RU2381357C1

RU2381357C1 - Method for underground gasification

Info

Publication number: RU2381357C1
Application number: RU2008137160/03A
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Белов (RU); Алексей Викторович Белов; Михаил Иванович Звонарев (RU); Михаил Иванович Звонарев; Игорь Владимирович Гребенюк (RU); Игорь Владимирович Гребенюк; Борис Иванович Кондырев (RU); Борис Иванович Кондырев; Николай Артемович Николайчук (RU); Николай Артемович Николайчук
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-02-10

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention is related to mining, namely to method of underground gasification. Method includes arrangement of horizontal well sections in coal layer, wells linkage, ignition, draught supply and discharge of productive gas. Horizontal sections of wells in coal layer are arranged with length that at least twice exceeds distance between wells. Wells are arranged on layer soil. Wells are arranged with diametre that makes at least 0.25-0.8 from layer capacity, for this purpose, directional drilling plants are used. Blow well used is well arranged downstream. Blowing composition includes dispersed carbon-bearing material.

EFFECT: stable production of high-calorie gas with high completeness of coal layer stocks gasification, independently on its capacity and coal strength; simplified realisation of method.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной газификации, преимущественно при отработке пластов угля небольшой мощности (не выше средней), например для получения газа, используемого в качестве сырья для производства жидкого топлива.The invention relates to mining and can be used in underground gasification, mainly when mining coal seams of small capacity (not higher than average), for example, to produce gas used as raw material for the production of liquid fuel.

Известен способ подземной газификации, предусматривающий бурение системы дутьевых и газоотводящих скважин, которые соединяют реакционными каналами, формирование огневого канала, розжиг газогенератора и его выгазовывание с соответствующим перемещением огневого забоя и закладкой выгазованного пространства закладочным материалом в жидком состоянии с подачей его через скважины (патент США N 4437520, кл. В21Е 33/138, 1984).There is a method of underground gasification, involving the drilling of a system of blast and gas outlet wells that are connected by reaction channels, the formation of a fire channel, the ignition of the gas generator and its gas extraction with the corresponding movement of the fire face and the laying of the degassed space with the filling material in the liquid state and feeding it through the wells (US patent N 4437520, CL B21E 33/138, 1984).

Недостаток этого решения в больших дополнительных затратах на осуществление комплекса закладочных работ. Кроме того, безвозвратно теряется тепло вмещающего массива и золы, остающихся после выгазовывания угля, и недостаточно эффективно используется система дутьевых и газоотводящих скважин, которые после окончания газификации запасов угля попросту погашаются (тем самым доля затрат на комплекс буровых работ в общей стоимости товарного газа составляет существенную часть).The disadvantage of this solution is the large additional costs for the implementation of complex bookmarking. In addition, the heat of the enclosing massif and ash remaining after gas degassing is irretrievably lost, and the system of blasting and gas extraction wells is not used efficiently, which, after the end of gasification of coal reserves, are simply repaid (thereby, the share of the cost of a complex of drilling operations in the total cost of marketable gas is significant part).

Известен способ подземной газификации, включающий бурение системы воздухоподводящих и газоотводящих скважин, формирование огневого забоя и выгазовывание запасов газогенератора нисходящими слоями с перемещением огневого забоя в пределах слоя с последующим заполнением выработанного пространства каждого слоя инертными материалами (патент ФРГ N 3404455, кл. C10J 5/00, 1985).There is a known method of underground gasification, including drilling a system of air supply and gas removal wells, the formation of firing faces and the gas supply of the gas generator in descending layers with the movement of the firing face within the layer, followed by filling the worked out space of each layer with inert materials (German patent N 3404455, class C10J 5/00 , 1985).

Недостаток этого технического решения в больших объемах подготовительных работ (поскольку подготовку и газификацию каждого последующего слоя газогенератора повторяют столько раз, сколько это необходимо для выгазовывания всей толщи газогенератора). Кроме того, в этом случае необходимо использование значительных объемов инертных материалов, что при отсутствии в районе газогенератора отвалов горнообогатительного производства вызовет необходимость добычи и транспортирования закладочного материала.The disadvantage of this technical solution is the large amount of preparatory work (since the preparation and gasification of each subsequent layer of the gas generator is repeated as many times as necessary to gaseous out the entire thickness of the gas generator). In addition, in this case, it is necessary to use significant amounts of inert materials, which, in the absence of dumps of mining and concentrating production in the gas generator area, will necessitate the extraction and transportation of filling material.

Известен также способ подземной газификации, включающий расположение в угольном пласте горизонтальных участков скважин, сбойку скважин, розжиг, подачу дутья и отвод продуктивного газа, (см., пат. РФ №1727435 Е21В 43/295, 2000).There is also known a method of underground gasification, including the location in the coal seam of horizontal sections of wells, well shutdown, ignition, blowing and removal of productive gas, (see, Pat. RF №1727435 ЕВВ 43/295, 2000).

Недостаток этого технического решения в невозможности стабильного получения высококалорийного газа и повышенной трудоемкости его реализации.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of stable production of high-calorie gas and the increased complexity of its implementation.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - обеспечение возможности стабильного получения высококалорийного газа.The problem to which the claimed invention is directed is to ensure the possibility of stable production of high-calorie gas.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, - упрощение его реализации, обеспечение полноты газифицирования запасов угольного пласта.The technical result achieved by using the invention is the simplification of its implementation, ensuring the completeness of gasification of coal seam reserves.

Для решения поставленной задачи способ подземной газификации, включающий расположение в угольном пласте горизонтальных участков скважин, сбойку скважин, розжиг, подачу дутья и отвод продуктивного газа, отличается тем, что горизонтальные участки скважин в угольном пласте формируют длиной, по меньшей мере вдвое превышающей расстояние между скважинами, при этом скважины располагают на почве пласта и формируют диаметром, составляющим не менее 0,25-0,8 от мощности пласта, для чего используют установки наклонно-направленного бурения, при этом в качестве дутьевой используют скважину, расположенную ниже по падению, причем в состав дутья вводят дисперсный углеродсодержащий материал. Кроме того, горизонтальные скважины формируют с борта карьера или борта наклонной выработки, пройденной по углю. Кроме того, в качестве дисперсного углеродсодержащего материала используют уголь и/или материал, продукт пиролиза углеродсодержащих отходов и/или тонкоизмельченные твердые углеродсодержащие отходы с дисперсностью, обеспечивающей летучесть твердых частиц при используемых скоростях подачи дутья.To solve the problem, the method of underground gasification, including the location in the coal seam of horizontal sections of wells, disruption of wells, ignition, supply of blast and removal of productive gas, is characterized in that the horizontal sections of wells in the coal seam are formed at least twice as long as the distance between the wells , while the wells are located on the soil of the reservoir and formed with a diameter of at least 0.25-0.8 of the thickness of the reservoir, for which use the installation of directional drilling, while As a blast, a well located lower in the fall is used, and dispersed carbon-containing material is introduced into the blast. In addition, horizontal wells are formed from the side of the quarry or side of the inclined mine, traversed by coal. In addition, coal and / or material, a product of pyrolysis of carbon-containing waste and / or finely divided solid carbon-containing waste with a dispersion that provides volatility of solid particles at the blast feed rates used are used as the dispersed carbon-containing material.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков заявляемомого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".A comparative analysis of the set of essential features of the claimed technical solution with the essential features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признаки "… горизонтальные участки скважин в угольном пласте формируют длиной, по меньшей мере вдвое превышающей расстояние между скважинами…" позволяют минимизировать долю сбоечных работ в общем объеме подготовительных работ, причем тем значительнее, чем больше длина горизонтальных участков, при этом обеспечивается возможность существенного удлинения реакционных каналов, когда газогенератор работает фактически как источник раскаленных газов, содержащих в своем составе значительное количество окислов, восстановление которых до горючих форм происходит при их взаимодействии с углем, окружающим отводящий канал.The signs "... the horizontal sections of the wells in the coal seam are formed at least twice the distance between the wells ..." can minimize the proportion of malfunctioning work in the total amount of preparatory work, the more significant, the greater the length of the horizontal sections, while it is possible to significantly lengthen the reaction channels, when the gas generator actually works as a source of hot gases containing a significant amount of oxides, the reduction of which to g ryuchih form occurs when they interact with the coal surrounding the discharge channel.

Признак "… (скважины) располагают на почве пласта" обеспечивает полноту газифицирования пласта по его мощности т.к. выгазовываются в первую очередь участки угля, примыкающие к верхнему участку газогенератора и отводящего канала. Кроме того, в этом случае силы гравитации способствуют ослаблению именно этих участков массива.The sign "... (wells) are located on the soil of the reservoir" ensures the completeness of gasification of the reservoir by its power since first of all, coal sections adjacent to the upper section of the gas generator and the discharge channel are gassed out. In addition, in this case, the forces of gravity contribute to the weakening of precisely these sections of the array.

Признаки "… формируют диаметром, составляющим не менее 0,25-0,7 от мощности пласта,…" снижают аэродинамическое сопротивление дутьевого и отводящего каналов, позволяя увеличивать их длину, что обеспечивает возможность повышения объемов прокачиваемого дутья через газогенератор и тем самым повышения его производительности. Кроме того, обеспечивается возможность использования высокопроизводительных технологий формирования каналов большой длины и сравнительно большого диаметра. При этом пределы вариации отношения диаметра скважин к мощности пласта получены из следующих соображений: диапазон мощностей, для которых предназначен заявленный способ, включает пласты от весьма тонких (менее 0,7 м) до средней мощности (1,21-3,5 м), при этом принимались в расчет технические характеристики мобильных установок наклонного направленного бурения (диаметр формируемых скважин порядка 0,5-1,0 м, для установок, обеспечивающих достаточно большую глубину бурения - не менее 500 м). Таким образом, для условий весьма тонких пластов отношение диаметра скважины к мощности пласта составляет - 0,5 м/0,7 м=0,72, а для наибольших значений мощности пластов, относящихся к средним - 1,0 м/3,5 м=0,28The signs "... form a diameter of at least 0.25-0.7 of the reservoir power, ..." reduce the aerodynamic resistance of the blow and discharge channels, allowing them to increase their length, which makes it possible to increase the volume of pumped blast through the gas generator and thereby increase its productivity . In addition, it is possible to use high-performance technologies for the formation of channels of large length and relatively large diameter. The limits of variation of the ratio of the diameter of the wells to the thickness of the reservoir are obtained from the following considerations: the range of capacities for which the claimed method is intended includes reservoirs from very thin (less than 0.7 m) to average thickness (1.21-3.5 m), in this case, the technical characteristics of mobile directional drilling rigs were taken into account (the diameter of the formed wells is about 0.5-1.0 m, for installations providing a sufficiently large drilling depth of at least 500 m). Thus, for conditions of very thin formations, the ratio of the diameter of the well to the thickness of the formation is - 0.5 m / 0.7 m = 0.72, and for the largest values of the thickness of formations related to medium - 1.0 m / 3.5 m = 0.28

Признак "… используют установки наклонно-направленного бурения" обеспечивает ускоренное проведение скважин большой длины и сравнительно большого диаметра.The sign "... use directional drilling units" provides accelerated conducting of wells of large length and relatively large diameter.

Признак "… в качестве дутьевой используют скважину, расположенную ниже по падению" позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление системы, включающей скважины и газогенератор, за счет использования архимедовой силы.The sign "... a well located lower in the fall is used as a blast" to reduce the aerodynamic drag of the system, which includes the wells and the gas generator, by using archimedean force.

Признак "… в состав дутья вводят дисперсный углеродсодержащий материал» обеспечивает возможность повышения производительности газогенератора при сохранении исходного объема буровых работ.The sign "... dispersed carbon-containing material is introduced into the blast" provides the opportunity to increase the productivity of the gas generator while maintaining the original volume of drilling work.

Признак … «горизонтальные скважины формируют с борта карьера или борта наклонной выработки, пройденной по углю»,… упрощает реализацию способа.The sign ... "horizontal wells are formed from the side of the quarry or side of the inclined mine, passed through coal", ... simplifies the implementation of the method.

Признаки … «в качестве дисперсного углеродсодержащего материала используют уголь и/или материал, продукт пиролиза углеродсодержащих отходов и/или тонкоизмельченные твердые углеродсодержащие отходы с дисперсностью, обеспечивающей летучесть твердых частиц при используемых скоростях подачи дутья»,… конкретизируют вид углеродсодержащего материала и исключают его осаждение в дутьевой скважине.Signs of ... "as a dispersed carbon-containing material using coal and / or material, the product of the pyrolysis of carbon-containing waste and / or finely divided solid carbon-containing waste with a dispersion that provides volatility of solid particles at the blast feed speeds used", ... specify the type of carbon-containing material and exclude its deposition into blast hole.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами.The claimed invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 схематически показан вид в плоскости пласта на момент подготовительных работ; на фиг.2 схематически показан вид в плоскости пласта в начале процесса газификации; на фиг.3 показан разрез А-А по падению пласта.Figure 1 schematically shows a view in the plane of the reservoir at the time of preparatory work; figure 2 schematically shows a view in the plane of the reservoir at the beginning of the gasification process; figure 3 shows a section aa along the dip of the formation.

На чертежах показаны угольный пласт 1, горизонтальные участки дутьевой 2 и отводящей 3 скважин, участок сбойки 4 скважин 2 и 3 (в процессе газификации - газогенератор 5), стенки 6 скважин 2 и 3, борт 7 карьера.The drawings show a coal seam 1, horizontal sections of the blast 2 and 3 outlet wells, a fault section of 4 wells 2 and 3 (gasifier 5 is used in the gasification process), walls 6 of wells 2 and 3, side 7 of the quarry.

Горизонтальные участки скважин 2 и3 формируют по простиранию пласта 1 длиной, по меньшей мере вдвое превышающей расстояние между скважинами, которое может достигать 100-120 м, при этом скважины формируют повышенным диаметром (порядка 500-1000 мм) и располагают на почве пласта. Конструктивно скважины не отличаются друг от друга, только в качестве дутьевой используют скважину, расположенную ниже по падению пласта.The horizontal sections of wells 2 and 3 are formed along the strike of formation 1 with a length at least twice the distance between the wells, which can reach 100-120 m, while the wells are formed with an increased diameter (about 500-1000 mm) and are located on the soil of the formation. Structurally, the wells do not differ from each other, only a well located lower in the dip of the formation is used as a blowhole.

В качестве дисперсного углеродсодержащего материала используют уголь и/или материал, продукт пиролиза углеродсодержащих отходов, который измельчают известным образом до получения степени дисперсности, которая обеспечивает летучесть твердых частиц при используемых скоростях подачи дутья.As the dispersed carbon-containing material, coal and / or material is used, a product of pyrolysis of carbon-containing waste, which is ground in a known manner to obtain a degree of dispersion, which ensures the volatility of solid particles at the blast feed rates used.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

С борта 7 карьера по простиранию пласта 1 формируют параллельные скважины 2 и 3. Для формирования скважин используют известный комплект оборудования - мобильный буровой комплекс направленного бурения, (на чертежах не показан), например, марки Vermeer Navigator D80/100, обеспечивающий бурение скважин диаметром до 1000 мм, длиной до 800 м.Parallel wells 2 and 3 are formed from side 7 of the pit along the strike of formation 1. A well-known set of equipment is used to form the wells - a mobile directional drilling complex (not shown in the drawings), for example, Vermeer Navigator D80 / 100, which can drill wells up to 1000 mm, length up to 800 m.

На участке скважин, непосредственно примыкающем к дневной поверхности, формируют жесткую обсадку на длину скважины, соответствующую ширине охранного целика 8. Далее выемку угля в пределах контура скважины ведут без крепления, прижимая скважину к почве пласта. Расстояние между скважинами принимают порядка 60 -120 м в зависимости от конкретных горно-геологических условий. Глубина бурения определяется техническими возможностями оборудования и отсутствием нарушений с амплитудой, исключающей ее переход используемым комплектом оборудования. Технология формирования каналов предусматривает формирование пилотной скважины на всю длину с последующим ее расширением обратным ходом до проектных размеров. При приближении к проектной границе 9 участка, предназначенного для газификации (на расстояние, диктуемое минимально возможным радиусом криволинейных участков 10, проходимых используемым комплексом), начинают работу по сбойке скважин 2 и 3 (формируют участок сбойки 4), разворачивая рабочие органы мобильного бурового комплекса направленного бурения встречно друг другу. Непосредственно перед сбойкой работу ведут только с одной стороны. Соединение сформированных таким образом каналов осуществляют известным образом взрывным способом или гидроразрывом. В последнем случае можно использовать гидромонитор с гибким ставом, работая им из забоя одной из скважин (при этом необходимо предварительно определить, например с использованием геофизических методов, взаимное положение забоев скважин 2 и 3).A hard casing is formed on the well section directly adjacent to the day surface to the length of the well, corresponding to the width of the guard pillar 8. Next, coal mining within the well contour is conducted without attachment, pressing the well to the soil of the formation. The distance between the wells is about 60-120 m, depending on the specific geological conditions. The drilling depth is determined by the technical capabilities of the equipment and the absence of disturbances with an amplitude that excludes its passage with the used set of equipment. The technology of channel formation provides for the formation of a pilot well for the entire length with its subsequent expansion backward to design dimensions. When approaching the design boundary 9 of the section intended for gasification (to a distance dictated by the minimum possible radius of the curved sections 10 traveled by the complex used), work begins on the failure of wells 2 and 3 (form the fault zone 4), deploying the working bodies of the mobile drilling complex directed drilling counter to each other. Immediately before the failure, work is done on only one side. The connection of the channels thus formed is carried out in a known manner by an explosive method or hydraulic fracturing. In the latter case, it is possible to use a hydraulic monitor with a flexible stand, working from the bottom of one of the wells (in this case, it is necessary to determine, for example, using geophysical methods, the relative position of the bottom of the wells 2 and 3).

После сбойки забоев скважин 2 и 3, монтажа соответствующего дутьевого и газосборного оборудования (на чертежах не показано) и продувки всей сети, включающей скважины 2 и 3 и участок сбойки 4, известным образом производят розжиг (выше участка сбойки, если сбойку осуществляли гидромониторым способом, а если использовали взрывной способ сбойки, то местоположение участка розжига целесообразно разместить на сопряжении дутьевой скважины и участка сбойки 4). В первом случае до осушения канала газогенератора 5 можно подавать дутье через отводящую скважину, а отводить газы - продукты газификации через дутьевую с поддержанием температуры исходящих газов порядка 100-120°С.After a failure of the bottom faces of wells 2 and 3, installation of the corresponding blowing and gas-collecting equipment (not shown in the drawings) and purging of the entire network, including wells 2 and 3 and a failure section 4, they ignite in a known manner (above the failure section, if the failure was carried out by a hydraulic monitoring method, and if the explosive method of failure was used, then the location of the ignition section should be placed at the interface of the blast hole and the failure section 4). In the first case, before draining the channel of the gas generator 5, it is possible to supply blast through a discharge well, and to exhaust gases — gasification products through a blow well, while maintaining the temperature of the outgoing gases of the order of 100-120 ° C.

После начала процесса вывода газогенератора 5 на рабочий режим дутье подают через дутьевую скважину 2 с отводом газов - продуктов газификации через отводящую скважину 3. Непосредственно сами приемы и операции процесса газификации не отличаются от известных, отличие в том, что в дутье известным образом вводят тонкодисперсный углеродсодержащий материал, кроме того, за счет резкого увеличения длины реакционных каналов, когда газогенератор работает фактически как источник раскаленных газов, содержащих в своем составе значительное количество окислов, которые восстановливаются до горючих форм при взаимодействии отходящих газов с углем, окружающим отводящую скважину, кроме того, в отводящей скважине формируется зона, прогретая до температур (порядка 450-700°С), при которых начинается и идет процесс пиролиза угля, что способствует обогащению отходящих газов высококалорийными газовыми компонентами.After the start of the process of bringing the gas generator 5 to the operating mode, the blast is supplied through the blast hole 2 with the removal of gases - gasification products through the discharge well 3. The methods and operations of the gasification process themselves do not differ from the known ones, the difference is that finely dispersed carbon-containing is introduced into the blast in a known manner material, in addition, due to a sharp increase in the length of the reaction channels, when the gas generator actually works as a source of hot gases containing a significant amount of oxides, which are reduced to combustible forms during the interaction of exhaust gases with coal surrounding the outlet well; in addition, a zone is heated up in the outlet well to temperatures (of the order of 450-700 ° C) at which coal pyrolysis begins and proceeds, which contributes to the enrichment of exhaust gases with high-calorie gas components.

Далее все продолжается до полного выгазовывания участка.Further, everything continues until the site is completely degassed.

Claims

1. The method of underground gasification, including the location in the coal seam of horizontal sections of wells, disruption of wells, ignition, supply of blast and the removal of productive gas, characterized in that the horizontal sections of the wells in the coal seam form a length of at least twice the distance between the wells, in this case, wells are located on the soil of the formation and formed with a diameter of at least 0.25-0.8 of the thickness of the formation, for which use directional drilling installations, while using blasting t wellbore below the dip, the part of the air blast introduced particulate carbonaceous material.

2. The method according to claim 1, characterized in that the horizontal wells are formed from the side of the quarry or the side of the inclined mine passed through coal.

3. The method according to claim 1, characterized in that as the dispersed carbon-containing material, coal and / or material is a product of the pyrolysis of carbon-containing waste, and / or finely ground solid carbon-containing waste with a dispersion that ensures volatility of solid particles at the blast feed rates used.