左右自熔材料封堵，在相应温度下自动融化打开筛孔供氧；供氧管内下入连续油管作为氧气注入井下的通道。在供氧水平井300完井时，下入温控供氧管，温控供氧管的垂直井段固井完井，水平井段下入供氧筛管完井。

在一些实施例中，注氧并利用连续油管和温控供氧管控制煤层200燃烧，包括以下步骤：

在温控供氧管内下入点火装置；

通过连续油管向井底煤层200注氧；

启动点火装置引燃煤层200，以使得煤层200持续充分燃烧产生热能。

具体地，可以理解的是，在一些实施例中，首先在温控供氧管内下入前端带有点火装置的连续油管至供氧水平井300井底，然后采用空压机通过连续油管向井底煤层200注氧,并启动点火装置引燃煤层200，煤层200持续燃烧产生热能；当封堵的供氧孔附近温度达到700℃左右时,封堵供氧孔的材料融化，封堵的供氧孔打开,连续油管后退至新打开的供氧孔附近供氧，使煤层200沿着供氧管充分燃烧,持续产生热能；由于燃烧单元为密闭空间，其温度高达1200℃以上，热能主要储集在燃烧产生的二氧化碳混合气及周围20米内的岩石及地层中，无法在短时间内散失，没有热能外泄通道，热能散失量小。

在一些实施例中，多个燃烧单元之间设置有保护煤柱。

具体地，在一些实施例中，通过在相邻燃烧单元之间留有宽度10米左右的保护煤柱，从而减少顶板塌陷危害，并防止燃烧产生的产物互窜。

在一些实施例中，通过利用本发明实施例的方法，一个1000米长、3米厚、30米宽的燃烧单元可燃烧煤炭量约为12.5万吨，取煤的热值为5500kcal/kg＝23.1MJ/kg、热效率按照70％计算(现有国内热电厂锅炉效率均在90％左右)、电转换效率30％(现有国内蒸汽轮机发电系统均在40％左右)，不考虑热电联产，按照纯凝发电计算发电量，售电价格按0.4元/度计算，自用电取10％，12.5万吨煤经地下原位燃烧采热发电，可生产1.5亿度可售电力，收入6000万元，如果燃烧宽度为60米，可生产3.0亿度可售电力，收入12000万元，因此本发明实施例具有良好的经济效益。

另外，本发明一个实施例提供了一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存系统，系统包括：燃烧区确定单元、钻井单元、准备单元、实施燃烧单元、采能单元、封存单元。燃烧区确定单元用于在煤炭分布区确定煤层200并合理划分多个燃烧单元；钻井单元用于在每个燃烧单元实施供氧水平井300和采热直井400钻完井；准备单元用于准备制氧、连续油管和温控供氧管；实施燃烧单元用于注氧并利用连续油管和温控供氧管控制煤层200燃烧；采能单元用于采出煤层200燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用；封存单元用于在燃空区、枯竭气田或深部圈闭进行二氧化碳封存。

具体地，可以理解的是，本申请实施例的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存系统用于实现基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，本申请实施例的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存系统与前述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法相对应，具体的处理过程请参照前述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，在此不再赘述。

本实施例中，通过利用本发明系统，可以实现煤地下原位燃烧产热，并通过采出燃烧产生的二氧化碳混合气以采出热能并转换为电能利用，同时可以将二氧化碳进行封存。对于本发明实施例的系统，其将煤炭地下原位充分燃烧、二氧化碳混合气采热与封存技术结合，对不易开采的煤炭进行原位充分燃烧、利用燃烧产生的高温二氧化碳混合气采出热能，利用燃控区封存部分二氧化碳，深部圈闭或枯竭气田封存其余的二氧化碳，在充分利用煤炭热能的同时，减少碳排放对环境造成的影响，降低了煤炭利用中的环境污染和安全风险，并且煤炭燃烧后产生的燃空区变形对地表100影响小，也使得对地质环境影响小。因此最终实现了对当前难以井工开采的煤炭资源的利用，实现可利用煤炭资源的大幅度增加。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，包括以下步骤：

在煤炭分布区确定煤层并合理划分多个燃烧单元；

在每个所述燃烧单元实施供氧水平井和采热直井钻完井；

准备制氧、连续油管和温控供氧管；

注氧并利用所述连续油管和所述温控供氧管控制煤层燃烧；

采出煤层燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用；

在燃空区、枯竭气田或深部圈闭进行二氧化碳封存。

2.根据权利要求1所述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，所述采出煤层燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用，包括以下步骤：

采出煤层燃烧产生的高温二氧化碳混合气，以实现热利用进行发电；

循环采出所述热利用后的低温二氧化碳混合气，以采出燃空区余热进行发电。

3.根据权利要求2所述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，所述采出煤层燃烧产生的高温二氧化碳混合气，以采出热能进行发电，包括以下步骤：

建立平衡关系式，以用于燃烧采热控制，所述平衡关系式至少包括煤燃烧量、供氧量与高温二氧化碳采出量之间的平衡关系式以及燃空区压力、注氧压力与二氧化碳混合气采出压力之间的平衡关系式；

根据维持燃烧区压力需求，控制所述高温二氧化碳混合气的采出气量；

通过所述采热直井采出所述高温二氧化碳混合气至井口，并经换热处理后进行发电。

4.根据权利要求1或2所述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，所述在煤炭分布区确定煤层并合理划分多个燃烧单元，包括以下步骤：

在煤炭分布区确定煤层，所述煤层至少满足煤层埋深要求、煤层厚度要求、煤层稳定连续分布要求和煤层隔水要求；

在所述煤层中，根据煤层连续性和稳定性、地面钻井施工需求以及装备部署需求，划分多个所述燃烧单元。

5.根据权利要求1或2所述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，所述在每个所述燃烧单元实施供氧水平井和采热直井钻完井，包括以下步骤：

在每个所述燃烧单元的目标煤层钻探供氧水平井；

在每个所述供氧水平井的井底区域钻探所述采热直井，并完成所述供氧水平井与所述采热直井之间的井底连通，以使得每个所述燃烧单元上的所述供氧水平井和所述采热直井组成井对，所述井对用于控制煤层燃烧与采热。

6.根据权利要求5所述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，若所述燃烧单元为多叠层燃烧单元，所述井对采用多分支井对，所述多叠层燃烧单元表示在多个叠合煤层下所划分的燃烧单元，所述多分支井对由多个所述供氧水平井和多个所述采热直井组成。

7.根据权利要求1或2所述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，所述准备制氧、连续油管和温控供氧管，包括以下步骤：

准备含氧量满足要求的空分制氧；

确定所述温控供氧管的垂直段采用无缝钢管，水平段采用无缝钢管制作筛孔所制成的温控用特制筛管；

在所述供氧水平井内下入所述温控供氧管，并在所述温控供氧管内下入所述连续油管。

8.根据权利要求1或2所述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，所述注氧并利用所述连续油管和所述温控供氧管控制煤层燃烧，包括以下步骤：

在所述温控供氧管内下入点火装置；

通过所述连续油管向井底煤层注氧；

启动所述点火装置引燃煤层，以使得煤层持续充分燃烧产生热能。

9.根据权利要求1或2所述的基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存方法，其特征在于，多个所述燃烧单元之间设置有保护煤柱。

10.一种基于煤炭地下原位燃烧采热及碳封存系统，其特征在于，包括：

燃烧区确定单元，用于在煤炭分布区确定煤层并合理划分多个燃烧单元；

钻井单元，用于在每个所述燃烧单元实施供氧水平井和采热直井钻完井；

准备单元，用于准备制氧、连续油管和温控供氧管；

实施燃烧单元，用于注氧并利用所述连续油管和所述温控供氧管控制煤层燃烧；

采能单元，用于采出煤层燃烧产生的二氧化碳混合气以转换为电能进行利用；

封存单元，用于在燃空区、枯竭气田或深部圈闭进行二氧化碳封存。