CN112112601A - 一种煤炭地下原位热解的封闭***及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种煤炭地下原位热解的封闭***及其构建方法,包括:若干封闭单元;每个封闭单元包括底板封闭帷幕、顶板封闭帷幕和竖直封闭帷幕;底板封闭帷幕、顶板封闭帷幕和竖直封闭帷幕围绕形成一个封闭空间,将待开采煤炭包围于其中;封闭空间中设置有用于煤炭地下原位热解的布井模块;每个布井模块包括一个生产井和至少两个注入井;注入井为L型,由注入井竖直段和两个或两个以上注入井水平段构成;注入井通过注入井水平段连通生产井。本发明一方面,有利于控制煤炭热解开采的范围,防止煤炭热解产生的油气泄露以及各种污染物对地下水以及岩层产生影响,另一方面,也能隔绝地下水对热解的影响。减少了地下水对热解温度以及热解产物采出的影响。
Description
技术领域
本发明属于煤化工领域,具体涉及一种煤炭地下原位热解的封闭***及其构建方法。
背景技术
煤炭地下原位热解技术是指煤炭不经开采,直接在地层压力下通过热载体进行热解反应,所得油气产物通过采集井导出地面进行后续分离及深加工的技术。虽然目前地下原位热解技术还没有广泛应用在煤炭开采上的案例。但是煤炭地下原位热解作为一种新型的煤炭开采利用技术,不仅安全环保、经济效益好,还有助于煤炭开采和煤炭深加工一体化发展。在未来的煤炭开采领域,煤炭地下原位热解必然拥有广阔的应用前景。
煤炭地下原位热解时如果不构建封闭***,一方面,可能导致煤炭热解产生的油气泄露以及各种污染物对地下水以及岩层产生影响,另一方面,由于水的比热较大,可能煤炭热解的热量被水吸收,导致温度无法维持在热解温度范围内,影响热解产物的采出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤炭地下原位热解的封闭***及其构建方法,以解决煤炭地下原位热解时可能发生的污染物影响环境问题以及地下水吸热问题。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种煤炭地下原位热解的封闭***,包括:若干封闭单元;
每个封闭单元包括底板封闭帷幕、顶板封闭帷幕和竖直封闭帷幕;
底板封闭帷幕、顶板封闭帷幕和竖直封闭帷幕围绕形成一个封闭空间,将待开采煤炭包围于其中;封闭空间中设置有用于煤炭地下原位热解的布井模块;每个布井模块包括一个生产井和至少两个注入井;注入井为L型,由注入井竖直段和两个或两个以上注入井水平段构成;注入井通过注入井水平段连通生产井。
本发明进一步的改进在于:煤炭待开采层包括多层时,上层封闭单元的底板封闭帷幕作为下层封闭单元的顶板封闭帷幕;相邻封闭单元的竖直封闭帷幕相连。
本发明进一步的改进在于:竖直封闭帷幕由若干第一注浆孔注浆凝固后构成;相邻第一注浆孔的间距为1m~1.5m;第一注浆孔与注入井竖直段的间距为1~5m;第一注浆孔与最下层的煤炭待开采层间距在1~2m之间;第一注浆孔的孔径为30~80mm。
本发明进一步的改进在于:底板封闭帷幕、顶板封闭帷幕通过若干第二注浆孔向煤炭待开采层的下方和上方注浆凝固后构成。
本发明进一步的改进在于:底板封闭帷幕在煤炭待开采层下方1~2m处;顶板封闭帷幕在煤层顶板处且与最上方的煤炭待开采层1~2m处。
本发明进一步的改进在于:一个布井模块由两个注入井和一个生产井呈双U型布署;或者以生产井为中心,两个及两个以上注入井竖直段围绕在生产井周围,且通过注入井水平段与生产井相连。
本发明进一步的改进在于:煤炭储层包括多个煤炭待开采层,每个煤炭待开采层的布井模块的型式布置为三角形、四边形或六边形。
一种煤炭地下原位热解的封闭***的构建方法,包括以下步骤:
1)、将煤炭地下储层划分为在不同深度的多个煤炭待开采层,每个煤炭待开采层的厚度为0.5~5m;
(2)、根据煤炭储层的位置,在地面呈圆形钻若干第一注浆孔,相邻第一注浆孔的间距在1m~1.5m之间,孔深达到煤层底板;第一注浆孔与注入井竖直段的间距在1~5m之间,与最下层的煤炭待开采层间距在1~2m之间;第一注浆孔的孔径在30~80mm之间;
(3)、采用高压喷射注浆技术通过一系列第一注浆孔进行注浆;选用单管法通过高压泥浆泵在20Mpa的压力下,使浆液从喷嘴中以旋转喷射的方式喷射出去,喷嘴喷射的同时一边旋转一边提升,从下至上进行浆液喷射,逐步从煤层底板到煤层顶板处形成圆柱体形状的固结体;在煤炭储层的***形成一系列的呈圆形或呈方形布置的有圆柱状固结体构成的竖直封闭帷幕;
(4)、在煤炭待开采层中呈圆环形布署两圈第二注浆孔;两圈第二注浆孔的间距在1~2m之间;
(5)、采用高压喷射注浆技术通过一系列第二注浆孔进行注浆;选用二管法通过高压泥浆泵和空气压缩机分别产生压力在20MPa的浆液和0.7MPa的压缩空气在双重喷嘴的作用下喷射到岩层中,且采用旋转喷射的施工方式先在最下方距煤炭待开采层1~2m的区域内形成底板封闭帷幕,然后停止浆液喷射,当喷嘴提升到煤层顶板处且与最上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成顶板封闭帷幕。
本发明进一步的改进在于:步骤(5)先在最下方的煤炭待开采层中距煤层1~2m的下方区域内形成底板封闭帷幕;然后停止浆液喷射,当喷嘴提升到相邻煤炭待开采层至今的砂岩层处且与上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成上方煤炭待开采层的底板封闭帷幕,再停止浆液喷射,当喷嘴提升到煤层顶板处且与上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成上方煤炭待开采层的顶板封闭帷幕。
本发明进一步的改进在于:注浆的浆液为硅酸盐水泥或水泥与高分子聚合物构成的聚合物水泥。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明通过构建煤炭地下原位热解的封闭***,能控制煤炭热解开采的范围,防止煤炭热解产生的油气泄露以及各种污染物对地下水以及岩层产生影响。其次,构成封闭体系能有效隔绝地下水对热解的影响,减少热量消耗,有利于温度维持在煤炭热解温度范围内。
附图说明
图1是本发明所涉及的煤炭地下原位热解的封闭***的结构示意图。
图2是本发明所涉及的注浆孔布置示意图;
图3是本发明所涉及的煤炭地下原位热解的封闭***构建的示意图。
附图标记说明:
1、第一注浆孔;2、煤层顶板;3、注入井竖直段;4、煤层;5、注入井水平段;6、煤层底板;7、底板封闭帷幕;8、竖直封闭帷幕;9、顶板封闭帷幕;10、第二注浆孔;11、生产井;12、砂岩层。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明,旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明,本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
请参阅图1所示,本发明一种煤炭地下原位热解的封闭***,包括若干封闭单元;每个封闭单元包括底板封闭帷幕7、顶板封闭帷幕9和竖直封闭帷幕8;底板封闭帷幕7、顶板封闭帷幕9和竖直封闭帷幕8围绕形成一个封闭空间,将待开采煤炭包围于其中;封闭空间中设置有用于煤炭地下原位热解的布井模块;每个布井模块包括一个生产井11和至少两个注入井;注入井为L型,由注入井竖直段3和两个或两个以上注入井水平段5构成。注入井通过注入井水平段5连通生产井11。
一个布井模块一般由两个注入井和一个生产井11呈双U型布署,也可以按照以下方式进行布置:以生产井11为中心,两个及两个以上注入井竖直段围绕在生产井周围,且通过注入井水平段与生产井相连;如果煤炭储层可划分为多个煤炭待开采层,则可根据每个煤炭待开采层的型式布置如三角形、四边形、六边形等不同型式的布井模块。
煤炭待开采层包括多层时,上层封闭单元的底板封闭帷幕作为下层封闭单元的顶板封闭帷幕;相邻封闭单元的竖直封闭帷幕相连。
实施例1:
参考图1,在单个煤炭待开采层中,本发明所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***的构建方法如下:
(1)、将煤炭地下储层划分为在不同深度的多个煤炭待开采层,每个煤炭待开采层的厚度为0.5~5m。在最上方的煤炭待开采层构建的封闭体系包括:顶板封闭帷幕9、底板封闭帷幕7、竖直封闭帷幕8。在其余的每个煤炭待开采层构建的封闭体系包括:底板封闭帷幕7和竖直封闭帷幕8。
(2)、根据煤炭储层的位置,在地面呈圆形钻一系列第一注浆孔1,注浆孔的间距在1m~1.5m之间,孔深达到煤层底板6。第一注浆孔1与注入井竖直段3的间距在1~5m之间,与最下层的煤炭待开采层间距在1~2m之间。注浆孔的孔径在30~80mm之间。
(3)、采用高压喷射注浆技术通过一系列第一注浆孔1进行注浆,浆液为硅酸盐水泥或水泥与高分子聚合物构成的聚合物水泥。选用单管法通过高压泥浆泵在20Mpa左右的压力下,使浆液从喷嘴中以旋转喷射的方式喷射出去,喷嘴喷射的同时一边旋转一边提升,从下至上进行浆液喷射,逐步从煤层底板到煤层顶板处形成圆柱体形状的固结体。在煤炭储层的***形成一系列的呈圆形或呈方形布置的有圆柱状固结体构成的竖直封闭帷幕8。
(4)、在煤炭待开采层中呈圆环形布署两圈第二注浆孔10;两圈第二注浆孔10的间距在1~2m之间。
(5)、采用高压喷射注浆技术通过一系列第二注浆孔10进行注浆,浆液为硅酸盐水泥或水泥与高分子聚合物构成的聚合物水泥。选用二管法通过高压泥浆泵和空气压缩机分别产生压力在20MPa左右的浆液和0.7MPa左右的压缩空气在双重喷嘴的作用下喷射到岩层中,且采用旋转喷射的施工方式先在最下方距煤炭待开采层1~2m的区域内形成底板封闭帷幕7,然后停止浆液喷射,当喷嘴提升到煤层顶板处且与最上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成顶板封闭帷幕9。
实施例2:
参考图3,在多个煤炭待开采层中,本发明所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***的构建方法如下:
步骤(1)~(4)与实施例1相同。
(5)、采用高压喷射注浆技术通过一系列第二注浆孔10进行注浆,浆液为硅酸盐水泥或水泥与高分子聚合物构成的聚合物水泥。选用二管法通过高压泥浆泵和空气压缩机分别产生压力在20MPa左右的浆液和0.7MPa左右的压缩空气在双重喷嘴的作用下喷射到岩层中,且采用旋转喷射的施工方式先在最下方的煤炭待开采层中距煤层1~2m的下方区域内形成底板封闭帷幕7,然后停止浆液喷射,当喷嘴提升到砂岩层12处且与上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成上方煤炭待开采层的底板封闭帷幕7,再停止浆液喷射,当喷嘴提升到煤层顶板2处且与上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成上方煤炭待开采层的顶板封闭帷幕9。
从下至上进行封闭体系构建,在下方的每个煤炭待开采层构建底板封闭帷幕7和竖直封闭帷幕8,在最上方的煤炭待开采层构建顶板封闭帷幕9、底板封闭帷幕7以及竖直封闭帷幕8,从而每一个煤炭待开采层都能构成一个完整的封闭体系。
由技术常识可知,本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此,上述公开的实施方案,就各方面而言,都只是举例说明,并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种煤炭地下原位热解的封闭***,其特征在于,包括:若干封闭单元;
每个封闭单元包括底板封闭帷幕(7)、顶板封闭帷幕(9)和竖直封闭帷幕(8);
底板封闭帷幕(7)、顶板封闭帷幕(9)和竖直封闭帷幕(8)围绕形成一个封闭空间,将待开采煤炭包围于其中;封闭空间中设置有用于煤炭地下原位热解的布井模块;每个布井模块包括一个生产井和至少两个注入井;注入井为L型,由注入井竖直段和两个或两个以上注入井水平段构成;注入井通过注入井水平段连通生产井。
2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***,其特征在于,煤炭待开采层包括多层时,上层封闭单元的底板封闭帷幕作为下层封闭单元的顶板封闭帷幕;相邻封闭单元的竖直封闭帷幕相连。
3.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***,其特征在于,竖直封闭帷幕(8)由若干第一注浆孔(1)注浆凝固后构成;相邻第一注浆孔(1)的间距为1m~1.5m;第一注浆孔(1)与注入井竖直段的间距为1~5m;第一注浆孔(1)与最下层的煤炭待开采层间距在1~2m之间;第一注浆孔(1)的孔径为30~80mm。
4.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***,其特征在于,底板封闭帷幕(7)、顶板封闭帷幕(9)通过若干第二注浆孔(10)向煤炭待开采层的下方和上方注浆凝固后构成。
5.根据权利要求4所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***,其特征在于,底板封闭帷幕在煤炭待开采层下方1~2m处;顶板封闭帷幕在煤层顶板处且与最上方的煤炭待开采层1~2m处。
6.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***,其特征在于,一个布井模块由两个注入井和一个生产井呈双U型布署;或者以生产井为中心,两个及两个以上注入井竖直段围绕在生产井周围,且通过注入井水平段与生产井相连。
7.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***,其特征在于,煤炭储层包括多个煤炭待开采层,每个煤炭待开采层的布井模块的型式布置为三角形、四边形或六边形。
8.一种煤炭地下原位热解的封闭***的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)、将煤炭地下储层划分为在不同深度的多个煤炭待开采层,每个煤炭待开采层的厚度为0.5~5m;
(2)、根据煤炭储层的位置,在地面呈圆形钻若干第一注浆孔,相邻第一注浆孔的间距在1m~1.5m之间,孔深达到煤层底板;第一注浆孔与注入井竖直段的间距在1~5m之间,与最下层的煤炭待开采层间距在1~2m之间;第一注浆孔的孔径在30~80mm之间;
(3)、采用高压喷射注浆技术通过一系列第一注浆孔进行注浆;选用单管法通过高压泥浆泵在20Mpa的压力下,使浆液从喷嘴中以旋转喷射的方式喷射出去,喷嘴喷射的同时一边旋转一边提升,从下至上进行浆液喷射,逐步从煤层底板到煤层顶板处形成圆柱体形状的固结体;在煤炭储层的***形成一系列的呈圆形或呈方形布置的有圆柱状固结体构成的竖直封闭帷幕;
(4)、在煤炭待开采层中呈圆环形布署两圈第二注浆孔;两圈第二注浆孔的间距在1~2m之间;
(5)、采用高压喷射注浆技术通过一系列第二注浆孔进行注浆;选用二管法通过高压泥浆泵和空气压缩机分别产生压力在20MPa的浆液和0.7MPa的压缩空气在双重喷嘴的作用下喷射到岩层中,且采用旋转喷射的施工方式先在最下方距煤炭待开采层1~2m的区域内形成底板封闭帷幕,然后停止浆液喷射,当喷嘴提升到煤层顶板处且与最上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成顶板封闭帷幕。
9.根据权利要求8所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***的构建方法,其特征在于,步骤(5)先在最下方的煤炭待开采层中距煤层1~2m的下方区域内形成底板封闭帷幕;然后停止浆液喷射,当喷嘴提升到相邻煤炭待开采层至今的砂岩层处且与上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成上方煤炭待开采层的底板封闭帷幕,再停止浆液喷射,当喷嘴提升到煤层顶板处且与上方的煤炭待开采层间距在1~2m之间时,继续进行浆液喷射,构成上方煤炭待开采层的顶板封闭帷幕。
10.根据权利要求8所述的一种煤炭地下原位热解的封闭***的构建方法,其特征在于,注浆的浆液为硅酸盐水泥或水泥与高分子聚合物构成的聚合物水泥。
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