DE2934107A1 - Drilling underground coal gasification boreholes - at an angle clearing angle of repose of caved ground - Google Patents
Drilling underground coal gasification boreholes - at an angle clearing angle of repose of caved groundInfo
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Abstract
Description
"Verfahren und Schutz von Vergasungsbohrlöchern "Procedures and protection of gasification wells
vor Gebirgsbewegungen" Die vorliegende Erfindung dient der Beseitigung bzw. der Verhinderung von Schwierigkeiten, die sich bei der Vergasung von unterirdischen Kohlelagerstätten mittels durch Bohrlöcher eingeblasener Vergasungsmedien und durch Bohrlöcher abgeführter Vergasungsprodukte ergeben. before mountain movements "The present invention is for elimination or the prevention of difficulties arising in the gasification of underground Coal deposits by means of gasification media blown through boreholes and through Resulting boreholes of discharged gasification products.
Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf in der Lagerstätte zu vergasende Kohleflöze, die sich in horizontaler oder verhältnismäßig wenig davon abweichender Lagerung befinden und bei denen normalerweise die Bohrungen in vertikaler Richtung oder wenig davon abweichend von der Oberfläche zur Kohlelagerstätte niedergebracht werden.In particular, this invention relates to in the reservoir too gasifying coal seams, which are in horizontal or relatively little of it different storage and where normally the holes in vertical Direction or slightly deviating from the surface to the coal deposit will.
Es ist bekannt, daß nach erfolgter Vergasung der Kohle im Flöz die sich hierbei bildenden Hohlräume infolge des Gebirgsdruckes von dem darüberliegenden Gestein mehr oder minder vollständig wieder geschlossen werden. Hierdurch entstehen Gebirgsbewegungen in dem über dem vergasten bzw. zu vergasenden Flöz liegenden Gestein. Es ist bekannt, daß diese Gebirgsbewegungen nicht nur direkt über den ausgekohlten Räumen erfolgen, sondern noch ein Stück in den Raum oberhalb des noch nicht ausgekohlten Flözes hineingreifen. Abhängig von den besonderen Gegebenheiten der Lagerstätte, insbesondere von den Eigenschaften des Deckgebirges, ergibt sich so ein mehr oder minder ausgeprägter öffnungswinkel nach oben hin der Linie zwischen dem in Bewegung geratenden Gebirgsraum und dem in Ruhe bleibenden Gebirgsraum. Im folgenden wird dieser Winkel, gemessen zwischen der Grenzlinie und der Horizontalen, 'Alfa' genannt.It is known that after gasification of the coal in the seam cavities formed in the process as a result of the rock pressure from the one above Rock more or less completely closed again. This creates Rock movements in the rock above the gasified or gasified seam. It is known that these mountain movements are not only directly above the charred Broaching take place, but still a bit in the space above the not yet charred Reach into seams. Depending on the particular conditions of the deposit, in particular from the properties of the overburden, results in a more or less pronounced opening angle towards the top of the line between the moving mountain area and the calm mountain area. in the the following is this angle, measured between the borderline and the horizontal, Called 'Alfa'.
Wenn, wie üblich, die Bohrungen für das Einblasen des Vergasungsmediums und die Abführung der Vergasungsprodukte vertikal oder im wesentlichen vertikal angelegt werden, so werden in vielen, wenn nicht in den überwiegenden Fällen, bei fortschreitender Vergasung des Flözes die Bohrungen von der Begrenzungslinie des bewegten Gebirgsraumes zu dem unbewegten Raum geschnitten, wobei diese Wahrscheinlichkeit umso größer ist, je länger die Bohrung ist bzw. je tiefer das zu vergasende Kohleflöz liegt. Gerät aber eine Bohrung in den Raum der Gebirgsbewegungen, so ist die Gefahr groß, daß eine Abknickung der Verrohrung erfolgt, was bis zur praktisch völligen Zerstörung und zur Verhinderung des weiteren Gasflusses durch diese Bohrung führen kann. Es ist deshalb eine grundsätzlich wichtige Frage für die Sicherstellung des Betriebes von unterirdischen Vergasungsanlagen, die Einwirkung der Gebirgsbewegung auf die Bohrungen möglichst weitgehend zu verhindern bzw. zu vermeiden.If, as usual, the holes for injecting the gasification medium and the discharge of the gasification products vertically or substantially vertically are created, in many, if not in the majority of cases, with as the gasification of the seam progresses, the boreholes from the boundary line of the moving mountain area to the unmoving area, with this probability the larger the longer the borehole or the deeper the coal seam to be gasified lies. If, however, a hole is drilled into the space of the rock movements, there is a danger great that a kink of the piping takes place, which is practically complete Destruction and the prevention of further gas flow through this bore lead can. It is therefore a fundamentally important question for ensuring the Operation of underground gasification plants, the action of mountain movement to prevent or avoid the holes as much as possible.
Erfindungsgemäß wird der erforderliche Schutz der Bohrungen dadurch erreicht, daß diese unter einem Winkel von der Oberfläche der Lagerstätte niedergebracht werden, der höchstens gleich, im allgemeinen aber etwas kleiner ist, als der für eine gegebene Lagerstätte sich herausbildende Winkel der Trennlinie zwischen bewegtem und unbewegtem Gebirgsraum ist. Hierbei wird der Bohrungswinkel 'Beta', gemessen zwischen der Mittellinie der Bohrung und der Horizontalen.According to the invention, the necessary protection of the bores is thereby achieved achieved that this brought down at an angle from the surface of the deposit which is at most the same, but generally a little smaller than that for for a given deposit, the angle of the dividing line between moving and unmoved mountain areas. The drilling angle 'Beta' is measured here between the center line of the hole and the horizontal.
Die verschiedenen bekannten Methoden der Vergasung von Kohleflözen mittels Bohrlöchern können aus der erfinderischen Maßnahme in verschiedener Weise und mit verschiedener Vollständigkeit Nutzen ziehen Dieser Nutzen ist dann am größten, wenn es aufgrund des Schemas der Anlegung von Bohrlöchern gelingt, diese möglichst weitgehend außerhalb der Bruchzone des Deckgebirges zu halten, solange sie für den Vergasungsvorgang oder für Hilfsarbeiten freigehalten werden müssen. Am günstigsten dürfte hierbei sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Maßnahme für das sogenannte 'Blockumströmungsverfahren' gestalten, weil hierbei ein mehr oder minder gradliniger Vergasungskanal in einer einmal vorgegebenen Richtung sich durch das Kohleflöz bewegt und eine analoge Bewegung der Trennlinie zwischen Bruchzone und in Ruhe befindlichem Raum des Deckgebirges vorliegt.The various known methods of gasification of coal seams by means of boreholes can from the inventive measure in various ways and use it with varying degrees of completeness This benefit is then greatest, if it succeeds due to the scheme of the creation of boreholes, this if possible largely keep outside the fracture zone of the overburden as long as they must be kept free for the gassing process or for auxiliary work. The use of the measure according to the invention for the so-called 'block flow process', because this is a more or less straightforward gasification duct runs through in a given direction the coal seam moves and an analogous movement of the dividing line between the fracture zone and the space of the overburden is at rest.
Für die verschiedenen Vorgänge und Maßnahmen bei der Untertagevergasung führt das Verfahren nach der Erfindung zu folgenden Vorteilen: Das Abknicken von Bohrlöchern und die Behinderung des Gasflusses durch diese infolge der Gebirgsbewegung wird ganz oder teilweise vermieden.For the various processes and measures involved in underground gasification leads the method according to the invention to the following advantages: The kinking of Boreholes and the obstruction of gas flow through them as a result of rock movement is avoided in whole or in part.
Die Durchführung von Maßnahmen durch das Bohrloch hindurch,wie das Einbringen und die Verwendung von besonderen Rohrleitungen für Zündvorgänge oder für die Einleitung verschiedener gasförmiger und/ oder flüssiger Medien in die Lagerstätte wird unabhängig von der Gebirgsbewegung sichergestellt. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn nach einem bekannten Vorschlag mehrere untereinander liegende Flöze durch die gleichen Bohrungen hindurch vergast werden sollen, und hierfür nach Abschluß der Vergasung in einem jeweils oberen Flöz das Bohrgestänge erneut in die Bohrung eingefahren wird, um diese bis zum nächsten Flöz aufzubohren.Performing actions through the wellbore like that Introduction and use of special pipelines for ignition processes or for the introduction of various gaseous and / or liquid media into the storage facility is ensured regardless of the mountain movement. This is special Meaning if, according to a known proposal, several seams lying one below the other to be gassed through the same bores, and for this after completion the gasification in a respective upper seam, the drill pipe again in the borehole is retracted in order to drill it out to the next seam.
Verschiedene Vergasungsverfahren machen es erforderlich, daß durch das Bohrloch hindurch bis zur Mündung besondere Rohrleitungen für das Einblasen verschiedener Vergasungsmedien geführt werden, deren hoher Anlagewert es dringend erforderlich macht, sie nach abgeschlo sener Nutzung für den Vergasungsvorgang aus der Bohrung wieder herauszuziehen, um sie für eine andere Bohrung erneut zu verwerten.Different gasification processes make it necessary that by special pipelines for blowing in through the borehole up to the mouth various gasification media, whose high investment value is urgent makes it necessary to use it for the gasification process after it has been used the hole again to use it again for another hole.
Die Möglichkeit, solche Vergasungsorgane aus der Bohrung wieder herauszuziehen, hat zur Voraussetzung, daß diese praktisch von den Gebirgsbewegungen unbeeinflußt bleibt. Dasselbe gilt auch für Rohrleitungen und Meßorgane und dergleichen, die in Gasabführungsbohrungen bis zur Mündung derselben in der Lagerstätte eingeführt werden, wobei es sich vor allem um Kühlorgane bzw. um Organe für Kühlungsmaßnahmen der durch die Bohrung strömenden Gase handelt.The possibility of pulling such gasification organs out of the bore again, has the prerequisite that this is practically unaffected by the mountain movements remain. The same applies to pipelines and measuring organs and The like, which are in gas discharge bores up to the mouth of the same in the deposit are introduced, which are mainly cooling organs or organs for cooling measures the gases flowing through the bore.
Nach Möglichkeit muß man auch bemüht sein, nach Abschluß der Nutzung einer Bohrung für das Einblasen und für die Gasabführung die Verrohrung ganz oder teilweise aus dem Bohrloch wieder herauszuziehen, da es sich wegen der Temperatur-und Korrosionsbedingungen im allgemeinen um hochwertige Materialien handelt, deren Wiederverwendung aus Wirtschaftlichkeitsgründen dringend geboten ist.If possible, one must also make an effort after the use has ended a hole for the blowing in and for the gas discharge, the entire piping or partially pulled out of the borehole, as it is because of the temperature and Corrosion conditions in general are high quality materials, their reuse is urgently required for reasons of economy.
Die grundlegende Voraussetzung für das Ziehen solcher Verrohrungen ist, daß diese während ihrer Benutzung praktisch vollkommen außerhalb des Bereichs der Gebirgsbewegung geblieben sind.The basic requirement for pulling such piping is that these are practically completely out of range during their use the mountain movement have remained.
In der Figur 1 ist das Verfahren nach der Erfindung an einem Beispiel dargestellt, wobei es sich hier um die unterirdische Vergasung von zwei untereinander angeordneten, im wesentlichen horizontal liegenden, Flözen handelt.The method according to the invention is shown in an example in FIG shown, whereby it is the underground gasification of two with each other arranged, essentially horizontally lying, seams acts.
In der Figur 1 sind (1) und (2) die beiden Kohleflöze; (1) ist das obere Flöz, (2) ist das untere Flöz. (3) ist das über dem oberen Flöz liegende, von Gebirgsbewegungen nicht beeinflußte Deckgebirge; (4) ist das Liegende des oberen Flözes, das gleichzeitig das Hangende des unteren Flözes ist und (5) ist das Liegende des unteren Flözes. Der eigneten Darstellung wegen ist relativ dicht oberhalb des oberen Flözes der obere Teil des Gebirges zur Oberfläche hin weggeschnitten, wobei (6) die Schnittlinie darstellt.In FIG. 1, (1) and (2) are the two coal seams; (1) is that upper seam, (2) is the lower seam. (3) is the one above the upper seam, overburden not influenced by rock movements; (4) is the horizontal of the upper one Seam, which is at the same time the hanging wall of the lower seam and (5) is the horizontal one of the lower seam. For the sake of proper representation, it is relatively close above the upper seam cut away the upper part of the mountain towards the surface, whereby (6) represents the cutting line.
(7) ist die Stelle des oberen Flözes, an der gegenwärtig die Vergasung stattfindet und (8) ist der ausgekohlte Raum des oberen Flözes dicht vor der zur Vergasung offenliegenden Flanke des Flözes (1 (9) ist das infolge des Gebirgsdruckes in den Hohlraum vor der Vergasungsfront hereingebrochene Hangende, das hier zunächst noch verhältnismäßig locker liegt; (10) ist der Bereich des ausgekohlten Flözes, in dem das hereingebrochene Hangende infolge des hohen Gebirgsdruckes bereits wieder weitgehend verdichtet ist. (11)ist der Bereich des Deckgebirges oberhalb des ausgekohlten Flözes (1), der den Gebirgsbewegungen unterliegt bzw. unterlegen hat, als Folge des Hereinbrechens des Hangenden in das ausgekohlte Flöz.(7) is the location of the upper seam where gasification is currently underway takes place and (8) the charred space of the upper seam is close to the for Gasification of the exposed flank of the seam (1 (9)) is due to the rock pressure The hanging wall that has broken into the cavity in front of the gassing front, here first is still relatively loose; (10) is the area of the charred seam, in which the broken-in hanging wall is already back again due to the high mountain pressure is largely condensed. (11) is the Area of the overburden above the charred seam (1) that is subject to rock movements or inferior, as a result of the breaking of the hanging wall into the charred seam.
Von dem Hohlraum (8) direkt vor der Vergasungsfront (7) aus verläuft eine unter dem Winkel 'Alfa' sich nach oben öffnende Trennlinie (12) zwischen dem durch Gebirgsbewegungen veränderten Deckgebirge (11) und dem in Ruhe verbliebenen Deckgebirge (3) oberhalb des noch nicht vergasten Teiles des Flözes (1). Von der Oberfläche her führt eine Bohrung (13) unter den Winkel 'Beta' bis in das Flöz (1), wobei der Winkel Beta' etwas kleiner gehalten ist als der Winkel Alfa'. Der Vergasungsfortschritt in dem oberen Flöz (1) ist hier in dem Stadium gezeigt, wo die Vergasungsfront (7) gerade die Mündung der Bohrung (13) erreicht. In diesem Stadium wird die Vergasung in dem oberen Flöz (1) abgebrochen, um durch die gleiche Bohrung hindurch die Vergasung in dem unteren Flöz (2) zu betreiben. Nach einem an sich bekannten Vorschlag wird zu diesem Zweck in das Bohrloch (13) von der Oberfläche her das Bohrgerät wieder eingeführt, so daß von der Mündung des Bohrloches (13) in das obere Flöz (1) bis zur Mündung in das untere Flöz (2) eine Bohrlochverlängerung (15) entsteht, die sich von der Mündung des Bohrloches in Flöz (1) (14) bis zur Mündung in Flöz (2) (16) erstreckt.Runs from the cavity (8) directly in front of the gasification front (7) a dividing line (12) opening upwards at the angle 'Alfa' between the overburden (11) changed by rock movements and the one that remained at rest Overburden (3) above the not yet gasified part of the seam (1). Of the On the surface, a hole (13) at the angle 'Beta' leads into the seam (1), where the angle Beta 'is kept slightly smaller than the angle Alfa'. The gasification progress in the upper seam (1) is shown here in the stage where the gasification front (7) just reached the mouth of the bore (13). At this stage the gassing takes place broken off in the upper seam (1) in order to carry out the gasification through the same hole to operate in the lower seam (2). According to a proposal known per se for this purpose, the drilling device into the borehole (13) from the surface again introduced so that from the mouth of the borehole (13) in the upper seam (1) to to the opening in the lower seam (2) a borehole extension (15) is created, which from the mouth of the borehole in seam (1) (14) to the mouth in seam (2) (16) extends.
Die Vergasung im unteren Flöz (2) erfolgt nach an sich bekannten Methoden auf grundsätzlich gleichartige Weise wie die vorangehende Vergasung in Flöz (1); das heißt, von der Mündung der Bohrung (13) in Flöz (2) (16) aus werden durch Linking-Maßnahmen Kanalverbindungen zu den Nachbarbohrungen hergestellt. Danach erfolgt die Zündung der Kohle und durch Einblasen von Vergasungsmedien die Vergasung in der üblichen Weise.The gasification in the lower seam (2) takes place according to methods known per se basically similar to the previous gasification in seam (1); that is, from the mouth of the borehole (13) in seam (2) (16) by means of linking measures Channel connections to the neighboring boreholes made. Then the ignition takes place the coal and gasification in the usual way by blowing in gasification media Way.
Die Vergasung wird in dem in der Figur 1 rechts von der Mündung (16) der Bohrung (13) in Flöz (2) befindlichen Kohle solange fortgeführt, bis die Vergasungsfront von rechts her die Mündung (16) erreicht. Danach wird die Vergasung im unteren Flöz (2) zunächst abgebrochen und im oberen Flöz (1) weitergeführt, bei dem hier gewählten Blockumströmungsverfahren derart, daß die Einblasung in das Flöz (1) durch rechts von der Bohrung (13) angeordnete Bohrungen erfolgt.The gasification is carried out in the figure 1 to the right of the mouth (16) the bore (13) in the seam (2) located coal continued until the gasification front from the right the mouth (16) achieved. After that the gassing first broken off in the lower seam (2) and continued in the upper seam (1), at the block flow method selected here in such a way that the injection into the seam (1) takes place through holes arranged to the right of the hole (13).
Eine Weiterausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die schrägliegende Bohrung vor Beginn der Vergasung in dem jeweiligen oberen Flöz sofort bis zu dem untersten zur Vergasung in Aussicht genommenen Flöz niedergebracht wird, wobei der Vorteil besteht, daß man in eine bereits zur Vergasung in Benutzung gewesene Bohrung das Bohrgestänge zur Fortführung der Bohrung bis zum untersten Flöz nicht mehr einzuführen braucht. Dieses Nachbohren ist durch mögliche Verformungen des Bohrloches, insbesondere auch durch Ansätze in demselben, verhältnismäßig problematisch.A further development of the present invention consists in that the inclined hole before the start of the gasification in the respective upper Seam immediately sunk to the lowest seam considered for gassing is, with the advantage that one is already in use for gasification Previous hole the drill pipe to continue the hole to the lowest Seam no longer needs to be introduced. This re-drilling is due to possible deformations of the borehole, in particular due to approaches in the same, relatively problematic.
Allerdings ist es beim sofortigen Durchbohren bis zum untersten Flöz erforderlich, daß das Bohrloch unterhalb des jeweils zu vergasenden Flözes mit einem Verschluß versehen ist, der nach Abschluß der Vergasung in diesem Flöz von der Oberfläche her durch geeignete Maßnahmen entfernt werden kann. Nach Entfernung dieses Verschlusses ist der Weg für das Vergasungsmedium in das jeweils untere Flöz freigegeben, wobei gegenüber unterhalb des zweiten Flözes gelegene weitere Flöze, die später noch vergast werden sollen ein weiteres Verr-hlußorgan in der Bohrung angebracht ist, was das Abströmen der Vergasungsmedien in die unteren Flöze verhindert bzw. das Aufströmen von Vergasungsprodukten aus diesen Flözen heraus in die Bohrung verhindert. Solche Verschlüsse können die Form eines keramischen Stopfens haben, der, vorwiegend aus weichem Material bestehend, durch mechanische Einwirkungen von oben, wie Bohren oder vornehmlich Stoßen, entfernt werden kann.However, when drilling through immediately it is down to the lowest seam required that the borehole below the seam to be gasified with a Closure is provided, which after completion of the gasification in this seam from the surface can be removed by suitable measures. After removing this lock the path for the gasification medium is released in the respective lower seam, whereby opposite, below the second seam, further seams that were later gassed another locking device is to be installed in the bore, what that Flow of the gasification media into the lower seams prevents or prevents the flow of gasification products from these seams out into the borehole. Such Closures can be in the form of a ceramic plug, which, predominantly, consists of consisting of soft material, by mechanical influences from above, such as drilling or mainly bumping, can be removed.
Wenn in einem unteren Flöz die Vergasung fortgesetzt werden soll, ist es erforderlich, daß die Ausströmöffnungen aus der Bohrung in das obere Flöz, in dem die Vergasung abgeschlossen wurde, durch geeignete Maßnahmen verschlossen werden. Solche Maßnahmen können u.a lrin bestehen, daß durch das Bohrloch Verschlußorgane in Form Dn eingepaßten Hülsen niedergebracht werden, die vor die bereffenden Ausströmöffnungen des Bohrloches gelegt werden.If gasification is to be continued in a lower seam, it is necessary that the outflow openings from the borehole in the upper seam, in which the gasification was completed, closed by suitable measures will. Such measures can include lrin exist that through the Borehole closure organs are brought down in the form of Dn fitted sleeves, the be placed in front of the covering outflow openings of the borehole.
n die Stelle der Einbringung von keramischen Stopfen in die Bohung als Gasabschluß einer in Betrieb befindlichen Bohrung nach nten ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, daß der noch nicht für ie Vergasungsmaßnahmen in Betrieb zu nehmende untere Teil eines is zum untersten Flöz durchgeführten Bohrloches mit einem fluiierbaren Medium wie Sand ausgefüllt ist, das nach Bedarf durch inblasen eines Fluidierungsmediums wie Luft oder Wasser fluidiert nd entfernt werden kann, entweder durch Abführung an die Oberläche oder durch Einführung in die ausgekohlten Räume eines oberen lözes. Desweiteren ist auch vorgesehen, daß der untere Teil eines och nicht in Betrieb genommenen Bohrloches mit einer Flüssigkeit ie Wasser oder öl ausgefüllt ist, das entweder durch Einblasen ines heißen Gases wie im Falle von Wasser-Luft und - im Falle von l-Rauchgas verdampft und nach oben abgeführt werden kann, oder as durch in den Sumpf von oben niedergeführte Rohrleitungen nach be3hherausgedrückt werden kann.n the place where ceramic stoppers are placed in the well as a gas seal of a well in operation after nten is according to the invention also provided that the not yet to be put into operation for the gasification measures lower part of a borehole with a fluidized one leading to the lowest seam Medium such as sand is filled, which as required by blowing in a fluidizing medium such as air or water is fluidized and can be removed, either by discharge to the surface or by introducing it into the charred spaces of an upper seam. Furthermore, it is also provided that the lower part of an och is not in operation taken borehole is filled with a liquid ie water or oil, the either by blowing in a hot gas as in the case of water-air and - im The case of l-flue gas evaporates and can be discharged upwards, or as through Pipelines lowered into the sump from above must be pushed outwards can.
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