BE829804A - METHOD AND APPARATUS FOR COOLING GAS FOR UNDERGROUND CARBONIFICATION OF SOLID FUEL DEPOSITS - Google Patents

METHOD AND APPARATUS FOR COOLING GAS FOR UNDERGROUND CARBONIFICATION OF SOLID FUEL DEPOSITS

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BE829804A
BE829804A BE6045032A BE6045032A BE829804A BE 829804 A BE829804 A BE 829804A BE 6045032 A BE6045032 A BE 6045032A BE 6045032 A BE6045032 A BE 6045032A BE 829804 A BE829804 A BE 829804A
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    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/003Insulating arrangements

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)

Description

       

  "Procédé et appareillage pour le refroidissement des

  
gaz de gazéification souterraine des gisements de

  
combustibles solides". 

  
 <EMI ID=1.1> 

  
bustibles solides qui répond à trois objectifs : 
- assurer la résistance mécanique des tubages en dépit de la haute température des gaz qui y circulent; <EMI ID=2.1>  roches encaissantes en évitant la désagrégation du cimentage par des effets thermiques;
- récupérer la chaleur sensible des gaz de gazéification sous une forme utilisable pour la production d'énergie.

  
Le dispositif proposé a la forme d'un tubage à double paroi, dans lequel on réalise une circulation d'eau.

  
L'adoption de ce dispositif présente cependant trois inconvénients : 
- Le tubage à double paroi est plus rigide qu'un tubage normal, ce qui exclut son utilisation dans des sondages présentant des courbures importantes.
- Le tubage à double paroi entraîne une forte réduction de la surface offerte au passage des gaz; cette réduction doit être compensée par une augmentation du diamètre des sondages, ce qui entraîne une augmentation de leur coQt.
- Le tubage à double paroi est un dispositif de <EMI ID=3.1> 

  
susceptible d'être récupéré après utilisation.

  
La présente invention a pour objet de remédier à

  
ces inconvénients et de résoudre le problème du refroidissement des gaz et de la protection du tubage grâce à un procédé consistant à introduire dans le tubage un dispositif tubulaire dans lequel on réalise une circulation d'eau en vue

  
de refroidir le gaz, de récupérer sa chaleur sensible et de maintenir la paroi du tubage à une température suffisamment faible et suffisamment constante pour que l'étanchéité du joint  <EMI ID=4.1> 

  
mise par des effets thermiques.

  
Dans le procédé conforme à l'invention, le sondage est revêtu d'un tubage simple dont la majeure partie est constituée d'éléments standardisés en acier ordinaire, l'étanchéité entre la roche et le tubage étant réalisée par oimentage suivant la technique courante. Les tubes destinés au revêtement de la partie la plus profonde du sondage sont constitués d'éléments en acier spécial au chrome-nickel capables de résister

  
à des températures élevées; ils ne sont pas cimentés contre la paroi de la roche, afin de rester librement dilatables.

  
L'invention concerne également m appareillage destiné à réaliser le procédé, appareillage qui est plus simple, moins encombrant , moins coûteux et susceptible d'être récupéré après utilisation. Cet appareillage comporte un dispositif tubulaire à circulation d'eau constitué d'un tube fermé à sa partie inférieure et dont le diamètre est compris entre 40 et

  
 <EMI ID=5.1> 

  
rieur de plus petit diamètre utilisé pour l'adduction d'eau.

  
Un dispositif de refroidissement suivant l'invention est schématisé au dessin annexé. Il est réalisé sous la forme

  
 <EMI ID=6.1> 

  
du diamètre utile du tubage 2 et qui pend librement à l'intérieur de celui-ci. Ce tube 1 est fermé à sa partie inférieure par un fond de forme hémisphérique 3 et il renferme un tube intérieur 4 de plus petit diamètre.

  
Le gaz à haute température et à haute pression en provenance de la zone de gazéification circule de bas en haut dans l'espace annulaire compris entre le tubage 2 et le tube de refroidissement 1 et en sort par la tubulure latérale 5.

  
L'eau destinée au refrddissement du gaz et à la production de vapeur est alimentée par la pompe (6) et intro-duite au fond du tube de refroidissement par le tube intérieur

  
(4).

  
Un échange de chaleur très actif se produit entre l'eau et les gaz chauds, à travers la paroi du tube (1).

  
L'eau surchauffée remonte dans l'espace annulaire compris entre les tubes (1) et (4) et y subit une vaporisation

  
 <EMI ID=7.1> 

  
diminution de pression. La vapeur produite est évacuée par

  
la tubulure latérale (7) et par l'intermédiaire de conduites calorifugées, elle est dirigée vers la centrale de production d'énergie.

  
Au contact de la paroi refroidie par l'eau de cir-  culation, le gaz qui remonte dans l'espace annulaire entourant  le tube (1) se refroidit rapidement et il parvient dans la partie cimentée du tubage à une température suffisamment faible et suffissamment constante, pour que l'étanchéité du joint de ciment qui relie le tubage à la roche ne soit pas compromise par des effets thermiques.

  
A titre d'exemple, si le tube (1) a un périmètre

  
 <EMI ID=8.1> 

  
du fait de la circulation d'eau, l'échange de chaleur qui se produit à travers 1 mètre de longueur de tube peut se calculer  par la relation : 

  
Q = k (TG - 250). 0,5 (kcal/h)

  
 <EMI ID=9.1> 

  
Compte tenu de la pression et de la vitesse de circulation du gaz qui remonte dans l'espace annulaire compris entre les parois(1) et (2), le coefficient de trans-

  
 <EMI ID=10.1>   <EMI ID=11.1> 

  
 <EMI ID=12.1> 

  

 <EMI ID=13.1> 


  
En intégrant de l'entrée du sondage jusqu'à une

  
 <EMI ID=14.1> 

  

 <EMI ID=15.1> 


  
Si la température du gaz à l'entrée du sondage est

  
 <EMI ID=16.1> 

  
se déduire de la relation : 

  

 <EMI ID=17.1> 


  
Ce calcul montre l'efficacité du dispositif de refroidissement du gaz et oonfirme la possibilité de maintenir la zone cimentée des tubages à une température suffisamment faible et suffisamment constante pour que l'étanchéité du joint de ciment qui relie le tubage à la roche ne soit pas compromise par des effets thermiques.

  
Pour éviter que la circulation de l'eau à l'inté-

  
 <EMI ID=18.1> 

  
de bulles de vapeur, il importe que la pression d'eau qui

  
règne à l'intérieur de ce tube soit toujours supérieure à la pression qui règne au même niveau dans l'espace annulais 

  
 <EMI ID=19.1> 

  
i



  "Process and apparatus for cooling

  
underground gasification gas from deposits of

  
solid fuels ".

  
 <EMI ID = 1.1>

  
solid bustibles that meets three objectives:
- ensure the mechanical resistance of the casings despite the high temperature of the gases circulating therein; <EMI ID = 2.1> host rocks avoiding the disintegration of the cementing by thermal effects;
- recover the sensible heat of the gasification gases in a form usable for the production of energy.

  
The proposed device has the form of a double-walled casing, in which water is circulated.

  
However, the adoption of this device has three drawbacks:
- Double-walled casing is more rigid than normal casing, which excludes its use in boreholes with significant curvatures.
- Double-walled casing results in a significant reduction in the surface area offered to the passage of gases; this reduction must be compensated for by an increase in the diameter of the boreholes, which leads to an increase in their cost.
- Double wall casing is a device of <EMI ID = 3.1>

  
likely to be recovered after use.

  
The object of the present invention is to remedy

  
these drawbacks and to solve the problem of cooling the gases and protecting the casing by means of a method consisting in introducing into the casing a tubular device in which water is circulated in order to

  
to cool the gas, to recover its sensible heat and to maintain the wall of the casing at a sufficiently low and sufficiently constant temperature so that the tightness of the joint <EMI ID = 4.1>

  
setting by thermal effects.

  
In the method according to the invention, the borehole is coated with a simple casing, the major part of which consists of standardized elements made of ordinary steel, the sealing between the rock and the casing being produced by cementing according to the current technique. The tubes intended for the coating of the deepest part of the sounding are made of special chromium-nickel steel elements capable of withstanding

  
at high temperatures; they are not cemented against the wall of the rock, in order to remain freely expandable.

  
The invention also relates to m equipment for carrying out the method, which equipment is simpler, less bulky, less expensive and capable of being recovered after use. This apparatus comprises a tubular water circulation device consisting of a tube closed at its lower part and the diameter of which is between 40 and

  
 <EMI ID = 5.1>

  
smaller diameter ring used for water supply.

  
A cooling device according to the invention is shown schematically in the accompanying drawing. It is produced in the form

  
 <EMI ID = 6.1>

  
of the useful diameter of the casing 2 and which hangs freely inside the latter. This tube 1 is closed at its lower part by a hemispherical bottom 3 and it contains an inner tube 4 of smaller diameter.

  
The high temperature and high pressure gas coming from the gasification zone circulates from bottom to top in the annular space between the casing 2 and the cooling tube 1 and leaves it through the side tube 5.

  
The water intended for the cooling of the gas and for the production of steam is supplied by the pump (6) and introduced to the bottom of the cooling tube through the inner tube

  
(4).

  
A very active heat exchange takes place between the water and the hot gases, through the wall of the tube (1).

  
The superheated water rises in the annular space between the tubes (1) and (4) and is vaporized there

  
 <EMI ID = 7.1>

  
decrease in pressure. The steam produced is evacuated by

  
the lateral tubing (7) and by means of heat-insulated pipes, it is directed towards the power plant.

  
In contact with the wall cooled by the circulating water, the gas which rises in the annular space surrounding the tube (1) cools rapidly and it reaches the cemented part of the casing at a sufficiently low and sufficiently constant temperature. , so that the waterproofing of the cement joint that connects the casing to the rock is not compromised by thermal effects.

  
For example, if the tube (1) has a perimeter

  
 <EMI ID = 8.1>

  
due to the circulation of water, the heat exchange which occurs through 1 meter of tube length can be calculated by the relation:

  
Q = k (TG - 250). 0.5 (kcal / h)

  
 <EMI ID = 9.1>

  
Taking into account the pressure and the speed of circulation of the gas which rises in the annular space between the walls (1) and (2), the coefficient of trans-

  
 <EMI ID = 10.1> <EMI ID = 11.1>

  
 <EMI ID = 12.1>

  

 <EMI ID = 13.1>


  
By integrating the survey entry up to a

  
 <EMI ID = 14.1>

  

 <EMI ID = 15.1>


  
If the gas temperature at the borehole inlet is

  
 <EMI ID = 16.1>

  
deduce from the relation:

  

 <EMI ID = 17.1>


  
This calculation shows the efficiency of the gas cooling device and confirms the possibility of maintaining the cemented zone of the casings at a temperature sufficiently low and sufficiently constant so that the tightness of the cement joint which connects the casing to the rock is not compromised by thermal effects.

  
To prevent the circulation of water inside

  
 <EMI ID = 18.1>

  
bubbles of vapor, it is important that the water pressure

  
reign inside this tube is always greater than the pressure which reigns at the same level in the Annulais space

  
 <EMI ID = 19.1>

  
i


    

Claims (1)

Pour satisfaire à cette condition,l'orifice inférieur du tube d'adduction est pourvu d'une soupape d'échappement semblable à celle qui est décrite dans le brevet belge <EMI ID=20.1> To satisfy this condition, the lower orifice of the intake tube is provided with an exhaust valve similar to that described in the Belgian patent <EMI ID = 20.1> d'un écart suffisamment grand entre la pression qui règne dans a sufficiently large difference between the pressure prevailing in le tube d'adduction et la pression qui règne dans l'espace annulaire compris entre les tubes (1) et (4). the adduction tube and the pressure which prevails in the annular space between the tubes (1) and (4). S'il est prévu de faire circuler l'eau de refroidissement sans arrêt et à débit constant, le même résultat If it is intended to circulate the cooling water continuously and at a constant rate, the same result peut être obtenu en terminant le tuyau d'adduotion (4) par un can be obtained by terminating the adductor pipe (4) with a fond percé d'un orifice calibré (8) dont le diamètre est bottom pierced with a calibrated orifice (8) whose diameter is choisi pour créer une perte de charge qui maintienne la différence de pression au niveau voulu. chosen to create a pressure drop that maintains the pressure difference at the desired level. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le refroidissement des gaz de gazéification souterraine des gisements de combustibles solides, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire dans le tubage un dispositif tubulaire dans lequel on réalise une circulation 1. Method for cooling underground gasification gases from solid fuel deposits, characterized in that it consists in introducing into the casing a tubular device in which a circulation is carried out. <EMI ID=21.1> <EMI ID = 21.1> suffisamment faible et suffisamment constante pour que l'étanchéité du joint de ciment qui relie le tubage à la rocht ne sufficiently weak and sufficiently constant so that the tightness of the cement joint which connects the casing to the rock soit pas compromise par des effets thermiques. 2. Appareillage pour la réalisation du procédé suivant is not compromised by thermal effects. 2. Apparatus for carrying out the following process <EMI ID=22.1> <EMI ID = 22.1> à circulation d'eau est constitué d'un tube fermé à sa partie inférieure, dont le diamètre est compris entre 40 et 60 % du diamètre utile du tubage du sondage, et d'un tube intérieur de plus petit diamètre utilisé pour l'adduction d'eau. with water circulation consists of a tube closed at its lower part, the diameter of which is between 40 and 60% of the useful diameter of the borehole casing, and of an inner tube of smaller diameter used for the supply of water. 3. Appareillage suivant revendications 1 et 2&#65533;caractérisé en ce que le tube de petit diamètre utilisé pour l'ad- duction d'eau est terminé à sa partie inférieure par un orifice calibré, dont le diamètre est choisi pour créer une perte de , charge qui maintienne une différence de pression appropriée entre l'intérieur et l'extérieur du tube d'adduction, afin d'éviter que la descente de l'eau dans le tube d'adduction soit entravée par la production de bulles de vapeur. 3. Apparatus according to claims 1 and 2 &#65533; characterized in that the small diameter tube used for the water supply is terminated at its lower part with a calibrated orifice, the diameter of which is chosen to create a loss charge which maintains an appropriate pressure difference between the inside and the outside of the supply tube, in order to prevent the descent of water into the supply tube from being hampered by the production of steam bubbles . 4. Appareillage pour le refroidissement des gaz de gazéification souterraine des gisements de combustibles solides, tel que décrit ci-dessus et représenté au dessin annexé. 4. Apparatus for cooling the underground gasification gases of solid fuel deposits, as described above and shown in the accompanying drawing. j j
BE6045032A 1975-06-02 1975-06-02 METHOD AND APPARATUS FOR COOLING GAS FOR UNDERGROUND CARBONIFICATION OF SOLID FUEL DEPOSITS BE829804A (en)

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DE19762623318 DE2623318A1 (en) 1975-06-02 1976-05-25 METHOD AND DEVICE FOR SMELTERING SOLID FUELS UNDERGROUND
ZA763120A ZA763120B (en) 1975-06-02 1976-05-25 Method and apparatus for cooling gas
NL7605825A NL7605825A (en) 1975-06-02 1976-05-31 METHOD AND DEVICE FOR THE COOLING OF GAS FOR THE UNDERGROUND GASIFICATION OF LAYERS OF SOLID FUELS.
FR7616341A FR2313439A1 (en) 1975-06-02 1976-05-31 Gas cooling system - for gases produced in underground gasification of solid fuel deposits
AU14528/76A AU1452876A (en) 1975-06-02 1976-06-02 Cooling gas

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2491945A1 (en) * 1980-10-13 1982-04-16 Ledent Pierre PROCESS FOR PRODUCING HIGH HYDROGEN GAS BY COAL UNDERGROUND GASIFICATION

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2491945A1 (en) * 1980-10-13 1982-04-16 Ledent Pierre PROCESS FOR PRODUCING HIGH HYDROGEN GAS BY COAL UNDERGROUND GASIFICATION

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