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一种针对中深 煤层的地下 气化炉及气化方法

阅读：23发布：2020-09-26

专利汇可以提供一种针对中深煤层的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。并且本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，特别涉及一种针对中深煤层的地下气化炉及气化方法。包括注气井、采气井和设置于注气井和采气井之间且与注气井和采气井连通的若干个平行排列的分支水平井，所述注气井及采气井采用大位移水平井在煤层中水平延伸，所述注气井与采气井呈斜梯型平行分布。本发明还包括气化炉的气化方法。本发明中的注气井与采气井呈斜梯型平行分布，气化在每个分支水平井段内进行，集束连续油管气化剂可以及时、准确送达分支水平井气化通道内的煤层气化面，有效规避了气化通道堵塞问题，确保了较高的气化效率，提高目标区域煤炭资源的动用率，有效降低工程成本。，下面是一种针对中深煤层的地下气化炉及气化方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种针对中深煤层的地下气化炉，其特征在于：包括注气井、采气井和设置于注气井和采气井之间且与注气井和采气井连通的若干个平行排列的分支水平井，所述注气井及采气井采用大位移水平井在煤层中水平延伸，所述注气井与采气井呈斜梯型平行分布。
2.根据权利要求1所述的一种针对中深煤层的地下气化炉，其特征在于：所述注气井和采气井的水平距离设置为200m。
3.根据权利要求1所述的一种针对中深煤层的地下气化炉，其特征在于：所述注气井、采气井和分支水平井之间采用可燃油管进行固井。
4.根据权利要求1所述的一种针对中深煤层的地下气化炉，其特征在于：所述注气井包括注气井弧形段和与注气井弧形段连通的注气井水平段，所述采气井包括采气井弧形段和与采气井弧形段连通的采气井水平段，所述分支水平井平行设置于注气井水平段和采气井水平段之间且与注气井水平段和采气井水平段连通。
5.根据权利要求4所述的一种针对中深煤层的地下气化炉，其特征在于：所述分支水平井与注气井水平段之间的夹角α为锐角。
6.根据权利要求5所述的一种针对中深煤层的地下气化炉，其特征在于：所述α为30°。
7.利用权利要求1-6任一所述的一种针对中深煤层的地下气化炉的气化方法，其特征在于，按照距离注气井或采气井的井口自远而近依次顺序将各分支水平井作为气化通道，对分支水平井周围的煤层进行逐步气化，煤气通过采气井输送至地面煤气管网，具体包括以下步骤：
a、将距离注气井或采气井的井口最远端分支水平井作为气化通道，对该气化通道的分支水平井点火，进行煤层气化，燃烧产生的煤气通过采气井口输送至地面煤气管网；
b、将靠近最远端第二分支水平井作为气化通道，对该气化通道的分支水平井点火，进行煤层气化，燃烧产生的煤气通过采气井上口输送至地面煤气管网；
c、以此类推，采用集束连续油管进行多次注入点后退气化，由远而近将分支水平井分别依次作为气化通道气化煤层，直到最近分支水平井的煤层气化完毕，燃烧产生的煤气均通过采气井口输送至地面煤气管网。

说明书全文

一种针对中深煤层的地下 气化炉及气化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，特别涉及一种针对中深煤层的地下气化炉及气化方法。

背景技术

[0002] 煤炭地下气化是将煤炭在地下直接转化成气体燃料煤气并加以运用，减少了井下施工作业，减少了资金以及人员投入以及井下事故的发生。

[0003] 中深煤层和顶底板一般较为致密，渗透性较差，不利于气化腔的扩展，必须要在煤层中利用水平钻孔方式形成并保持气化通道。随着气化过程的继续，新的注入点和气化腔依次沿着气化通道后退，煤灰和固体残留物将在燃后的气化通道中积累，到气化中后期很容易堵塞气化通道。煤层在高温下膨胀变形对井筒完整性威胁也很大，高温混合气体对金属管材的腐蚀作用也很强，容易导致井下管柱破坏失效。

[0004] 世界上早期开展的几次中深煤层气化试验，都以半道终止或因井下发生事故结束，原因主要是无法建立有效气化通道、井筒堵塞问题或井下管柱破坏。由于中深层UCG对钻完井技术标准要求高，相关装备、工具和材料的耐高温、耐高压和防腐等级高，地下气化炉建造成本高昂，需要单炉能够控制足够规模的煤炭资源，实现足够规模的日产量，才能够达到商业化产量要求。

[0005] 在理想状态下，气化剂在单侧水平径向方向最远可以抵达3倍于煤层厚度的距离，但在实际设计中要考虑一定的气化效率，设计气化腔的单侧水平径向宽度一般为煤层厚度的1-1.5倍。也就是说，针对例如10m厚度的煤层，设计气化腔宽度一般为10-15m，实际能否实现还要受到煤质、渗透性等其他参数影响。对于埋深较大的煤层，煤岩基质通常非常致密，横向和纵向的渗透率极低，气化面很难向纵深扩展。天然裂缝发育有利于气化面扩展，但如果裂缝较大也容易导致进入气化腔的涌水量过大，从而导致气化过程终止。

[0006] 因此，现在亟需研发一种能够解决上述现有技术存在的问题的针对中深煤层的地下气化炉及气化方法。

发明内容

[0007] 为解决现有技术存在的不足，本发明结合线性水平井(L-CRIP)和平行水平井(P-CRIP)两种方案的特点，提出一种针对中深煤层商业UCG项目的新型“斜梯型”地下气化炉。该气化炉即可以使得控制的煤炭资源量大，又具备L-CRIP气化炉的优点，从而确保较高的气化效率并且能够规避气化通道堵塞问题及有效避开小断层和大裂缝。

[0008] 本发明的技术方案为：

[0009] 一种针对中深煤层的地下气化炉，包括注气井、采气井和设置于注气井和采气井之间且与注气井和采气井连通的若干个平行排列的分支水平井，所述注气井及采气井采用大位移水平井在煤层中水平延伸，所述注气井与采气井呈斜梯型平行分布。

[0010] 进一步的，所述注气井和采气井的水平距离设置为200m，以防止煤气品质变差、热值降低；煤灰、焦油和其他残留物导致通道堵塞。

[0011] 进一步的，所述注气井、采气井和分支水平井之间采用可燃油管进行固井，以消除煤层受热膨胀变形导致的剪切破坏，从而保证气化通道的完整性。

[0012] 进一步的，所述注气井包括注气井弧形段和与注气井弧形段连通的注气井水平段，所述采气井包括采气井弧形段和与采气井弧形段连通的采气井水平段，所述分支水平井平行设置于注气井水平段和采气井水平段之间且与注气井水平段和采气井水平段连通。

[0013] 进一步的，所述分支水平井与注气井水平段之间的夹角α为锐角。

[0014] 更进一步的，所述α为30°。

[0015] 利用上述针对中深煤层的地下气化炉的气化方法，按照距离注气井或采气井的井口自远而近依次顺序将各分支水平井作为气化通道，对分支水平井周围的煤层进行逐步气化，煤气通过采气井输送至地面煤气管网，具体包括以下步骤：

[0016] a、将距离注气井或采气井的井口最远端分支水平井作为气化通道，对该气化通道的分支水平井点火，进行煤层气化，燃烧产生的煤气通过采气井口输送至地面煤气管网；

[0017] b、将靠近最远端第二分支水平井作为气化通道，对该气化通道的分支水平井点火，进行煤层气化，燃烧产生的煤气通过采气井上口输送至地面煤气管网；

[0018] c、以此类推,，采用集束连续油管进行多次注入点后退气化，由远而近将分支水平井分别依次作为气化通道气化煤层，直到最近分支水平井的煤层气化完毕，燃烧产生的煤气均通过采气井口输送至地面煤气管网。

[0019] 本发明所达到的有益效果为：

[0020] 本发明中一种针对中深煤层的地下气化炉，所述注气井与采气井呈斜梯型平行分布，这种“斜梯型”地下气化炉优点非常突出，既具有P-CRIP气化炉方案优点，即成对水平井主井筒可以控制的煤炭资源量大。又具备L-CRIP气化炉的优点，气化在每个分支水平井段内进行，集束连续油管气化剂可以及时、准确送达分支水平井气化通道内的煤层气化面，从而确保了较高的气化效率，有效降低工程成本。

[0021] 本发明的气化方法分支水平井段从远端开始，依次进行气化，有效规避了气化通道堵塞问题，确保了较高的气化效率，提高目标区域煤炭资源的动用率，有效降低工程成本。附图说明

[0022] 图1是本发明整体结构示意图。

[0023] 其中，1、注气井弧形段；2、注气井水平段；3、煤层；4、分支水平井；5、采气井水平段；6、采气井弧形段。

具体实施方式

[0024] 为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

[0025] 实施例

[0026] 由图1所示，本发明地下气化炉由注气井，采气井以及多个分支水平井4组成。注气井及采气井采用大位移水平井在煤层3中水平延伸，注气井和采气井呈“斜梯型”平行分布。分支水平井4平行排列，每个分支水平井4两端分别与注气井和采气井相连。具体的，所述注气井包括注气井弧形段1和与注气井弧形段1连通的注气井水平段2，所述采气井包括采气井弧形段6和与采气井弧形段6连通的采气井水平段5，所述分支水平井4平行设置于注气井水平段2和采气井水平段5之间且与注气井水平段2和采气井水平段5连通。

[0027] 注气井和采气井间距为200m左右，本实施例中注气井和采气井间距为200m。以防止煤气品质变差、热值降低；煤灰、焦油和其他残留物导致通道堵塞。分支水平井有效长度按照1200m设计。

[0028] 注气井、采气井、分支水平井4进行固井完井，固井采用柔性可燃油管进行固井，以消除煤层受热膨胀变形导致的剪切破坏，从而保证气化通道的完整性。

[0029] 分支水平井4以30°锐角与注气井水平段2连通。分支水平井4可按照20支设计，既确保了较高的气化效率，又能够规避气化通道堵塞问题。

[0030] 当气化炉区域内遇到有潜在泄漏风险的小断层或大裂缝时，可以通过加大分支水平井的间距或优化一下轨迹直接避开，从而不影响整个气化炉的部署，有利于提高目标区域煤炭资源的动用率。

[0031] 本设计地下气化炉也适用于多层气化炉设计，应用到多层薄煤层或巨厚煤层气化，多组主井筒共用注气井和采气井的直井段，分层进行气化，有效降低工程成本。

[0032] 利用上述针对中深煤层的地下气化炉的气化方法，按照距离注气井或采气井的井口自远而近依次顺序将各分支水平井作为气化通道，对分支水平井周围的煤层进行逐步气化，煤气通过采气井输送至地面煤气管网，具体包括以下步骤：

[0033] a、将距离注气井或采气井的井口最远端分支水平井作为气化通道，对该气化通道的分支水平井点火，进行煤层气化，燃烧产生的煤气通过采气井口输送至地面煤气管网。

[0034] b、将靠近最远端第二分支水平井作为气化通道，对该气化通道的分支水平井点火，进行煤层气化，燃烧产生的煤气通过采气井上口输送至地面煤气管网。

[0035] c、以此类推，采用集束连续油管进行多次注入点后退气化，由远而近将分支水平井分别依次作为气化通道气化煤层，直到最近分支水平井的煤层气化完毕，燃烧产生的煤气均通过采气井口输送至地面煤气管网。

[0036] 试验例

[0037] 参照天鹅山试验项目埋深、煤质和气化速率参数，采用相同的富氧气化工艺，选取3.5″连续油管作为注氧通道，单井粗煤气产量可以达到天鹅山试验项目设计产量的3倍以上，即34108m3，其中甲烷约12.5104m3。按此日产量估算，气化面平均推进速度约2.6m/d，每年有效气化时间按照300d计算，则单个气化炉总服役时间约5年，单炉可以累产甲烷约
1.9108m3。

[0038] 以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

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