CN108756846A - 由多层u型对接井组构成的煤炭地下气化通道及气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道及气化方法，技术方案是，排气井呈竖直布置且下端均伸入煤层，伸入煤层部分的排气井上设置有多个扩孔段，注入井包括主井眼，主井眼呈竖直布置且下端均伸入煤层，伸入煤层部分的每个主井眼均自上而下设置有多个朝向排气井伸出的分支井眼，每个分支井眼的末端均与扩孔段的内腔相连通，本发明通过自上而下布置在一个主井眼上的多个分支井眼对不同深度煤层进行气化，并单独实现地下气化，节约地面面积，地下分层气化，充分利用巨厚煤层的资源；采用自上而下逐步气化的气化方法，上层气化完毕后进行下层气化，相互不影响，实用性强，大幅提高了气化效率。

Description

由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道及气化方法

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，特别是一种由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道及气化方法。

背景技术

煤炭地下气化的根本出发点，就是将煤炭在地下直接转化成气体燃料(煤气),并加以应用，这不需要将煤炭挖出来，完全取代了煤矿井下人工作业，从而杜绝井下事故和职业病。

早在1888年,俄国化学家门捷列夫全球第一个提出煤炭地下气化的概念及其设想；1932年列宁时代的苏联就建立了世界上第一座煤地下气化站。1976～1979年期间，美国劳伦斯..利弗莫尔国家实验研究开发出“受控注入点后退气化工艺”(简称CRIP工艺)，这种新工艺采用石油工艺的定向钻孔和反向燃烧结合在一起,其煤的气化过程在地上控制仪表设施的受控条件下有效进行，其后退气化的特点是：由定向水平井孔注入气化剂(水蒸汽、氧气等)和燃烧剂(硅烷、甲烷、汽油)的注入点(即其输送管线的末端)周期性逐段后退(由地面井口的牵引机构执行)并点火烧断一段套管来形成新的燃烧气化段(带)，此技术成功地解决煤地下气化通道的构筑、贯通和气化反应能连续拓展进行等关键性难题，故引起全球几乎所有进行煤地下气化的国家仿效且大多都获得成功。目前，石油定向水平钻井技术和利用随钻仪器进行多井对接连通技术已经十分针成熟，已成为广泛使用的现有技术。

申请号为“201510425445.9”的“煤炭地下气化炉型及气化方法”，其在同一煤层内沿垂直井同侧依次顺序排列多个定向钻井，气化时，采用自下而上逐步气化，位于下方的定向钻井作为气化通道，利用底部煤层预热，提高了气化的效率，气化完成后，对气化完成的气化通道形成的燃空区进行填充与加固，但是在实际应用中，由于地下情况复杂，要在长达几百米，高度达十几米的燃空区根本就无法进行填充与加固，导致这种自下而上的气化方法无法实际应用，其改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道及气化方法，可有效解决煤炭地下气化占地面积大，气化效率低问题。

本发明解决的技术方案是：

一种由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道，该煤炭地下气化通道包括排气井和布置在排气井周围的多个注入井，排气井呈竖直布置且下端均伸入煤层，伸入煤层部分的排气井上设置有多个扩孔段，注入井包括主井眼，主井眼呈竖直布置且下端均伸入煤层，伸入煤层部分的每个主井眼均自上而下设置有多个朝向排气井伸出的分支井眼，每个分支井眼的末端均与扩孔段的内腔相连通。

每个主井眼上分支井眼的数量与排气井上扩孔段的相等且自上而下一一对应，构成多层分支井结构。

一种煤炭地下气化通道的气化方法，自上而下依次顺序将各注入井同层的分支井眼作为气化通道，对分支井眼周围的煤层进行逐步气化，排气井作为出气井，煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网，具体包括以下步骤：

a、将最顶层的分支井眼作为气化通道，对该气化通道的分支井眼进行点火，并且逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网；

b、当煤气有效组分含量之和连续48小时下降10％-20％时，该气化通道结束逆向气化煤层；

c、将自上而下第二层分支井眼作为气化通道，对该气化通道的分支井眼进行点火，并且逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网；当煤气有效组分含量之和连续48小时下降10％-20％时，该气化通道结束逆向气化煤层；

d、以此类推，自上而下每层分支井眼分别依次作为气化通道气化煤层直到最底层分支井眼的煤层气化完毕，燃烧产生的煤气均通过排气井上口输送至地面煤气管网。

本发明结构新颖独特，通过自上而下布置在一个主井眼上的多个分支井眼对不同深度煤层进行气化，并单独实现地下气化，节约地面面积，地下分层气化，充分利用巨厚煤层的资源；采用自上而下逐步气化的气化方法，上层气化完毕后进行下层气化，相互不影响，实用性强，而且可以多个注入井同时进行，实现了多个气化炉同时并联运行，大幅提高了气化效率，使用方便，效果好，是煤炭地下气化系统上的创新，有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图。

图2为本发明实施例的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-2给出，本发明包括排气井1和布置在排气井周围的多个注入井，排气井1呈竖直布置且下端均伸入煤层2，伸入煤层部分的排气井1上设置有多个扩孔段3，注入井包括主井眼，主井眼呈竖直布置且下端均伸入煤层2，伸入煤层2部分的每个主井眼均自上而下设置有多个朝向排气井1伸出的分支井眼，每个分支井眼的末端均与扩孔段的内腔相连通；

为保证使用效果，每个主井眼上分支井眼的数量与排气井上扩孔段的相等且自上而下一一对应，构成多层分支井结构，与每个扩井段相连的分支井眼作为同一层分支井眼；

所述分支井眼由主井眼侧朝向排气井侧呈向下倾斜设置，倾斜角度为5-35°(分支井眼轴线与水平面的夹角)。

所述排气井1与主井眼的水平间距为500-1000m；

所述主井眼与分支井眼之间设置有造斜段(过渡段)。

所述主井眼与内壁上均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁，所述排气井1的扩孔段3为裸眼井，其余部分均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁4，分支井眼均为裸眼井，扩孔段3的内径为排气井其余部分固井后内径的2-2.5倍。

实际地下煤层分布情况比较复杂，层与层之间间隔距离也不一样，本申请主井眼和排气井均竖直伸入各个煤层，扩孔段分别与各个煤层一一对应(每层设置一个扩孔段)，根据实际情况，每个主井眼在每层煤层内设置一个分支井眼，支井眼整体置该层煤层中，且分支井眼靠近该层煤层的底板设置，末端与该层煤层对应的排气井扩井段相连通，从而可以对地下各个煤层进行气化开采。

如图2所示，有3个注入井，对应的主井眼分别为A、B、C，3个主井眼布置在排气井的同侧，该侧为煤层走向的较高侧，每个分支井眼与排气井对应的扩井段对接，构成U型的对接井结构，如图1所示，伸入煤层部分的主井眼A上自上而下设置有4个分支井眼A1、A2、A3、A4，伸入煤层部分的主井眼B上自上而下设置有4个分支井眼B1、B2、B3、B4，分支井眼A1和分支井眼B1均与排气井第一层的扩井段对接，分支井眼A2和分支井眼B2均与排气井第二层的扩井段对接，分支井眼A3和分支井眼B3均与排气井第三层的扩井段对接，分支井眼A4分支井眼B4均与排气井第四层的扩井段对接，构成多层U型对接井；在实际应用中，可以在排气井四周合适的位置设置一个与排气井相互平行的排水井，在排水井的底部设置与排气井相连通的排水通道，且排水通道的高度低于最低一层的分支井眼，从而使各个分支井眼内的水可以从排水通道排到排水井，保证各个注入井顺利点火，排水井内的水可以通过管道和水泵进行抽取。

采用的煤炭地下气化通道的气化方法为：自上而下依次顺序将各注入井同层的分支井眼作为气化通道，对分支井眼周围的煤层进行逐步气化，排气井作为出气井，煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网，具体包括以下步骤：

a、将最顶层的分支井眼作为气化通道，对该气化通道的分支井眼进行点火，并且逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网；

b、当煤气有效组分含量之和连续48小时下降10％-20％时，该气化通道结束逆向气化煤层；

c、将自上而下第二层分支井眼作为气化通道，对该气化通道的分支井眼进行点火，并且逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网；当煤气有效组分含量之和连续48小时下降10％-20％时，该气化通道结束逆向气化煤层；

d、以此类推，自上而下每层分支井眼分别依次作为气化通道气化煤层直到最底层分支井眼的煤层气化完毕，燃烧产生的煤气均通过排气井上口输送至地面煤气管网。

以图1为例，首先分别将分支井眼A1、B1作为气化通道，对该气化通道的分支井眼进行点火，并且各自逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网；当煤气有效组分含量之和连续48小时下降10％-20％时，该气化通道结束逆向气化煤层；再将分支井眼A1、B1作为气化通道，对该气化通道的分支井眼进行点火，并且各自逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网；当煤气有效组分含量之和连续48小时下降10％-20％时，该气化通道结束逆向气化煤层；以此类推，自上而下每层分支井眼分别依次作为气化通道气化煤层直到最底层分支井眼A4、B4的煤层气化完毕，燃烧产生的煤气均通过排气井上口输送至地面煤气管网；分支井眼与扩孔段连接处可采用套管连通，气化时，从交汇处作为起点，朝向主井眼方向延伸30-35米不气化，保证排气井的稳定。

由上述情况可以清楚的看出，本发明具有以下优点：

(1)通过自上而下布置在一个主井眼上的多个分支井眼对不同深度煤层进行气化，并单独实现地下气化，节约地面面积，地下分层气化，充分利用巨厚煤层的资源；

(2)采用自上而下逐步气化的气化方法，上层气化完毕后进行下层气化，相互不影响，实用性强，而且可以多个注入井同时进行，实现了多个气化炉同时并联运行，大幅提高了气化效率；

(3)所述主井眼与内壁上均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁，所述排气井1的扩孔段3为裸眼井，其余部分均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁，气化时，从交汇处作为起点，朝向主井眼方向延伸30-35米不气化，保证了排气井的稳定，也确保气化与气体采出过程连续稳定进行；

(4)由于存在多个注入井，各注注入井的分支井眼钻进与气化可交替进行，钻机钻井施工与气化又相对独立运行，从多个井的同时钻井施工与地下气化，这种联动作业方式将大大提高了钻机与地下气化的整体效率。

Claims (7)

1.一种由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道，其特征在于，该煤炭地下气化通道包括排气井(1)和布置在排气井周围的多个注入井，排气井(1)呈竖直布置且下端均伸入煤层(2)，伸入煤层部分的排气井(1)上设置有多个扩孔段(3)，注入井包括主井眼，主井眼呈竖直布置且下端均伸入煤层(2)，伸入煤层(2)部分的每个主井眼均自上而下设置有多个朝向排气井(1)伸出的分支井眼，每个分支井眼的末端均与扩孔段的内腔相连通。

2.根据权利要求1所述的由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道，其特征在于，每个主井眼上分支井眼的数量与排气井上扩孔段的相等且自上而下一一对应，构成多层分支井结构。

3.根据权利要求1所述的由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道，其特征在于，所述分支井眼由主井眼侧朝向排气井侧呈向下倾斜设置，倾斜角度为5-35°。

4.根据权利要求1所述的由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道，其特征在于，所述排气井(1)与主井眼的水平间距为500-1000m。

5.根据权利要求1所述的由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道，其特征在于，所述主井眼与分支井眼之间设置有造斜段。

6.根据权利要求1所述的由多层U型对接井组构成的煤炭地下气化通道，其特征在于，所述主井眼与内壁上均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁，所述排气井(1)的扩孔段(3)为裸眼井，其余部分均设置有钢套管和混凝土制成的固井井壁。

7.一种采用权利要求1-6任意一项所述的煤炭地下气化通道的气化方法，其特征在于，自上而下依次顺序将各注入井同层的分支井眼作为气化通道，对分支井眼周围的煤层进行逐步气化，排气井作为出气井，煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网，具体包括以下步骤：

a、将最顶层的分支井眼作为气化通道，对该气化通道的分支井眼进行点火，并且逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网；

b、当煤气有效组分含量之和连续48小时下降10％-20％时，该气化通道结束逆向气化煤层；

c、将自上而下第二层分支井眼作为气化通道，对该气化通道的分支井眼进行点火，并且逆向气化煤层，燃烧产生的煤气通过排气井上口输送至地面煤气管网；当煤气有效组分含量之和连续48小时下降10％-20％时，该气化通道结束逆向气化煤层；

d、以此类推，自上而下每层分支井眼分别依次作为气化通道气化煤层直到最底层分支井眼的煤层气化完毕，燃烧产生的煤气均通过排气井上口输送至地面煤气管网。