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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zur unterirdischen Vergasung.
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Unterirdische Vergasung kann ein alternatives Verfahren zum Extrahieren von Energie aus einer unterirdischen Energiequelle sein. Das Verfahren kann das Bohren von einem oder mehreren Bohrlöchern in eine unterirdische Energiequelle und Zünden der unterirdischen Energiequelle einschließen. In der Regel können die Bohrlöcher innerhalb der unterirdischen Energiequelle zum Bilden eines horizontalen Bohrlochs verbunden werden. Die unterirdische Energiequelle kann gezündet werden, um Synthesegas („Syngas“) zu erzeugen, das aus einem Förderbohrloch strömen oder gepumpt werden kann, das mit der unterirdischen Energiequelle verbunden ist.
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Die Zündung und erneute Zündung einer unterirdischen Energiequelle kann häufig unzuverlässig sein. Derzeitige Verfahren der Zündung können die Verwendung von (1) selbstentzündenden Gasen, (2) chemischen Reaktanten oder (3) elektrischen Glühkerzen oder Widerständen beinhalten. Die Verwendung selbstentzündender Gase und chemischer Reaktanten kann Sicherheits- und Umweltgefahren darstellen, die das Risiko vermehrter Verletzungen und erhöhter Risikoeindämmungskosten mit sich bringen. Außerdem kann derzeitige Technologie beim Zünden einer unterirdischen Energiequelle häufig unpraktisch und nicht kosteneffektiv sein. Daher besteht Bedarf an einem kosteneffektiveren und zuverlässigeren System und Verfahren zur Zündung und Neuzündung einer unterirdischen Energiequelle.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese Zeichnungen veranschaulichen bestimmte Aspekte einiger Beispiele der vorliegenden Erfindung und sollen die Erfindung nicht einschränken oder definieren.
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1 ist ein Beispiel eines unterirdischen Vergasungssystems;
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2 ist ein Beispielschema eines unterirdischen Vergasungssystems; und
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3 ist ein Beispiel einer Untertagezündvorrichtung;
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4 ist eine Innenansicht der Untertagezündvorrichtung aus 3;
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5 ist eine Querschnittansicht eines Moduls;
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6 ist eine weggeschnittene Ansicht eines Moduls;
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7a ist ein Beispiel einer Hülse;
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7b ist ein Beispiel der Hülse aus 7a innerhalb der Untertagezündvorrichtung;
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8 ist eine Innenansicht eines weiteren Beispiels einer Untertagezündvorrichtung;
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9 ist eine Außenperspektive der Untertagezündvorrichtung aus 8;
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10 ist ein weiteres Beispiel einer Untertagezündvorrichtung;
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11 ist ein weiteres Beispiel einer Untertagezündvorrichtung; und
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12 ist ein Beispiel von 11 mit mehreren angebrachten Körpern.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und Verfahren zum Einleiten und Überwachen eines unterirdischen Vergasungsprozesses. Diese Offenbarung kann auch die Verwendung eines Treibladungsbrenners zum Zünden einer unterirdischen Energiequelle beschreiben.
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Unterirdische Vergasung kann ein Prozess zu Erzeugen von Synthesegas durch Zünden einer unterirdischen Energiequelle sein. In der Regel können ein oder mehrere Bohrlöcher in eine unterirdische Energiequelle gebohrt werden. Ohne Einschränkung können zwei oder mehr Bohrlöcher gebohrt werden, wobei die einzelnen Bohrlöcher innerhalb der unterirdischen Energiequelle verbunden werden könne, um beispielsweise ein horizontales Bohrloch zu erzeugen. Ein oder mehrere Bohrlöcher können als ein Injektionsbohrloch verwendet werden, und ein oder mehrere Bohrlöcher können als ein Förderbohrloch verwendet werden. Die Injektions- und Förderbohrlöcher können auf derselben oder unterschiedlichen Seiten der unterirdischen Energiequelle liegen.
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Eine Untertagezündvorrichtung kann in das Injektionsbohrloch eingeführt werden und die unterirdische Energiequelle zünden. Sobald die unterirdische Energiequelle gezündet wurde, kann ein Synthesegas („Syngas“) erzeugt werden, während die unterirdische Energiequelle brennt. Syngas kann, ohne darauf beschränkt zu sein, Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf, Luft und/oder Sauerstoff beinhalten. Dieses Gas kann durch ein Förderbohrloch strömen oder herausgepumpt werden. Die Untertagezündvorrichtung kann in der Regel von der brennenden unterirdischen Energiequelle an eine Position im Injektionsbohrloch (oder an der Oberfläche) entfernt werden und innerhalb des horizontalen Bohrlochs oder Injektionsbohrlochs benutzt werden. Auch kann die unterirdische Energiequelle eine Neuzündung erfordern. Für eine Neuzündung der unterirdischen Energiequelle kann die Untertagezündvorrichtung im Bohrloch nach unten geschickt und benachbart zu der unterirdischen Energiequelle angeordnet werden. Der oben beschriebene Zündprozess kann wiederholt werden, um die unterirdische Energiequelle neu zu zünden.
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Die Untertagezündvorrichtung kann auch Bohrlochsohlenbedingungen wie etwa Druck, Temperatur und Feuchtigkeit aufzeichnen und durch eine Kommunikationsleitung übertragen. Diese Aufzeichnungen können in Echtzeit an die Erdoberfläche übertragen werden, um den Vergasungsprozess zu steuern. Temperatursensoren können verwendet werden, um zu bestimmen, ob die unterirdische Energiequelle ausreichend brennt, so dass die Untertagezündvorrichtung aus dem Bohrloch entfernt werden kann. Bei der unterirdischen Vergasung kann Wasser oder Dampf zum Steuern der Lufttemperaturen in der brennenden unterirdischen Energiequelle verwendet werden. Außerdem kann die Untertagezündvorrichtung Daten zu Gasen in der unterirdischen Energiequelle einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf, Luft und/oder Sauerstoff, erfassen, messen und/oder übertragen. Die Untertagezündvorrichtung kann für maximale Effizienz auch eine Futterrohrkragenaufnahme oder einen Gammasensor zur präzisen Anordnung der Untertagezündvorrichtung in der unterirdischen Energiequelle benutzen.
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Entsprechend beschreibt diese Offenbarung Vorrichtungen, Systeme und Verfahren, die zum Zünden unterirdischer Energiequellen mit einer Untertagezündvorrichtung verwendet werden können. Eine Untertagezündvorrichtung kann ein Verbindungsgehäuse umfassen, das einen Zünder und ein erstes Zündgemisch umfassen kann. An das Verbindungsgehäuse kann ein Körper gekoppelt sein, wobei der Körper pyrotechnische Module und weiteres erstes Zündgemisch umfassen kann. Der Körper kann ferner Stopfen umfassen, die Löcher im Körper füllen können, wobei die Pellets dazu konfiguriert sein können, durch die Stopfen zu brennen, die aus einem eutektischen Material gebildet sein können. In Beispielen kann die Untertagezündvorrichtung ferner eine Kappe umfassen, die an einem Ende der Untertagezündvorrichtung gegenüber dem Verbindungsgehäuse angeordnet sein kann. Der Körper kann ferner eine Hülse umfassen, die ein oder mehrere der pyrotechnischen Module in ihrer Position halten kann. Die pyrotechnischen Module können in Reihe angeordnet sein und können eine Hauptladung und Pellets umfassen, die sich in die Hauptladung erstrecken können. Das Verbindungsgehäuse kann ferner eine Injektionsöffnung zum Zuführen eines Beschleunigers zu der Untertagezündvorrichtung umfassen. Der Körper kann mit einem zweiten Körper verbunden sein, der weitere in Reihe angeordnete pyrotechnische Module umfassen kann.
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Ein unterirdisches Vergasungssystem zum Zünden einer unterirdischen Energiequelle kann eine Untertagezündvorrichtung umfassen. Die Untertagezündvorrichtung kann ein Verbindungsgehäuse umfassen, das ferner einen Zünder und ein erstes Zündgemisch umfassen kann. An das Verbindungsgehäuse kann ein Körper gekoppelt sein, wobei der Körper in Reihe angeordnete pyrotechnische Module und ein weiteres erstes Zündgemisch umfassen kann. Eine Zuführleitung kann die Untertagezündvorrichtung benachbart zu einer unterirdischen Energiequelle positionieren. Das unterirdische Vergasungssystem kann ferner ein Fördersystem umfassen. Der Körper kann ferner eine Hülse umfassen, die ein oder mehrere der pyrotechnischen Module in ihrer Position halten kann. Die pyrotechnischen Module können in Reihe angeordnet sein und eine Hauptladung und Pellets umfassen, die sich in die Hauptladung erstrecken können. Das unterirdische Vergasungssystem kann ferner eine Kappe umfassen, die an einem Ende der Untertagezündvorrichtung gegenüber dem Verbindungsgehäuse angeordnet ist. Der Körper kann ferner Stopfen umfassen, die Löcher im Körper füllen können, wobei die Pellets dazu konfiguriert sein können, durch die Stopfen zu brennen. Die Stopfen können ein eutektisches Material umfassen. Das Verbindungsgehäuse kann ferner eine Injektionsöffnung zum Zuführen eines Beschleunigers zu der Untertagezündvorrichtung umfassen. Der Körper kann mit einem zweiten Körper verbunden sein, wobei der zweite Körper weitere in Reihe angeordnete pyrotechnische Module umfassen kann. Ein Injektionsbohrloch und ein Förderbohrloch können mit der unterirdischen Energiequelle verbunden sein, wobei sich die Zuführleitung durch das Injektionsbohrloch erstrecken kann, um die Untertagezündvorrichtung benachbart zu der unterirdischen Energiequelle zu positionieren.
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Ein Verfahren zum Zünden einer unterirdischen Energiequelle kann das Positionieren einer Untertagezündvorrichtung benachbart zu einer unterirdischen Energiequelle in einem Bohrloch, Zünden eines ersten Zündgemischs in der Untertagezündvorrichtung und Zünden einer Reihe pyrotechnischer Module, die in der Untertagezündvorrichtung angeordnet sind, mit dem ersten Zündgemisch umfassen, so dass eine Untertageenergiequelle gezündet wird. Die Untertagezündvorrichtung kann ein Verbindungsgehäuse an einem ersten Ende der Untertagezündvorrichtung umfassen, wobei das Verbindungsgehäuse einen Zünder und ein erstes Zündgemisch umfassen kann. Die Untertagezündvorrichtung kann ferner einen Körper umfassen, wobei der Körper in Reihe angeordnete pyrotechnische Module und weiteres erstes Zündgemisch umfassen kann. An einem zweiten Ende des Verbindungsgehäuses kann eine Kappe angeordnet sein. Das erste Zündgemisch kann in einem pyrotechnischen Modul angeordnet sein und das erste Zündgemisch und das pyrotechnische Modul können den Körper in Längsrichtung überspannen. Der Körper kann ferner eine Hülse umfassen, die ein oder mehrere der pyrotechnischen Module in ihrer Position halten kann. Die pyrotechnischen Module können eine Hauptladung und Pellets umfassen, die sich in die Hauptladung erstrecken können. Der Körper kann ferner Stopfen umfassen, die Löcher im Körper füllen können, wobei das Verfahren ferner Pellets umfassen kann, die durch die Stopfen brennen. Die Stopfen können ein eutektisches Material umfassen. Das Verfahren kann ferner Übertragen von Beschleuniger an die Untertageinjektionsvorrichtung durch eine oder mehrere Injektionsöffnungen im Verbindungsgehäuse umfassen. Außerdem kann das erste Zündgemisch teilweise im Körper angeordnet sein. Das Verfahren kann auch das Herausziehen der Untertagezündvorrichtung aus der unterirdischen Energiequelle und dem Bohrloch mit einem Fördersystem, Positionieren einer zweiten Untertagezündvorrichtung benachbart zu der unterirdischen Energiequelle im Bohrloch und Zünden der zweiten Untertagezündvorrichtung umfassen.
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1 stellt ein Beispiel eines unterirdischen Vergasungssystems 2 dar, das zum Extrahieren von Gas, Energie und/oder dergleichen aus einer unterirdischen Energiequelle 4 verwendet werden kann. Ein Injektionsbohrloch 6 kann von der Oberfläche 8 in die unterirdische Energiequelle 4 gebohrt und verwendet werden, um Werkzeuge, Gase und/oder dergleichen in den Boden und/oder die unterirdische Energiequelle 4 zu injizieren. Ein Förderbohrloch 10 kann von der Oberfläche in die unterirdische Energiequelle 4 gebohrt werden und die Förderung von Gas ermöglichen, das während der Vergasung erzeugt wird. Das horizontale Bohrloch 12 kann an der unterirdischen Energiequelle 4 entlang in der Richtung der gewünschten Vergasung gebohrt werden und kann das Injektionsbohrloch 6 und das Förderbohrloch 10 verbinden. Das Injektionsbohrloch 6, horizontale Bohrloch 12 und/oder Förderbohrloch 10 kann mit einem Futterrohr oder mehreren Futterrohren ausgekleidet sein. Obwohl das Injektionsbohrloch 6 und das Förderbohrloch 10 auf gegenüberliegenden Seiten der unterirdischen Energiequelle 4 gezeigt sind, versteht es sich, dass ihre Anordnung in 1 nicht einschränkend ist und das Injektionsbohrloch 6 und das Förderbohrloch 10 auf derselben oder unterschiedlichen Seiten der unterirdischen Energiequelle 4 angeordnet sein können, wie es für eine jeweilige Anwendung wünschenswert ist. Die unterirdische Energiequelle 4 kann Kohle und/oder andere Energiequellen umfassen.
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Das unterirdische Vergasungssystem 2 kann eine Untertagezündvorrichtung 14 beinhalten, die zum Zünden der unterirdischen Energiequelle 4 und Erfassen von Daten verwendet werden kann, die an die Oberfläche 8 übertragen werden können. Wie in 1 dargestellt, kann die Untertagezündvorrichtung 14 mithilfe einer Zuführleitung 16 in das Injektionsbohrloch 6 abgesenkt werden. Die Zuführleitung 16 kann Wickelrohre, Wireline und/oder dergleichen umfassen und kann auch an einem Fördersystem 18 angebracht sein. Das Fördersystem 18 kann eine Trommel mit der Zuführleitung 16 umfassen und kann die Fähigkeit aufweisen, eine beliebige Länge der Zuführleitung 16 zu halten und/oder zurückzuholen. Bei der unterirdischen Vergasung kann die unterirdische Energiequelle 4 brennen, wie in 1 dargestellt. Die Vergasung kann Wärme und heiße Gase 20 erzeugen. Wasserzufluss 22 kann die unterirdische Vergasung steuern, wodurch Wasser in und/oder nahe der unterirdischen Energiequelle 4 angeordnet werden kann. Wasserzufluss 22 kann Temperaturen während der Vergasung steuern, was eine effizientere Zündung der unterirdischen Energiequelle 4 und Vergasung im Allgemeinen ermöglichen kann. Alternativ können Wasser und/oder Dampf von der Oberfläche zugeführt werden.
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2 stellt ein Beispielschema eines unterirdischen Vergasungssystems 2 dar. In 2 kann die Untertagezündvorrichtung 14 mit der Zuführleitung 16 verbunden sein, die mit dem Fördersystem 18 verbunden sein kann. Die Zuführleitung 16 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, Beschleuniger 24, eine Stromversorgungsleitung 26 und/oder eine Kommunikationsleitung 28 enthalten. Außerdem können die Stromversorgungsleitung 26 und die Kommunikationsleitung 28 zu einer einzelnen Leitung kombiniert sein oder mehrere Leitungen umfassen. Der Beschleuniger 24 kann Sauerstoff, Luft, Stickstoffdioxid, Kombinationen davon und/oder dergleichen umfassen. Die Stromversorgungsleitung 26 kann eine elektrische Leitung und/oder eine ähnliche Stromquelle umfassen und kann verschiedene Komponenten in der Untertagezündvorrichtung 14 mit Strom versorgen, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, elektrische Sensoren, den Zündmechanismus, Ventilsysteme und Pumpen. In Beispielen kann eine elektrische Leitung, eine „E-Leitung“, in der Zuführleitung 16 angeordnet sein. Die E-Leitung kann einen drahtumwickelten elektrischen Leiter umfassen, der fähig sein kann, 250 Volt mit Wechselstrom bei 0,5 Ampere zu transportieren. Außerdem kann die E-Leitung fähig sein, mit Strom zu versorgen, zu steuern und Daten zwischen der Untertagezündvorrichtung 14 und der Oberfläche 8 zu senden und/oder zu empfangen (z. B. in 2 gezeigt). Die Kommunikationsleitung 28 kann Daten, die an oder nahe der Untertagezündvorrichtung 14 erfasst werden, an die Oberfläche 8 übertragen, Signale von der Oberfläche an die Untertagezündvorrichtung 14 übertragen und/oder Signale bei Bedarf an andere Systeme übertragen. Die Kommunikationsleitung 28 kann ein Glasfaserkabel, ein elektrisches Kabel und/oder dergleichen umfassen. Außerdem kann die Kommunikationsleitung 28 verwendet werden, um die Untertagezündvorrichtung 14 zu aktivieren und zu deaktivieren, was wiederum die unterirdische Energiequelle 4 zünden kann.
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3 stellt eine beispielhafte Untertagezündvorrichtung 14 dar, die einen Körper 32, ein Verbindungsgehäuse 30 und eine Kappe 34 umfassen kann. In Beispielen kann der Körper 32 durch ein beliebiges geeignetes Mittel mit dem Verbindungsgehäuse 30 und der Kappe 34 verbunden sein. Zu geeigneten Mitteln können, ohne darauf beschränkt zu sein, Gewinde, Pressverbindung, Muttern und Schrauben, Schrauben, Klebstoff und/oder eine beliebige Kombination davon gehören. Der Körper 32, das Verbindungsgehäuse 30 und die Kappe 34 können ein beliebiges geeignetes Material umfassen, einschließlich, aber ohne Beschränkung auf Aluminium, Aluminiumlegierungen, Messing, Messinglegierungen, Magnesium, Magnesiumlegierung, Stahl, Stahllegierung und dergleichen. Wie dargestellt, kann das Verbindungsgehäuse 30 an einem Ende des Körpers 32 angeordnet sein, und die Kappe 34 kann am gegenüberliegenden Ende des Körpers 32 angeordnet sein. Der Körper 32 kann ferner Stopfen 36 umfassen. Die Stopfen 36 können verwendet werden, um Löcher im Körper 32 zu füllen. Ohne Einschränkung können die Stopfen 36 eutektisches Material, Niederdruckkappen und/oder dergleichen umfassen und Eigenschaften eines niedrigen Schmelzpunkts aufweisen und/oder leicht aus dem Körper 32 herausgesprengt werden. Die Stopfen 36 können verhindern, dass Trümmer in den Körper 32 gelangen, und Material daran hindern, aus dem Körper 32 herauszufallen. Während des Betriebs kann das Material im Körper 32 wegbrennen und/oder die Stopfen 36 heraussprengen.
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Bezug nehmend auf 4 wird die beispielhafte Untertagezündvorrichtung 14 aus 3 nun ausführlicher dargestellt. Wie dargestellt, kann der Körper 32 pyrotechnische Module 38, ein erstes Zündgemisch 40, einen Zünder 42 und eine Steuerschaltung 44 aufnehmen und schützen. Ohne Einschränkung kann der Körper 32 einen Durchmesser von etwa zwei Zoll bis etwa vier Zoll (5,08 cm bis 10,16 cm), etwa vier Zoll bis etwa zehn Zoll (10,16 cm bis 25,4 cm), etwa sechs Zoll bis etwa zwölf Zoll (15, 24 cm bis 30,48 cm) oder etwa vier Zoll bis etwa acht Zoll (5,08 cm bis 20,32 cm) aufweisen. Außerdem kann der Körper 32 eine Länge von etwa fünfundzwanzig Fuß bis etwa vierzig Fuß (7,62 m bis 12,192 m), etwa fünfzehn Fuß bis etwa bis etwa dreißig Fuß (4,572 m bis 9,144 m), etwa zwanzig Fuß bis etwa vierzig Fuß (6,096 m bis 12,192 m) oder etwa dreißig Fuß bis etwa vierzig Fuß 9,144 m bis 12,192 m) aufweisen. Außerdem kann eine Vielzahl von Körpern 32 vorliegen, die aneinander angebracht sein können, um die Länge der Untertagezündvorrichtung 14 und damit die Brenndauer des unterirdischen Vergasungssystems 2 zu verlängern.
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Wie dargestellt, kann der Körper 32 eine beliebige Anzahl pyrotechnischer Module 38 halten. Die pyrotechnischen Module 38 kann eine wesentliche Menge an Energie zuführen, um eine unterirdische Energiequelle 4 für das unterirdische Vergasungssystem 2 zu zünden. Weiterhin unter Bezugnahme auf 5 und 6 können die pyrotechnischen Module 38 eine Hauptladung 46 und Pellets 48 umfassen. Wie dargestellt, können die Pellets 48 radial um einen Kanal 50 in den pyrotechnischen Modulen 38 angeordnet sein. Die Pellets 48 können sich aus dem Kanal 50 heraus und in die Hauptladung 46 erstrecken. Wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird, kann das erste Zündgemisch 40 im Kanal 50 angeordnet sein. Wie am besten in 5 zu erkennen ist, können die Pellets 48 zwischen zwei Hauptladungen 46 angeordnet sein. Die Pellets 48 können das gleiche Material wie das erste Zündgemisch 40 umfassen, wobei das erste Zündgemisch 40 beispielsweise Zusammensetzungen aus Magnesium mit einem gaserzeugenden Bindemittel umfassen kann. Im Betrieb können die Pellets 48 von dem ersten Zündgemisch 40 gezündet werden. Die Pellets 48 können dann die Hauptladungen 46 zünden. Außerdem können die Pellets 48 durch die Stopfen 36 (z. B. in 3 gezeigt) im Körper 32 brennen. Die Stopfen 36 können rasch schmelzen, sobald die Pellets 48 gezündet wurden, was es den Pellets 48 und den Hauptladungen 46 ermöglichen kann, in die unterirdische Energiequelle 4 zu brennen. Außerdem kann das Entfernen der Stopfen 36 es ermöglichen, dass trockene Luft und/oder trockener Dampf die pyrotechnischen Module 38 erreicht, um die pyrotechnischen Module 38 weiter brennen zu lassen.
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Die pyrotechnischen Module 38 können ferner Hülsen 52 umfassen. Wie in 7a und 7b dargestellt, können die Hauptladungen 46 durch Hülsen 52 in ihrer Position gehalten werden. Die Hülsen 52 können beliebige von verschiedenen geeigneten Materialien umfassen, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, ein keramisches Isolationsmaterial. In Beispielen können die Hülsen 52 zwei Hauptladungen 46 überlagern, was die Hauptladungen 46 in ihrer Position halten kann. Außerdem können die Hülsen 52 Wärme im Körper 32 einschließen, was das Brennen der Hauptladungen 46 unterstützen kann.
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Die Hauptladungen 46 können beliebige von verschiedenen geeigneten pyrotechnischen Materialien umfassen, die fähig sind, Wärme und Druck für eine Dauer zu erzeugen, die ausreicht, um die unterirdischen Energiequelle 4 zu zünden. Zu Beispielen geeigneter pyrotechnischer Materialien können brennbare Metalle wie etwa Magnesium, Aluminium, Zink, Wismut und Kombinationen davon beinhalten. Legierungen brennbarer Metalle können ebenfalls geeignet sein. Die Hauptladungen 46 können ferner ein Oxidationsmittel umfassen. Zu Beispielen geeigneter Oxidationsmittels können ohne Einschränkung Perchlorate, Nitrate und Übergangsmetalloxide gehören. Zu Beispielen geeigneter Hauptladungen können Gemische eines brennbaren Metalls und eines Oxidationsmittels gehören, allgemein bezeichnet als „Thermit“. Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon®-Material) in Kombination mit einem brennbaren Metall und einem optionalen Oxidationsmittel kann ebenfalls in den Hauptladungen 46 enthalten sein. Die pyrotechnischen Materialien können eine exotherme Reaktion erzeugen, was es den Hauptladungen 46 ermöglichen kann, sehr heiß und langsam zu brennen. Außerdem können die Pellets 48 Magnesiumzusammensetzungen (oder andere geeignete brennbare Metalle) mit einem gaserzeugenden Bindemittel umfassen, was es den Pellets 48 ermöglichen kann, bei einer Geschwindigkeit von einem Zoll (2,54 cm) pro Sekunde zu brennen. Für den Bereich der Hauptladung 46 benachbart zu den Pellets 48 kann es wünschenswert sein, eine geringere Dichte als der Bereich der Hauptladung 46 zu sein, der am weitesten von den Pellets 48 entfernt ist. Eine geringere Materialdichte kann es den Hauptladungen 46 ermöglichen, leichter zu zünden, wenn die Pellets 48 brennen. Eine höhere Materialdichte kann langsamer und heißer brennen als eine höhere Materialdichte. Ein langsameres und heißeres Brennen erhöht die Wahrscheinlichkeit des Zündens der unterirdischen Energiequelle 4. In Beispielen können die Hauptladungen 46 in Reihe im Körper 32 angeordnet sein und sich vom Verbindungsgehäuse 30 zur Kappe 34 erstrecken. Die Zündung der Hauptladungen 46 vom ersten Zündgemisch 40 kann im Verbindungsgehäuse 30 beginnen.
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Es können weitere Materialien (nicht dargestellt), wie etwa mit Wasser reagierende Chemikalien, in die Untertagezündvorrichtung 14 einbezogen sein. In Beispielen können mit Wasser reagierende Chemikalien benachbart zu den Stopfen 36 angeordnet sein, was es den mit Wasser reagierenden Chemikalien ermöglichen kann, beim Zünden der Pellets 48 oder Hauptladungen 46 in die unterirdischen Energiequelle 4 ausgestoßen zu werden. Mit Wasser reagierende Chemikalien können wie geeignet verwendet werden, um es der Untertagezündvorrichtung 14 zu erlauben, mit feuchten Bedingungen umzugehen, die in der unterirdischen Energiequelle 4 vorliegen können, und/oder weitere Zündquellen zum Reagieren mit injiziertem Dampf bereitzustellen. Zu Beispielen geeigneter mit Wasser reagierender Chemikalien können, ohne darauf beschränkt zu sein, Alkalimetalle wie etwa Li/Na/K/ sowie ihre Hydride wie etwa Calciumhydrid oder Lithiumhydrid, Metallphosphide wie etwa Calciumphosphid oder Magnesiumaluminiumphosphid und Metallperoxid-Brennstoff-Gemische wie etwa Aluminiumiodid und Natriumperoxid gehören.
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Das Verbindungsgehäuse 30 kann den Körper 32 mit der Zuführleitung 16 verbinden (z. B. in 1 gezeigt). Das Verbindungsgehäuse 30 kann durch beliebige geeignete Mittel mit der Zuführleitung 16 verbunden sein. Zu geeigneten Mitteln können, ohne darauf beschränkt zu sein, Gewinde, Muttern und Schrauben, Schrauben, Pressverbindung, Klebstoff und/oder eine beliebige Kombination davon gehören. Wie dargestellt, kann das Verbindungsgehäuse 30 ein erstes Zündgemisch 40, einen Zünder 42 und eine Steuerschaltung 44 umfassen. Die Steuerschaltung 44 kann sich vom Verbindungsgehäuse 30 und durch die Zuführleitung 16 erstrecken, um sich mit einem Fördersystem 18 (z. B. in 1 gezeigt) zu verbinden. Die Steuerschaltung 44 kann verwendet werden, um das erste Zündgemisch 40 im Verbindungsgehäuse 30 zu zünden. In Beispielen kann ein elektrisches Signal durch die Steuerschaltung 44 an das Verbindungsgehäuse 30 gesendet werden. Das elektrische Signal kann den Zünder 42 aktivieren, der das erste Zündgemisch 40 zünden kann. Im Beispiel kann das elektrische Signal in ein mechanisches Signal, Wärmesignal und/oder chemisches Signal im Zünder 42 umgewandelt werden, um das erste Zündgemisch 40 zu zünden. Der Zünder 42 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Bohranlagenumgebungsdetonatorzünder, A160s, Industriestandard-Widerstandsdetonatoren, Heißdrahtzünder, Brückenzünder, Slapperzünder, Zünder mit leitfähigem Gemisch, erschütterungsbetätigte Zünder und einen HTI beinhalten. Das erste Zündgemisch 40 kann komprimierte Magnesiumfackelpellets und/oder Pellets eines anderen geeigneten brennbaren Metalls umfassen, die durch das Verbindungsgehäuse 30 hindurch gestapelt sein und zum Zünden der pyrotechnischen Module 38 im Körper 32 verwendet werden können. Zu anderen Beispielen erster Zündgemische kann Titanpulver mit einem Oxidationsmittel wie etwa Nitrat oder Perchlorat gehören. Ohne Einschränkung können Magnesiumfackelpellets ferner Natriumnitrat und Magnesium umfassen. Nach dem Zünden kann das erste Zündgemisch 40 durch das Verbindungsgehäuse 30 brennen, um das weitere erste Zündgemisch 40 im Körper 32 zu zünden. Das erste Zündgemisch 40 kann durch jedes pyrotechnische Modul 38 hindurch angeordnet sein, was es dem ersten Zündgemisch 40 ermöglichen kann, jedes pyrotechnische Modul 38 im Körper 32 zu zünden. In Beispielen kann das erste Zündgemisch 40 in der Mitte des Körpers 32 angeordnet sein, was es der Untertagezündvorrichtung 14 ermöglichen kann, von innen nach außen zu brennen. In anderen Beispielen kann der Körper 32 das erste Zündgemisch 40 umfassen, was es dem Körper 32 ermöglichen kann, von außen nach innen zu brennen. In diesem Beispiel kann das erste Zündgemisch 40 ferner ein gehärtetes Bindemittel wie etwa Polyurethan umfassen. Das erste Zündgemisch 40 kann beliebige verschiedener pyrotechnischer Materialien beinhaltet, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, brennbare Metalle wie etwa Magnesium, Aluminium, Zink, Wismut oder Legierungen brennbarer Metalle. Zu anderen Beispielen kann Titanpulver mit einem Oxidationsmittel wie etwa Nitrat oder Perchlorat gehören. Die Zündung des ersten Zündgemischs 40 kann mit einer eingebauten Brennstoff/Sauerstoff-Zufuhr des ersten Zündgemischs 40 beibehalten werden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem ferner ein Oxidationsmittel in das erste Zündgemisch 40 einbezogen wird. Zu Beispielen geeigneter Oxidationsmittel können ohne Einschränkung Perchlorate, Nitrate und Übergangsmetalloxide gehören. Ein Beispiel eines geeigneten ersten Zündgemischs 40 kann Natriumnitrat und Magnesium beinhalten. Das Natriumnitrat und Magnesium können chemisch reagieren und als ein Oxidationsmittel dienen, während das erste Zündgemisch 40 brennt. Die Verwendung eines Oxidationsmittels im ersten Zündgemisch 40 kann die Notwendigkeit von Außenluft/Sauerstoff zum Beibehalten einer brennfähigen Umgebung vermeiden. Die Partikelgröße des ersten Zündgemischs 40 kann sich erhöhen, während es sich vom Verbindungsgehäuse 30 durch den Körper 32 durch die Untertagezündvorrichtung 14 erstreckt.
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Ohne Einschränkung können Luft und/oder Dampf ins Bohrloch gepumpt werden, um der Untertagezündvorrichtung 14 Brennstoff/Sauerstoff zuzuführen. Außerdem können Brennstoff/Sauerstoff Zuführleitung 16 direkt in die Untertagezündvorrichtung 14 gepumpt werden, was die Zündung des ersten Zündgemischs 40 und der Hauptladung 46 unterstützen kann.
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8 und 9 stellen ein weiteres Beispiel der Untertagezündvorrichtung 14 bereit, wobei Brennstoff/Sauerstoff durch die Zuführleitung 16 der Untertagezündvorrichtung 14 zugeführt werden können. Wie dargestellt, kann das Verbindungsgehäuse 30 verändert werden, so dass es ferner Injektionsöffnungen 54 umfasst. Es kann eine beliebige Anzahl Injektionsöffnungen 54 vorliegen, in denen Brennstoff/Sauerstoff durch die Zuführleitung 16 zur Untertagezündvorrichtung 14 gepumpt werden kann. Außerdem können Niederdruckstopfen 56 am Ende des Körpers 32 gegenüber den Injektionsöffnungen 54 angeordnet sein, was es dem zugeführten Brennstoff/Sauerstoff ermöglichen kann, durch das Verbindungsgehäuse 30 und durch den Körper 32 zu strömen. Außerdem kann sich das erste Zündgemisch 40 nur teilweise in den Körper 32 erstrecken. Dies kann es ermöglichen, einen Kanal 50 in jedem pyrotechnischen Modul 38 anzuordnen, was es dem Brennstoff/Sauerstoff ermöglichen kann, jedes brennende pyrotechnische Modul 38 zu versorgen. Die Niederdruckstopfen 56 können heraus und weg vom Körper 32 gesprengt werden, wenn der Brennstoff/Sauerstoff durch den Kanal 50 gepumpt wird, was es dem Brennstoff/Sauerstoff ermöglichen kann, richtig in der Untertagezündvorrichtung 14 zu zirkulieren. In Beispielen kann die Kappe 34 den Strom von Brennstoff/Sauerstoff aus dem Kanal 50 und durch die Niederdruckstopfen 56 ablenken.
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Weiterhin unter Bezugnahme auf 8 kann die Kappe 34 bei Bedarf entfernt werden, um die pyrotechnischen Module 38, Pellets 48 und Hülsen 52 im Körper 32 anzuordnen. Die pyrotechnische Module 38 können in den Körper 32 geladen und durch die Kappe 34, die am Ende des Körpers 32 angeordnet sein kann, im Körper 32 gehalten werden. Sobald der Körper 32 gefüllt ist, kann die Kappe 34 am Körper 32 angeordnet werden und verhindern, dass die pyrotechnischen Module 38, Pellets 48, und/oder Hülsen 52 den Körper 32 verlassen. Außerdem kann die Kappe 34 als ein Puffer dienen und der Untertagezündvorrichtung 14 beim Manövrieren im horizontalen Bohrloch 12 helfen, bevor die Untertagezündvorrichtung 14 gezündet wird. Ohne Einschränkung kann die Kappe 34 entfernt werden, und ein weiterer Körper 32 kann angebracht werden, wobei die Kappe 34 an dem weiteren Körper 32 angebracht werden kann, wodurch die Länge und Menge der pyrotechnischen Module 38 erhöhen kann, die zum Brennen in der Untertagezündvorrichtung 14 verfügbar sind.
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10 stellt ein weiteres Beispiel der Untertagezündvorrichtung 14 dar. Wie dargestellt, ist die Zuführleitung 16 mit einem Lüftungsabschnitt 58 verbunden. Der Lüftungsabschnitt 58 kann verwendet werden, um dem Körper 32 Luft und/oder trockenen Dampf zuzuführen. Der Lüftungsabschnitt 58 kann ferner mit einem Verbindungsgehäuse 30 verbunden sein, das nicht durch eine Trennwand 60 abgetrennt sein muss. Im Betrieb kann das Verbindungsgehäuse 30 das erste Zündgemisch 40 direkt zünden, wobei das erste Zündgemisch 40 die Pellets 48 zünden kann, die verwendet werden können, um die Hauptladung 46 zu zünden, wie oben erörtert. Außerdem können Lamellen 62 mit dem Körper 32 verbunden sein. Lamellen 62 können verwendet werden, um zu verhindern, dass der Körper 32 mit den Seiten des Injektionsbohrlochs 6 und des horizontalen Bohrlochs 12 in Kontakt tritt. Dies kann verhindern, dass der Körper 32 beschädigt wird, bevor er die unterirdische Energiequelle 4 erreicht. In Beispielen kann ein zweiter Körper 32 an der Untertagezündvorrichtung 14 angebracht sein. Weitere Körper 34 können durch eine Trennwand 60 abgetrennt sein. Das erste Zündgemisch 40 kann durch die Trennwand 60 brennen und das erste Zündgemisch 40 im angebrachten Körper 32 zünden.
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Die brennenden pyrotechnische Module 38 können den Körper 32 umgeben und zerstören. In Beispielen kann der Körper 32 dazu ausgelegt sein, vollständig durchzubrennen, wobei das Fördersystem 18 den Körper 32 nicht zurückholen kann. Dies kann es dem Fördersystem 18 ermöglichen, die Zuführleitung 16 rasch zu entfernen, während die pyrotechnischen Module 38 brennen. Das Entfernen der Zuführleitung 16 kann es Bedienern ermöglichen, Luft und/oder trockenen Dampf ins Bohrloch zu pumpen. Das Steuern des Stroms trockener Luft kann die Brenngeschwindigkeit der pyrotechnischen Module 38 und/oder die Brenngeschwindigkeit der unterirdischen Energiequelle 4 steuern. Außerdem kann trockener Dampf ferner das Brennen der pyrotechnischen Module 38 und/oder unterirdischen Energiequelle 4 steuern, indem Wasserdampf in die brennenden Bereiche eingebracht wird, was abkühlen und die Brenngeschwindigkeit steuern kann. Die Fähigkeit, das Brennen der unterirdischen Energiequelle 4 zu steuern, kann ein effizienteres Entfernen von Syngas aus der unterirdischen Energiequelle 4 an die Oberfläche ermöglichen.
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11 stellt ein Beispiel der Zuführleitung 16 und der Untertagezündvorrichtung 14 dar. Die Zuführleitung 16 kann mithilfe des Verbindungsgehäuses 30 an der Untertagezündvorrichtung 14 angebracht sein. Das Verbindungsgehäuse 30 kann Injektionsöffnungen 54 (wie beispielsweise in 8 gezeigt), den Zünder 42 (wie beispielsweise in 4 gezeigt), die Steuerschaltung 44 (wie beispielsweise in 4 gezeigt) und/oder das erste Zündgemisch 40 (wie beispielsweise in 8 gezeigt) umfassen. In Beispielen kann das Verbindungsgehäuse 30 ferner eine elektronische Sensorunterbaugruppe 64 umfassen, die Sensoren beinhalten kann, die Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und/oder dergleichen messen können. Der Körper 32, die Kappe 34 und/oder die Stopfen 36 können ferner die Untertagezündvorrichtung 14 ausmachen.
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12 stellt ein Beispiel einer Vielzahl von Körpern 32 dar, die aneinander angebracht und durch das Verbindungsgehäuse 30 mit der Zuführleitung 16 verbunden sind. Die Körper 32 kann verwendet werden, um die unterirdische Energiequelle 4 zu zünden und/oder neu zu zünden. Jeder Körper 32 kann separat oder gleichzeitig gezündet werden. Eine Verlängerung 66 kann die Körper 32 miteinander und/oder mit dem Verbindungsgehäuse 30 verbinden. Eine Vielzahl von Körpern 32 kann die Neuzündung der unterirdischen Energiequelle 4 auf Wunsch der Bediener ermöglichen. Der Körper 32, die Kappe 34 und/oder die Stopfen 36 können ferner die Untertagezündvorrichtung 14 ausmachen. Nach der anfänglichen Zündung der unterirdischen Energiequelle 4 mithilfe eines Körpers 32 kann die Untertagezündvorrichtung 14 entfernt vom Brennen der unterirdischen Energiequelle 4 positioniert werden. Wenn eine Neuzündung benötigt wird, kann die Untertagezündvorrichtung 14 erneut in die unterirdische Energiequelle 4 eingeführt und ein separater Körper 32 kann verwendet werden, um die unterirdische Energiequelle 4 neu zu zünden. Die Konfiguration aus 4 kann eine anfängliche Zündung der unterirdischen Energiequelle 4 und Neuzündungen der unterirdischen Energiequelle 4 in der Anzahl der Körper 32 in der Untertagezündvorrichtung 14 ermöglichen.
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Daher eignen sich die vorliegenden Beispiele gut, um die genannten sowie darin inhärenten Ziele und Vorteile zu erreichen. Die jeweiligen offenbarten Beispiele sind nur veranschaulichend und können in verschiedener, aber äquivalenter Weise abgewandelt und ausgeübt werden, wie es für einschlägige Fachleute mit dem Vorteil der vorliegenden Lehren auf der Hand liegen wird. Obwohl vorliegend individuelle Beispiele erörtert werden, deckt die Offenbarung alle Kombinationen aller Beispiele ab. Darüber hinaus sind hinsichtlich der Einzelheiten der hier gezeigten Konstruktion oder Auslegung keine anderen Einschränkungen als die in den nachfolgenden Ansprüchen beschriebenen vorgesehen. Außerdem tragen die Begriffe in den Ansprüchen ihre einfache, gewöhnliche Bedeutung, sowie nicht durch den Patentinhaber ausdrücklich und deutlich anders definiert. Es ist somit deutlich, dass die oben offenbarten jeweiligen veranschaulichenden Beispiele geändert oder abgewandelt werden können und dass alle derartigen Variationen als in den Umfang und Geist dieser Beispiele fallend betrachtet werden. Falls ein Widerspruch in der Verwendung eines Worts oder Begriffs in dieser Beschreibung und einem oder mehreren Patenten oder anderen Dokumenten auftritt, die durch Querverweis einbezogen wurden, sind die Definitionen in Übereinstimmung mit dieser Beschreibung anzuwenden.
