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Process for the improvement of the conditioning of gasification agents utilized in an underground coal-gasification process

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EP0229434B1
EP0229434B1 EP19860202396 EP86202396A EP0229434B1 EP 0229434 B1 EP0229434 B1 EP 0229434B1 EP 19860202396 EP19860202396 EP 19860202396 EP 86202396 A EP86202396 A EP 86202396A EP 0229434 B1 EP0229434 B1 EP 0229434B1
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gasification
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EP19860202396
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Pierre Ledent
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Pierre Ledent
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    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
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    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/243Combustion in situ

Description

  • [0001] [0001]
    Le choix et le conditionnement de l'agent gazéifiant constituent un élément important du développement industriel des procédés de gazéification souterraine du charbon. The selection and packaging of the gasifying agent is an important component of industrial development of underground coal gasification processes.
  • [0002] [0002]
    Le mélange oxygène + vapeur d'eau a été utilisé avec succès aux USA lors des premiers essais de gazéification souterraine réalisés à l'échelle pilote, dans des gisements de houille situés à faible profondeur. The steam + oxygen mixture was used successfully in the US during the first underground gasification tests at pilot scale in coal deposits located at shallow depth. Cependant, l'utilisation de vapeur d'eau, en mélange avec un gaz contenant de l'oxygène, présente de nombreux inconvénients pour le développement industriel de la gazéification souterraine du charbon dans des gisements de grande étendue situés à moyenne ou à grande profondeur. However, the use of water vapor, mixed with a gas containing oxygen, presents numerous drawbacks for the industrial development of the underground gasification of coal in large area deposits located at medium or large depth.
  • [0003] [0003]
    Contrairement à ce qui se passe dans les installations de gazéification du charbon extrait, la vapeur ne peut pas être produite par récupération des pertes de chaleur des gazogènes. Unlike what happens in the gasification facilities extract coal, steam can not be generated by recovering heat losses gasifiers. Il en résulte que la production de vapeur ne contribue pas à l'amélioration du bilan énergétique du procédé mais qu'elle entraîne une augmentation du prix de revient du gaz, par les investissements en générateurs de vapeur et par la consommation de combustible qu'elle nécessite. As a result, steam production does not contribute to improving the energy balance of the process, but it increases the cost of the gas, for investments in steam generators and fuel consumption it need.
  • [0004] [0004]
    Par ailleurs, le développement de la gazéification souterraine dans les gisements profonds implique un allongement des circuits de distribution des agents gazéifiants et une augmentation de la pression de gazéification. Furthermore, the development of underground gasification in deeper deposits involves an extension of distribution channels gasifying agents and an increase in gasification pressure. Dans ces conditions, la nécessité de maintenir la température de l'agent gazéifiant au-dessus du point d'ébullition de l'eau entraîne une forte augmentation du coût des conduites de distribution et des puits d'injection, dont le diamètre doit être augmenté et pour lesquels il faut prévoir des compensateurs de dilatation et des revêtements isolants de forte épaisseur. In these circumstances, the need to maintain the temperature of the gasifying agent above the water boiling leads to a strong increase in the cost of distribution pipelines and injection wells, the diameter must be increased and for which must be provided expansion joints and insulating coatings of high thickness.
  • [0005] [0005]
    L'utilisation d'un agent gazéifiant préchauffé jusqu'à une température de l'ordre de 200 ° C à 250 ° C a également pour effet de provoquer l'auto-inflammation du charbon dès que l'agent gazéifiant entre en contact avec lui, ce qui exclut toute possibilité de développement d'un procédé de gazéification souterraine dans lequel le front de gazéification se déplacerait à contre courant du sens d'écoulement de l'agent gazéifiant. The use of a gasifying agent preheated to a temperature of about 200 ° C to 250 ° C also has the effect of causing spontaneous ignition of the coal gasifying agent as soon as it comes into contact with it , excluding any possibility of developing an underground gasification process wherein the gasification front would move against the current of the direction of flow of the gasifying agent.
  • [0006] [0006]
    Le brevet AU-A-64329/80 propose d'utiliser, comme agent gazéifiant, de l'air ou de l'oxygène à température ambiante et d'injecter de l'eau liquide, de façon continue ou intermittente,dans les puits d'injection de l'agent gazéifiant pour minimiser les réactions d'auto-inflammation du charbon et contrôler la position de la zone de gazéification. Patent AU-A-64329/80 proposes to use as gasifying agent, air or oxygen at room temperature and to inject liquid water, continuously or intermittently, into the wells of injecting the gasifying agent to minimize Autoignition reactions of coal and controlling the position of the gasification zone.
  • [0007] [0007]
    Cette façon de procéder évite les difficultés résultant de l'utilisation de la vapeur d'eau mais elle entraîne d'autres difficultés. This approach avoids the difficulties resulting from the use of steam but it leads to other difficulties. En effet, l'eau et le gaz constituent deux phases de densités très différentes et, si la couche à gazéifier présente d'importantes différences de niveau en raison de son épaisseur ou de son pendage, les deux constituants de l'agent gazéifiant peuvent se séparer par gravité, avant que l'eau ait eu le temps de s'évaporer, cette séparation ayant pour conséquence l'arrêt des réactions dans la partie basse de la couche et la surchauffé des parties hautes. In effect, water and gas are two very different densities of the phases and, if the layer to be gasified has significant level differences due to its thickness or its dip, the two constituents of the gasifying agent can separate by gravity, before the water has time to evaporate, this separation which results in stopping the reactions in the lower part of the layer and the overheating of the upper parts.
  • [0008] [0008]
    Le même problème se pose dans l'application de la technique de récupération thermique des hydrocarbures par la méthode de combustion humide. The same problem arises in the application of thermal recovery technique of oil by the wet combustion method. Dans cette méthode, on procède à l'injection simultanée d'eau liquide et d'un gaz oxydant, pour réaliser in si- tu une production de vapeur en utilisant la chaleur dégagée par la combustion des résidus d'hydrocarbures. In this method, one proceeds to the simultaneous injection of liquid water and an oxidizing gas to realize in if- you a steam production by using the heat generated by the combustion of oil residues. Les brevets US-A 3 448 807, US-A 3 905 553 et US-A 4 072 191 montrent que la ségrégation entre l'eau et le gaz oxydant, injectés dans le gisement, peut être évitée, si une faible dose d'un agent tensio-actif est mélangé à l'eau et au gaz oxydant, afin que ce mélange puisse se propager à travers le gisement sous forme de mousse. Patent US-A 3,448,807, US-A 3,905,553 and US-A 4,072,191 shows that segregation between the water and the oxidizing gas, injected into the reservoir can be avoided if a low dose of a surfactant is mixed with water and the oxidizing gas, so that this mixture can propagate through the reservoir in the form of foam.
  • [0009] [0009]
    Le procédé qui fait l'objet de la présente invention utilise la même technique pour le conditionnement des agents gazéifiants utilisés dans les procédés de gazéification souterraine du charbon et qui sont constitués par un gaz contenant de l'oxygène, par de l'eau à l'état liquide et par une faible dose d'agent moussant. The process which is the object of the present invention uses the same technique for the conditioning of gasifying agents used in underground coal gasification processes and which are constituted by an oxygen-containing gas with water to liquid state and a low dosage of foaming agent.
  • [0010] [0010]
    Pour améliorer l'efficacité du procédé et réduire la consommation d'agent moussant, la production de mousse est réalisée au fond des puits d'injection équipés de deux tubages concentriques, le tubage extérieur, utilisé pour l'injection du gaz oxydant, étant terminé par un ou plusieurs tamis filtrants à mailles environ de un à deux millimètres de diamètre, et le tubage intérieur, utilisé pour l'injection du mélange d'eau et d'agent moussant, étant terminé par un ou plusieurs pulvérisateurs ou par un dispositif en tôle perforée assurant la dispersion de l'eau en fines gouttelettes. To improve the efficiency of the process and reduce the consumption of foaming agent, the foaming is performed at the bottom of the injection wells equipped with two concentric casings, the outer casing, used for the injection of the oxidizing gas, being terminated by one or more filter mesh sieve of about one to two millimeters in diameter, and the inner casing, used for the injection of the mixture of water and foaming agent, one being terminated with one or more sprayers or by a device in perforated plate for dispersing the water into fine droplets.
  • [0011] [0011]
    L'agent moussant peut être une substance protéi- nique, du genre de celles qui sont utilisées dans la lutte contre les incendies et qui sont constituées par des protéines hydrolysées obtenues à partir de substances naturelles telles que: cornes, sabots de bovins, plumes, poils, écailles de poissons... Il peut également être un produit chimique de synthèse, tel que le laurysulfate de triéthanolamine, le laury- ether sulfate de sodium ou tout autre produit tensioactif, stabilisateur de mousse, qui permette de maintenir l'homogénéité du mélange diphasique pendant la durée du parcours souterrain de l'agent gazéifiant et, en particulier, l'un des produits tensioactifs cités dans le brevet FR-A 1 192 395 et qui sont utilisés par l'industrie pétrolière pour la réalisation de forages à la mousse. The foaming agent may be a proteinaceous substance nique, such as those which are used in the fight against the fire and which consist of hydrolyzed proteins obtained from natural substances such as horned cattle hooves, feathers, hair, fish scales ... It may also be a synthetic chemical such as laurylsulfate triethanolamine, the lauryl ether sodium sulfate or other surfactant, foam stabilizer, that maintains the homogeneity of two-phase mixture during the underground path of the gasifying agent and, in particular, one of the surfactants cited in the patent FR-a 1,192,395 and are used by the petroleum industry for making holes in the foam.
  • [0012] [0012]
    L'invention est décrite maintenant sur la base des dessins annexés, à titre d'exemples uniquement, montrant en: The invention is now described based on the accompanying drawings, by way of example only, showing in:
    • Figure 1 l'application du procédé suivant l'invention, la production de mousse étant réalisée au fond des puits d'injection des agents gazéifiants; Figure 1 applying the method according to the invention, the production of foam is performed at the bottom of the injection wells gasifying agents;
    • Figure 2 à 4 l'application du procédé suivant l'invention respectivement à trois procédés de gazéification, pour lesquels le conditionnement de l'agent gazéifiant sous forme de mousse présente un intérêt particulier. Figure 2-4 the application of the process according to the invention respectively in three gasification processes, for which the conditioning gasifying agent in the form of foam is of particular interest.
  • [0013] [0013]
    Le procédé conforme à l'invention est décrit en se référant à la figure 1. Chaque puits d'injection est équipé de deux tubes concentriques: le tubage extérieur 1, utilisé pour l'injection du gaz oxydant, se termine à faible distance de la veine à gazéifier par un ou plusieurs tamis filtrants 2 à mailles de un à deux millimètres de diamètre. The process according to the invention is described with reference to Figure 1. Each injection well has two concentric tubes: the outer casing 1, used for the injection of the oxidizing gas, ends a short distance from the vein to be gasified by one or more filter screens 2 mesh of one to two millimeters in diameter. Le tubage intérieur 3, utilisé pour l'injection de mélange d'eau et d'agent moussant, se termine à quelques décimètres en amont des tamis filtrants 2, par un ou plusieurs pulvérisateurs tels que 4 ou par un dispositif en tôle perforée, qui assure la dispersion de l'eau en fines gouttelettes. The inner casing 3, used for the mixture of water injection and foaming agent, ends a few decimeters upstream of the filter screen 2, by one or more sprayers such as a device 4 or by perforated metal sheet, which ensures dispersion of the water into fine droplets.
  • [0014] [0014]
    L'utilisation d'un agent gazéifiant sous forme de mousse préparé à partir d'eau additionnée d'un agent moussant et à partir d'un gaz contenant de l'oxygène, peut s'adapter à tous les procédés de gazéification souterraine du charbon. The use of a gasifying agent as a foam prepared from water and a foaming agent and from a gas containing oxygen, can adapt to all underground coal gasification processes .
  • [0015] [0015]
    La figure 2 montre, suivant une coupe passant par un plan vertical un procédé de gazéification souterraine par filtration sans liaison préalable, au niveau de la veine, dans lequel le puits 12 est utilisé pour l'injection d'un agent gazéifiant, sous haute pression, et le puits 13 pour la récupération du gaz produit. 2 shows, in a section through a vertical plane an underground gasification process by filtration without prior binding, at the seam, wherein the well 12 is used for injecting a gasifying agent, high pressure and the well 13 for recovery of product gas. La gazéification débute par la mise à feu du charbon au fond du puits 13 et elle progresse à contre courant du sens d'écoulement de l'agent gazéifiant. Gasification begins with the firing of coal into the well 13 and is progressing against the current flow direction of the gasifying agent. Le conditionnement préalable de l'agent gazéifiant sous forme de mousse assure une répartition uniforme de l'eau et du gaz oxydant, dans la couche de charbon, et maintient à la surface du charbon un film d'eau qui inhibe les réactions d'oxydation, ce qui permet d'utiliser un agent gazéifiant à haute teneur en oxygène, sans provoquer l'auto-inflammation du charbon au voisinage du puits d'injection. Preconditioning of the gasifying agent in the form of foam ensures a uniform distribution of the water and the oxidizing gas in the coal seam, and maintained at the carbon surface a water film which inhibits oxidation reactions this allows a high oxygen content gasifying agent without causing self-ignition of coal in the vicinity of the injection well.
  • [0016] [0016]
    La figure 3 montre, suivant une coupe passant par un plan vertical, un procédé de gazéification dans lequel l'agent gazéifiant à haute teneur en oxygène est injecté dans un sondage de grande longueur 14, foré dans l'épaisseur de la veine et revêtu d'un tubage en acier, le gaz produit étant évacué par le puits 15. La gazéification début par la mise à feu du charbon, en un point situé à une petite distance du puits 15. L'opération de gazéification comporte une alternance de périodes durant lesquelles le point d'injection de l'agent gazéifiant reste fixe et de périodes durant lesquelles le point d'injection est rétracté, par combustion contrôlée du tubage. Figure 3 shows, in a section through a vertical plane, a gasification process in which the high oxygen content gasifying agent is injected into a borehole 14 of great length, drilled in the thickness of the vein and coated a steel casing, the product gas being discharged through the well 15. the top gasification by firing coal in a point located at a small distance from the well 15. the gasification step includes alternating periods during wherein the injection point of the gasifying agent and remains fixed periods during which the injection point is retracted by controlled combustion of the casing. Le conditionnement préalable de l'agent gazéifiant sous forme de mousse empêche la rétrocombustion du tubage. Preconditioning of the gasifying agent in the form of foam prevents rétrocombustion the casing. Les opérations de rétraction du point d'injection de l'agent gazéifiant sont contrôlées par des interruptions temporaires de l'alimentation en eau du générateur de mousse, allant de pair avec un ajustement du débit de gaz à une valeur qui permette la rétrocombustion du tubage. retracting operations of the injection point of the gasifying agent is controlled by a temporary interruption of the water supply to the foam generator, coupled with an adjustment of the gas flow to a value which allows the casing rétrocombustion .
  • [0017] [0017]
    La figure 4 montre suivant une coupe passant dans l'épaisseur de la couche un procédé de gazéification souterraine dans lequel l'opération de gazéification se déroule entre un sondage d'injection 16 et un sondage de récupération 17, le long d'un chenal 18, ouvert dans l'épaisseur de la couche, et qui est limité d'un côté par le charbon en cours de gazéification et de l'autre côté par des éboulis de roche provenant du foudroyage du toit, dans la zone 19 déjà gazéifiée. 4 shows in a section passing through the thickness of the layer an underground gasification process in which the carbonation operation is carried between an injection probe 16 and a recovery of 17 survey along a channel 18 , open in the thickness of the layer and which is limited on one side by the carbon during gasification and the other side by rock debris from the roof caving in the region 19 already carbonated. L'agent gazéifiant injecté sous forme de mousse assure le colmatage des fissures et des cavités qui subsistent entre les éboulis rocheux de la zone foudroyée, ce qui a pour effet de canaliser l'écoulement des gaz le long du front de gazéification du charbon, dans la zone où l'élévation de la température assure l'évaporation des bulles qui constituent la mousse. The gasifying injected as a foaming agent ensures the sealing of cracks and voids remaining between the scree of the blasted area, which has the effect of channeling the flow of gases along the front of coal gasification, in the area where the increase in temperature ensures evaporation of the bubbles that constitute the froth.

Claims (1)

  1. Method of improving the conditioning of gasifying agents, used in methods for the underground gasification of coal, and consisting of water in the liquid state, by an oxygen-containing gas and by a low dosage of a tensio-active agent promoting the production of foam, characterized in that the production of foam is performed at the bottom of the injection wells, equipped with two concentric casings (1, 3), the outer casing (1), used for the injection of the oxydizing gas, terminating in one or more filtering sieves (2) with meshes of approximately one or two millimetres diameter, and the inner casing (3), used for the injection of the mixture of water and a foaming agent, terminating in one or more vaporis- ers (4) or by a device made from perforated sheet metal dispersing the water in fine droplets.
EP19860202396 1986-01-16 1986-12-30 Process for the improvement of the conditioning of gasification agents utilized in an underground coal-gasification process Expired - Lifetime EP0229434B1 (en)

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BE6048181 1986-01-16
BE6048181A BE904055A (en) 1986-01-16 1986-01-16 Method for improving the conditioning of gasifying agents used in the methods of underground gasification of coal.

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EP0229434A1 true EP0229434A1 (en) 1987-07-22
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