煤炭地下气化炉及气化方法
阅读：1025发布：2020-06-13
专利汇可以提供煤炭地下气化炉及气化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 煤 炭地下 气化 炉及气化方法，所述 煤炭地下气化 炉包括多个垂直井，所述多个垂直井分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成 辐射 状排列，所述定向钻井的 水 平段 位置 与所述垂直井底部处于同一水平面上。本发明构建垂直井的数量大大减少，因此降低了原始 地层 的破坏性进而降低了环境污染发生的 风 险，也降低了成本。，下面是煤炭地下气化炉及气化方法专利的具体信息内容。
1.一种煤炭地下气化炉，包括多个垂直井，其特征在于：所述多个垂直井分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井的水平段位置与所述垂直井底部处于同一水平面上。
2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：任意相邻两个定向钻井之间形成的夹角为锐角。
3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：所述任意相邻两个定向钻井之间形成的夹角范围为30°至60°。
4.根据权利要求1 所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：所述任意一个定向钻井末端位于与其最接近的相邻两个垂直井的中间位置。
5.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：所述垂直井的数量范围为2个至4个。
6.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：所述任意相邻两个垂直井的距离相同。
7.一种煤炭地下气化炉，其特征在于：包括多个气化炉单元，每个气化炉单元包括多个垂直井，所述多个垂直井分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井的水平段位置与所述垂直井底部处于同一水平面上，其中，任意一个气化炉单元中的至少一个定向钻井的初始端位于相邻气化炉单元中的两个定向钻井之间。
8.根据权利要求7所述的煤炭地下气化炉，其特征在于：所述任意一个气化炉单元中的一个定向钻井的初始端位置分别与所述相邻气化炉单元中的两个定向钻井的垂直距离相等。
9.一种利用权利要求1-8中任意一个所述的煤炭地下气化炉气化地下煤层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将第一垂直井的底部和与所述第一垂直井距离最近的第一定向钻井贯通，且将所述第一垂直井的底部与其它垂直井的底部贯通；
步骤S2：向第一定向钻井注入气化剂，在所述第一垂直井的底部点燃煤层使所有垂直井的底部形成点火区，对第一定向钻井进行气化作业；
步骤S3：将其它定向钻井与所述点火区贯通，向贯通后的定向钻井注入气化剂，对所述其它定向钻井进行气化作业，直至完成整个煤层的气化。
10.根据权利要求9所述的煤炭地下气化方法，其特征在于：所述步骤S3中，对所述其它定向钻井进行气化作业时，将已经气化完成的定向钻井作为出气井使用。
11.根据权利要求10所述的煤炭地下气化方法，其特征在于：所述步骤S3中，将所述其它定向钻井分为多组，每组包含多个定向钻井，同一组的多个定向钻井同时进行气化作业。
煤炭地下气化炉及气化方法
技术领域
背景技术
[0002] 煤炭地下气化技术是一种将埋藏在地下的煤炭进行直接的有控制的燃烧，通过煤的热作用及化学作用，产生可燃气体的过程，变传统的物理采煤为化学采煤，这一过程集建井、采煤、地面气化为一体，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，而煤炭地下气化技术的关键是气化炉的建设。
[0003] 煤炭地下气化炉通常由进气井、气化通道、出气井等组成，在所述进气井底部进行点火后，从所述进气井注入气化剂，在气化通道中与煤层发生各种化学反应，生成的煤气沿气化通道和出气井输送至地面。目前的气化炉，多为平行列式布置，对开采煤田区域的形状要求较高，只能针对大面积规则煤田，而对于不规则煤田的气化，则不能适用；再者，气化炉采用多个垂直井时，垂直钻孔在使用过程中，受钻孔底部采空、钻孔附近地应力发生变化的影响，煤层非常容易错断，错断后易导致煤气直接泄露或地下水涌入气化炉，而迫使气化炉中止运行，造成经济损失，同时，垂直钻孔受热胀冷缩后容易移位，导致钻孔与地层含水层之间封闭不良，引起地下水渗漏及煤气逸散，不但使气化过程无法安全运行，而且会引起地下水的污染，增加气化环境污染的风险性；另外，气化炉垂直孔与定向钻直接贯通的时间较长，导致气化效率降低。
发明内容
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所述的一种煤炭地下气化炉，包括多个垂直井，所述多个垂直井分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井的水平段位置与所述垂直井底部处于同一水平面上。
[0007] 在本发明的一个实施例中，所述任意相邻两个定向钻井之间形成的夹角范围为30°至60°。
在本发明的一个实施例中，所述任意一个定向钻井末端位于与其最接近的相邻两个垂直井的中间位置。
在本发明的一个实施例中，所述任意一个定向钻井末端位于与其最接近的相邻两个垂直井的中间位置。
[0008] 在本发明的一个实施例中，所述垂直井的数量范围为2个至4个。
[0009] 在本发明的一个实施例中，所述任意相邻两个垂直井的距离相同。
[0010] 本发明还公开了一种煤炭地下气化炉，包括多个气化炉单元，每个气化炉单元包括多个垂直井，所述多个垂直井分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井的水平段位置与所述垂直井底部处于同一水平面上，其中，任意一个气化炉单元中的至少一个定向钻井的初始端位于相邻气化炉单元中的两个定向钻井之间。
[0011] 在本发明的一个实施例中，所述任意一个气化炉单元中的一个定向钻井的初始端位置分别与所述相邻气化炉单元中的两个定向钻井的垂直距离相等。
[0012] 本发明还公开了一种利用上述任意一个所述的煤炭地下气化炉气化地下煤层的方法，包括如下步骤：步骤S1：将第一垂直井的底部和与所述第一垂直井距离最近的第一定向钻井贯通，且将所述第一垂直井的底部与其它垂直井的底部贯通；步骤S2：向第一定向钻井注入气化剂，在所述第一垂直井的底部点燃煤层使所有垂直井的底部形成点火区，对第一定向钻井进行气化作业；步骤S3：将其它定向钻井与所述点火区贯通，向贯通后的定向钻井注入气化剂，对所述其它定向钻井进行气化作业，直至完成整个煤层的气化。
[0013] 本本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，对所述其它定向钻井进行气化作业时，将已经气化完成的定向钻井作为出气井使用。
[0014] 本本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，将所述其它定向钻井分为多组，每组包含多个定向钻井，同一组的多个定向钻井同时进行气化作业。
[0015] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明所述煤炭地下气化炉及气化方法，构建垂直井的数量大大减少，因此降低了原始地层的破坏性进而降低了环境污染发生的风险，也降低了成本；同时由于各定向钻井末端均对应点火区，所以可以提高气化工作面数量，缩短煤田的气化时间，增加气化效率；另外，由于各定向钻呈辐射状排列，气化后不易造成地面沉降。
附图说明
附图说明
[0016] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1是本发明所述实施例一所述煤炭地下气化炉的平面示意图；
图2是本发明所述实施例一所述煤炭地下气化炉的立体示意图；
图3是本发明所述实施例二所述煤炭地下气化炉的平面示意图；
图4是本发明所述实施例三所述煤炭地下气化炉的平面示意图。
图2是本发明所述实施例一所述煤炭地下气化炉的立体示意图；
图3是本发明所述实施例二所述煤炭地下气化炉的平面示意图；
图4是本发明所述实施例三所述煤炭地下气化炉的平面示意图。
具体实施方式
[0017] 实施例一如图1所示，本实施例提供了一种煤炭地下气化炉，包括多个垂直井10，所述多个垂直井10分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井20，所述多个定向钻井20相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井20的水平段位置与所述垂直井10底部处于同一水平面上。
[0018] 上述是本发明的核心技术方案，所述煤炭地下气化炉包括多个垂直井10以及多个定向钻井20，其中，为了更全面的开采煤层，提高煤层的开采率，所述多个垂直井10分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井20，所述多个定向钻井20相对所述圆周形成辐射状排列，且各个定向钻井20末端均对应由所有垂直井10底部形成的点火区，使各个定向钻井20末端与由所有垂直井10底部形成的点火区之间存在一定距离，从而有利于提高气化工作面数量，缩短煤田的气化时间，增加气化效率；另外，即使针对不规则煤田的形状，可以根据实际情况，任意构建不同长度和方向的定向钻井20，通过所述定向钻井20的辐射状排列就可以有效实现对煤层的气化；再者，由于各定向钻井呈辐射状排列，气化后不易造成地面沉降，同时，避免采用过多的垂直井，降低了原始地层的破坏性进而降低了环境污染发生的风险，同时也降低了成本；所述定向钻井20的水平段位置与所述垂直井10底部处于同一水平面上，从而缩小所述垂直井10与所述定向钻井20的贯通时间，提高了煤层的气化效率。
[0019] 为了提高煤层的开采率，尽量设置多个数量的定向钻井20，且所述任意相邻两个定向钻井20之间形成的夹角为锐角，具体地，如第一定向钻井20A和第二定向钻井20B之间形成的夹角为锐角，从而可以根据实际煤田形状设置所述定向钻井20的数量。由于所述定向钻井20的数量过多时，会导致成本增大，因此所述任意相邻两个定向钻井20之间形成的夹角范围为30°至60°时，具体地，如第一定向钻井20A和第二定向钻井20B之间形成的夹角范围为30°至60°时，既能减小垂直钻井10的数量，提高定向钻井20的数量，又有利于煤层气化，提高煤层的开采量。
[0020] 为了有利于开采煤层，最大程度上使煤层气化，所述任意一个定向钻井20末端位于与其最接近的相邻两个垂直井10的中间位置，具体地，如所述第二定向钻井20B的末端位于第一垂直井10A和第二垂直井10B的中间位置，所述第三定向钻井20C的末端位于第一垂直井10A和第三垂直井10C的中间位置，从而可以尽量规则的开采煤层，提高煤层的开采率。
[0021] 所述定向钻井20末端与最近垂直井底端的水平距离在5米至20米之间时，具体地，如所述第一定向钻井20A的末端与所述第一垂直井10A底端的水平距离在5米至20米之间时，第五定向钻井20E的末端与所述第三垂直井10C底端的水平距离在5米至20米之间时，第四定向钻井20D的末端与所述第二垂直井10B底端的水平距离在5米至20米之间时，有利于煤层的开采，使煤层的气化效率提高。
[0022] 为了尽可能规则的开采煤层，提高煤层气化开采率，所述任意相邻两个垂直井10的距离相同，具体地，所述第一垂直井10A与所述第二垂直井10B之间的距离、所述第一垂直井10A与所述第三垂直井10C之间的距离、所述第二垂直井10B与所述第三垂直井10C之间的距离均相同，且所述任意相邻两个垂直井之间的距离在5米至20米之间，具体地，所述第一垂直井10A与所述第二垂直井10B之间的距离、所述第一垂直井10A与所述第三垂直井10C之间的距离、所述第二垂直井10B与所述第三垂直井10C之间的距离均在5米至20米之间时，优选相邻两个垂直井之间的间距为10米时，更有利于开采煤层，且煤层的气化效率较高。
[0023] 本实施例以在煤层的气化区构建三个垂直井为例具体说明所述煤炭地下气化炉的构建过程：如图2所示，首先在煤层的气化区构建三个垂直井，如垂直井10A、垂直井10B以及垂直井10C，且所述垂直井10A、所述垂直井10B以及所述垂直井10C均设置在同一圆周上，由所有垂直井10底部形成点火区，在所述第二垂直井10B和所述第三垂直井10C连线的中垂线上构建第一定向钻井20A，其中所述第一定向钻井20A末端距离所述第一垂直井10A的水平距离为5米，所述第一定向钻井20A的总长度为150米；在所述第一垂直井10A和所述第二垂直井10B连线的中垂线上构建第二定向钻井20B，其中所述第二定向钻井20B末端距离所述第一垂直井10A与所述第二垂直井10B连线的水平距离为5米，所述第二定向钻井20B的总长度为200米；在所述第一垂直井10A和所述第三垂直井10C连线的中垂线上构建第三定向钻井20C，其中所述第三定向钻井20C末端距离所述第一垂直井10A与所述第三垂直井10C连线的水平距离为5米，所述第三定向钻井20B的总长度为200米；在所述第二垂直井10B和第三垂直井10C连线的两端向外延长线上分别构建第四定向钻井20D以及第五定向钻井20E，且所述第四定向钻井20D距离所述第二垂直井10B的距离以及所述第五定向钻井20E距离所述第三垂直井10C的距离均为5米，所述第四定向钻井20D总长度以及所述第五定向钻井20E的总长度均为150米。
[0024] 本实施例中，为了有利于煤层的开采，提高煤层的开采率，所述垂直井10底端以及所述定向钻井20水平段均位于距离煤层底部煤层厚度的1/3处。
[0025] 实施例二：本实施例二是在实施例一基础上的变形，为了完善煤层的气化，本实施例采用四个垂直井详细说明所述煤炭地下气化炉的构建过程：
如图3所述，首先在煤层的气化区构建四个垂直井，如垂直井10A、垂直井10B、垂直井
10C以及垂直井10D，且所述垂直井10A、所述垂直井10B、所述垂直井10C以及所述垂直井
10D均设置在同一圆周上，由所有垂直井10底部形成点火区，在所述第二垂直井10B和所述第三垂直井10C连线的中垂线上构建第一定向钻井20A，其中所述第一定向钻井20A末端距离所述第一垂直井10A的水平距离为6米，所述第一定向钻井20A的总长度为100米；在所述第二垂直井10B和第三垂直井10C连线的两端向外延长线上分别构建第六个定向钻井
20L以及第七个定向钻井20M，且所述第六个定向钻井20L与所述第二垂直井10B的距离以及所述第七个定向钻井20M与所述第三垂直井10C的距离均为6米，所述第六个定向钻井
20L和所述第七个定向钻井20M的总长度均为190米；在所述第一定向钻井20A和所述第六个定向钻井20L之间构建第二个定向钻井20H以及第四个定向钻井20J，其中所述第一定向钻井20A与所述第二个定向钻井20H之间形成的角度以及所述第六个定向钻井20L和所述第四个定向钻井20J之间形成角度均为30°；在所述第一定向钻井20A和所述第七个定向钻井20M之间构建第三个定向钻井20I以及第五个定向钻井20K，其中所述第一定向钻井
20A与所述第三个定向钻井20I之间形成的角度以及所述第七个定向钻井20M和所述第五个定向钻井20K之间形成角度均为30°；且所述第二个定向钻井20H和所述第三个定向钻井20I的长度均为120 米，所述第四个定向钻井20J和所述第五个定向钻井20K的长度均为160米。
如图3所述，首先在煤层的气化区构建四个垂直井，如垂直井10A、垂直井10B、垂直井
10C以及垂直井10D，且所述垂直井10A、所述垂直井10B、所述垂直井10C以及所述垂直井
10D均设置在同一圆周上，由所有垂直井10底部形成点火区，在所述第二垂直井10B和所述第三垂直井10C连线的中垂线上构建第一定向钻井20A，其中所述第一定向钻井20A末端距离所述第一垂直井10A的水平距离为6米，所述第一定向钻井20A的总长度为100米；在所述第二垂直井10B和第三垂直井10C连线的两端向外延长线上分别构建第六个定向钻井
20L以及第七个定向钻井20M，且所述第六个定向钻井20L与所述第二垂直井10B的距离以及所述第七个定向钻井20M与所述第三垂直井10C的距离均为6米，所述第六个定向钻井
20L和所述第七个定向钻井20M的总长度均为190米；在所述第一定向钻井20A和所述第六个定向钻井20L之间构建第二个定向钻井20H以及第四个定向钻井20J，其中所述第一定向钻井20A与所述第二个定向钻井20H之间形成的角度以及所述第六个定向钻井20L和所述第四个定向钻井20J之间形成角度均为30°；在所述第一定向钻井20A和所述第七个定向钻井20M之间构建第三个定向钻井20I以及第五个定向钻井20K，其中所述第一定向钻井
20A与所述第三个定向钻井20I之间形成的角度以及所述第七个定向钻井20M和所述第五个定向钻井20K之间形成角度均为30°；且所述第二个定向钻井20H和所述第三个定向钻井20I的长度均为120 米，所述第四个定向钻井20J和所述第五个定向钻井20K的长度均为160米。
[0026] 本实施例中，为了有利于煤层的开采，提高煤层的开采率，所述定向钻井20水平段和垂直井10末端位置均位于所开采煤层厚度下部的2/3处。
[0027] 本发明所述煤炭地下气化炉，所述垂直井10的数量范围为2个至4个时，便于构建定向钻井20，实现有规则的开采煤层，提高煤层的开采率。
[0028] 本发明所述地下气化炉的构建过程中，所述垂直井10以及定向钻井20的排布位置和尺寸长短均可以根据实际采煤区的形状和大小自定义，不必相同。所述定向钻井20的个数可以根据煤层实际需要规划，且所述定向钻井20的长度不必完成相等，最大长度以小于等于300米为宜。
[0029] 实施例三：本实施例三是在实施例一或实施例二基础上的变形，为了更充分的开采煤层，使煤层逐步全部气化，可以构建多个气化炉单元，提高煤层的开采率，下面详细说明：
如图4所述，本实施所述煤炭地下气化炉，包括多个气化炉单元，每个气化炉单元包括多个垂直井10，所述多个垂直井10分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井
20，所述多个定向钻井20相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井20的水平段位置与所述垂直井10最底端位置处于同一水平面上，其中，任意一个气化炉单元中的至少一个定向钻井20的初始端位于相邻气化炉单元中的两个定向钻井20之间。
如图4所述，本实施所述煤炭地下气化炉，包括多个气化炉单元，每个气化炉单元包括多个垂直井10，所述多个垂直井10分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井
20，所述多个定向钻井20相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井20的水平段位置与所述垂直井10最底端位置处于同一水平面上，其中，任意一个气化炉单元中的至少一个定向钻井20的初始端位于相邻气化炉单元中的两个定向钻井20之间。
[0030] 本实施例所述煤炭地下气化炉，包括多个气化炉单元，如第一气化单元和第二气化单元，其中每个气化单元均包括多个垂直井10，所述多个垂直井10分布在同一个圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井20，所述多个定向钻井20相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井20的水平段位置与所述垂直井10底部处于同一水平面上，具体地，所述第一气化炉单元包括三个垂直井10和五个定向钻井20，所述三个垂直井10包括第一垂直井10A、第二垂直井10B以及第三垂直井10C, 所述五个定向钻井20包括第一定向钻井20A、第二定向钻井20B、第三定向钻井20C、第四定向钻井20D以及第五定向钻井20E；所述第二气化炉单元包括三个垂直井和五个定向钻井，其中定向钻井20F的初始端位于所述第一定向钻井20A和所述第三定向钻井20C之间，从而有利用于更完善、充分的开采煤层，提高煤层的开采率。
[0031] 本实施例中，所述任意一个气化炉单元中的至少一个定向钻井20的初始端位置分别与所述相邻气化炉单元中的两个定向钻井20的垂直距离相等时，煤层气化的更充分，且气化效果高，具体地，所述定向钻井20F的初始端位置与所述第一定向钻井20A的垂直距离或者所述定向钻井20F的初始端位置与所述第三定向钻井20C的垂直距离在20米至30米之间时，优先选择所述垂直距离为25米时，可以显著提高煤层的气化效率。
[0032] 需要注意的是：所述每个气化炉单元均相互独立，当多个气化炉单元的气化炉联用时不必考虑其单元之间的联系。
[0033] 实施例四：本实施例四提供一种煤炭地下气化方法，利用实施例一至实施例三中任意一个所述的煤炭地下气化炉气化地下煤层，包括如下步骤：
步骤S1：将第一垂直井10A的底部和与所述第一垂直井10A距离最近的第一定向钻井
20A贯通，且将所述第一垂直井10A的底部与其它垂直井的底部贯通；步骤S2：向第一定向钻井20A注入气化剂，在所述第一垂直井10A的底部点燃煤层使所有垂直井10的底部形成点火区，对第一定向钻井20A进行气化作业；步骤S3：将其它定向钻井与所述点火区贯通，向贯通后的定向钻井注入气化剂，对所述其它定向钻井进行气化作业，直至完成整个煤层的气化。
步骤S1：将第一垂直井10A的底部和与所述第一垂直井10A距离最近的第一定向钻井
20A贯通，且将所述第一垂直井10A的底部与其它垂直井的底部贯通；步骤S2：向第一定向钻井20A注入气化剂，在所述第一垂直井10A的底部点燃煤层使所有垂直井10的底部形成点火区，对第一定向钻井20A进行气化作业；步骤S3：将其它定向钻井与所述点火区贯通，向贯通后的定向钻井注入气化剂，对所述其它定向钻井进行气化作业，直至完成整个煤层的气化。
[0034] 本实施例所述煤炭地下气化方法，若以三个垂直井为例，如图1所示，所述步骤S1中，将第一垂直井10A的底部和与所述第一垂直井10A距离最近的第一定向钻井20A贯通，具体地，贯通第一垂直井10A和与所述第一垂直井10A在同一水平面的第一定向钻井20A，从而可以减少贯通时间，提高气化效率，同时，将所述第一垂直井10A的底部与其它垂直井的底部贯通，具体地，将所述第一垂直井10A的底部与所述第二垂直井10B的底部贯通，将所述第一垂直井10A的底部与所述第三垂直井10C的底部贯通，以及将所述第三垂直井10C的底部与所述第二垂直井10B的底部贯通；所述步骤S2中，向所述第一定向钻井20A的底部注入气化剂，在所述第一垂直井10A的底部点燃煤层使所有垂直井10的底部形成点火区，且对第一定向钻井20A进行气化作业，具体地，由于所述垂直井10之间已经相互贯通，因此随所述第一垂直井10A底部煤层的燃烧会使所有垂直井10的底部形成点火区，向所述第一定向钻井20A的底部注入气化剂，对第一定向钻井20A进行气化作业，此时，所述第一定向钻井20A是进气井，所述垂直井10都是出气井，通过将所述第一垂直井10A用作点火井，将所有垂直井10的底部形成点火区，实现了共用点火井和出气井，由此降低了垂直井10的数量，避免了由过多垂直井10的设置而导致的一系列问题；所述步骤S3中，将其它定向钻井与所述点火区贯通，具体地，如将所述第二定向钻井20B与所述点火区贯通，将所述第三定向钻井20C与所述点火区贯通等，向贯通后的定向钻井20内注入气化剂，对所述贯通后的定向钻井20进行气化作业，并根据实际气化情况不断切换进气井和出气井，直至完成整个煤层的气化，具体地，将所述其它定向钻井20分为多组，每组包含多个定向钻井，同一组的多个定向钻井同时进行气化作业，如向所述第二定向钻井20B内和所述第三定向钻井20C注入气化剂，此时所有垂直井10均为出气井，待所述第一定向钻井20A至所述第一垂直井10A中的煤层气化完成后，将所述第一定向钻井20A作为出气井，向所述第四定向钻井20D内和所述第五定向钻井20E注入气化剂直至完成整个煤层的气化，由于煤层气化过程中共用进气井和出气井，因此也降低了垂直井10的数量；再者，随进气井的增多，需要配合有足够多的出气井，根据实际气化情况不断切换进气井和出气井，使井内的气压保持平衡，避免井内的压力过大造成损坏设备的情况。
[0035] 本发明中，所述垂直井10底部之间的贯通以及所述垂直井10与所述定向钻井20之间的贯通均是通过在注气井内注入高压空气，持续保持压力在2MPa至4MPa之间，若一段时间后若压力突然下降，表明完成了贯通。
[0036] 下面再以四个垂直井为例具体说说气化方法：如图3所示，所述步骤S1中，将第一垂直井10A和与所述第一垂直井10A距离最近的第一定向钻井20A贯通，在所述第一定向钻井20A内注入高压空气，使压力维持在4.0MPa，直至压力突降，表示所述第一定向钻井20A与所述第一垂直井10A贯通完毕；继续将所述第一垂直井10A的底部与其它垂直井的底部贯通 ，具体地，利用同样的方法将所述第一垂直井10A的底部与所述第二垂直井10B的底部贯通，将所述第一垂直井10A的底部与所述第三垂直井10C的底部贯通，将所述第一垂直井10A的底部和所述第四垂直井10D的底部贯通；所述步骤S2中，向第一定向钻井20A注入气化剂，在所述第一垂直井10A的底部点燃煤层使所有垂直井10的底部形成点火区，具体地，由于所述垂直井10之间已经相互贯通，因此随所述第一垂直井10A底部煤层的燃烧会使所有垂直井10的底部形成点火区，对第一定向钻井20A进行气化作业，此时，所述第一定向钻井20A是进气井，所述垂直井10都是出气井；所述步骤S3中，将其它定向钻井与所述点火区贯通，向贯通后的定向钻井注入气化剂，对所述其它定向钻井进行气化作业，具体地，将所述第二个定向钻井20H与所述点火区贯通，向第二定向钻井20H注入气化剂，此时，所述第一定向钻井20A和所述第二个定向钻井
20H为进气井，所有垂直井10为出气井，将所述第三个定向钻井20I与所述点火区贯通，向第三定向钻井20I注入气化剂，此时，所述第一定向钻井20A和所述第二个定向钻井20H以及所述第三个定向钻井20I为进气井，所有垂直井10为出气井，继续将所述第四个定向钻井20J与所述点火区贯通，将所述第五个定向钻井20K与所述点火区贯通，待所述第一定向钻井20A气化完成后，将所述第四个定向钻井20J和所述第五个定向钻井20K注入气化剂开始气化，此时，所述第二个定向钻井20H、第三个定向钻井20I、第四个定向钻井20J以及第五个定向钻井20K为进气井，所述第一定向钻井20A和所有垂直井10是出气井，继续对所述第六个定向钻井20L以及第七个定向钻井20M开始加压贯通，贯通完毕后，待所述第二个定向钻井20H和所述第三个定向钻井20I气化完成后，将所述第六个定向钻井20L和第七个定向钻井20M注入气化剂开始气化，此时，所述第四个定向钻井20J、第五个定向钻井
20K、第六个定向钻井20L以及第七个定向钻井20M为进气井，所述第一定向钻井20A、第二个定向钻井20H和所述第三个定向钻井20I以及第四垂直井10D是出气井，直至完成整个煤层的气化。
20H为进气井，所有垂直井10为出气井，将所述第三个定向钻井20I与所述点火区贯通，向第三定向钻井20I注入气化剂，此时，所述第一定向钻井20A和所述第二个定向钻井20H以及所述第三个定向钻井20I为进气井，所有垂直井10为出气井，继续将所述第四个定向钻井20J与所述点火区贯通，将所述第五个定向钻井20K与所述点火区贯通，待所述第一定向钻井20A气化完成后，将所述第四个定向钻井20J和所述第五个定向钻井20K注入气化剂开始气化，此时，所述第二个定向钻井20H、第三个定向钻井20I、第四个定向钻井20J以及第五个定向钻井20K为进气井，所述第一定向钻井20A和所有垂直井10是出气井，继续对所述第六个定向钻井20L以及第七个定向钻井20M开始加压贯通，贯通完毕后，待所述第二个定向钻井20H和所述第三个定向钻井20I气化完成后，将所述第六个定向钻井20L和第七个定向钻井20M注入气化剂开始气化，此时，所述第四个定向钻井20J、第五个定向钻井
20K、第六个定向钻井20L以及第七个定向钻井20M为进气井，所述第一定向钻井20A、第二个定向钻井20H和所述第三个定向钻井20I以及第四垂直井10D是出气井，直至完成整个煤层的气化。
[0037] 需要指出的是：在气化过程中当所有垂直孔10和存在大于等于一条定向钻井均满足能作为出气井正常出气时，则整个气化炉单元中剩余定向钻井可同时与点火区进行贯通并注入气化剂开始气化。若所述煤炭地下气化炉包括多个气化炉单元，则可以同时对多个气化炉单元进行气化，也可以依次对多个气化炉单元进行气化，直至完成整个煤层的气化。
[0038] 本发明气化加工过程中，切换进出气井或者改变气化通道的参考标准是产品煤气的有效组分变化，当有效组分降低至设计标准时，便可以考虑改变工艺参数。
[0039] 本发明所述气化炉的布局不受开采区煤田形状的限制，可以根据设计量，任意构建不同长度和方向的定向钻井。整个气化过程中，应该视煤气有效组分和气化过程的稳定性为参考进行相应的操作，如当煤气有效组分低于设计标准时，应该变换进出气井或者改变气体的输送通道。
[0040] 本发明所述贯通方式可以采用冷态高压贯通、定向爆破或者火力贯通等方式，本发明优先采用冷态压力贯通，且贯通压力应小于等于4Mpa。所述的贯通可以是全部贯通定向钻井20与垂直井10后开始气化，也可以是边贯通边气化。所述气化剂是指空气、富氧空气、富氧二氧化碳等。
[0041] 综上，本发明所述的以上技术方案具有以下优点：1.本发明所述煤炭地下气化炉，包括多个垂直井以及多个定向钻井，其中，为了更全面的开采煤层，提高煤层的开采率，所述多个垂直井分布在同一个圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成辐射状排列，且各个定向钻井末端均对应由所有垂直井底部形成的点火区，使各个定向钻井末端与由所有垂直井底部形成的点火区之间存在一定距离，从而有利于提高气化工作面数量，缩短煤田的气化时间，增加气化效率；另外，即使针对不规则煤田的形状，可以根据实际情况，任意构建不同长度和方向的定向钻井，通过所述定向钻井的辐射状排列就可以有效实现对煤层的气化；再者，由于各定向钻井呈辐射状排列，气化后不易造成地面沉降，同时，避免采用过多的垂直井，降低了原始地层的破坏性进而降低了环境污染发生的风险，同时也降低了成本；所述定向钻井的水平段位置与所述垂直井最底端处于同一水平面上，从而缩小所述垂直井与所述定向钻井的贯通时间，提高了煤层的气化效率。
[0042] 2.本发明所述煤炭地下气化炉，所述垂直井的数量范围为2个至4个时，便于构建定向钻井，实现有规则的开采煤层，提高煤层的开采率。
[0043] 3. 本发明所述任意相邻两个定向钻井之间形成的夹角为锐角，且所述任意相邻两个定向钻井之间形成的夹角范围为30°至60°时，既能减小垂直钻井的数量，提高定向钻井的数量，又有利于煤层气化，提高煤层的开采量。
[0044] 4. 本发明所述煤炭地下气化炉，包括多个气化炉单元，其中每个气化单元均包括多个垂直井，所述多个垂直井分布在同一个圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井的水平段位置与所述垂直井底部处于同一水平面上，其中任意一个气化炉单元中的至少一个定向钻井的初始端位于相邻气化炉单元中的两个定向钻井之间，从而有利用于更完善、充分的开采煤层，提高煤层的开采率。
[0045] 5. 本发明所述煤炭地下气化方法，由于煤层气化过程中共用进气井和出气井，因此也降低了垂直井的数量；再者，随进气井的增多，需要配合有足够多的出气井，根据实际气化情况不断切换进气井和出气井，使井内的气压保持平衡，避免井内的压力过大造成损坏设备的情况。
[0046] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围中。
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