CN113062720A - 井道结构及应用该井道结构的无井式煤炭地下气化的点火***和方法 - Google Patents
井道结构及应用该井道结构的无井式煤炭地下气化的点火***和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及井道结构及应用该井道结构的无井式煤炭地下气化的点火***和方法，该方法过程分三步。1，在地面上往地下煤层中打两口水平段间距约1.5米的水平井。两口水平井可相向而行或并行。2，用连续油管或油管将射孔装置输送到其中一口水平井(如水平井一)的预定水平段煤层处朝水平井二方向进行定向射孔，形成两个井筒内的连通。3，将引燃装置输送到射过孔的水平井一煤层位置，通电点燃引燃装置，产生长时间的高温火焰，同时从地面供氧站向水平井一内输入大量氧气，将该处煤层引燃形成煤炭地下气化炉，产生的混合煤气从水平井二的井筒内向外输出。与现有其它方式相比，它是一种可在煤层任意位置进行快速、可靠的点火与燃烧，形成更大的地下气化炉，产生更多燃烧气体的点火方式。
Description
技术领域
本发明属于煤炭地下气化领域，特别涉及井道结构及应用该井道结构的无井式煤炭地下气化的点火***和方法。
背景技术
煤炭地下气化(Underground Coal Gasification，UCG)是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。该过程主要是在地下气化炉的气化通道中实现的。
煤炭地下气化的原理及过程与地面煤气厂生产煤气的原理及过程完全相同，产品也相同，只是前者属于化学采煤方法,是将埋在深处的煤在地下点燃,燃烧转变为可燃气体CO、CH4和H2后，将气体直接输送到地面。
煤炭地下气化技术不仅可以回收矿井遗弃煤炭资源,而且还可以用于开采井工难以开采或开采经济性、安全性较差的薄煤层、深部煤层、高硫、高灰、高瓦斯煤层；地下气化燃烧后的灰渣留在地下，减少了地表下沉，无固体物质排放，煤气可以集中净化，大大减少了煤炭开采和使用过程中对环境的破坏。地下气化煤气不仅可作为燃气直接民用和发电，而且还可用于提取纯氢或作为合成油、二甲醚、氨、甲醇的原料气。因此,煤炭地下气化技术具有较好的经济效益和环境效益,可大大提高煤炭资源的利用率和利用水平,是各国洁净煤技术的重要研究和发展方向。
煤炭地下气化技术中的关键技术之一，是煤炭地下气化炉的点火问题。地下气化炉按施工方法分,可分为有井式和无井式。无井式是在地面打定向水平井和垂直井，形成地下气化炉，之后点火燃烧进行煤炭气化。
目前国内外进行无井式煤炭地下气化炉的点火方式，主要有以下5种：热空气点火、电点火、化学点火、焦炭点火、气体点火。然而，现有点火方式都存在着各种各样的问题。现有技术方法中存在开有U型井进行煤炭地下气化，但存在点火时间长、危险性大、点火不可靠、煤炭无法充分燃烧、不能在特定位置点火、燃烧空间有限等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了解决现有技术上存在的各种问题与不足，本发明设计井道结构及应用该井道结构的无井式煤炭地下气化的点火***和方法，先打两口水平井，从其中一口水平井的水平段向另外一口水平井的水平段定方向射孔，实现两口水平井的有效连通，再用火药燃烧点燃煤层的点火，不仅能够实现可靠点火，同时实现煤炭的大面积充分燃烧，并且达到了充分回收利用资源，从一口井内输入氧气，从另一口井获得煤层合成气的效果。
本发明的技术方案是：一种井道结构，其特征在于，包括两个水平井，所述两个水平井均包括水平段和竖直段，且两个水平井的水平段均位于煤层中，且两个水平段之间通过射孔与点火引燃装置进行打通连接；
所述其中一个水平井水平段内用于放置射孔与点火引燃装置，该水平段对应的竖直段出口连接供氧***；
所述另一个水平井水平段内用于产生气体，该水平段对应的竖直段出口连接集气***。
本发明进一步的技术方案是：所述两个水平井的水平段相互平行。
本发明进一步的技术方案是：所述两个水平井水平段的最大距离为射孔与点火引燃装置中射孔弹的穿孔深度。
本发明进一步的技术方案是：所述其中一个水平井中放置射孔与点火引燃装置，且该射孔与点火引燃装置的位置应位于另一水平井水平段的下方。
本发明进一步的技术方案是：所述两个水平井为相向而行的水平井或并行的水平井。
本发明进一步的技术方案是：所述相向而行的水平井即两个水平井的竖直段出口位于地层同一侧。
本发明进一步的技术方案是：所述并行的水平井即两个平井的竖直段出口位于地层相对侧。
本发明进一步的技术方案是：井道结构的无井式煤炭地下气化的点火***，其特征在于，包括射孔与点火引燃装置、供氧站、井架、油管或连续油管、测井车和集气站；
所述射孔与点火引燃装置用于将第一水平井水平段和第二水平井水平段进行射孔起爆连通；
所述供氧站用于在煤炭燃烧时提供氧气，集气站用于在煤炭气化后收集气体；
所述油管或连续油管位于测井车上，向射孔装置进行加压。
本发明进一步的技术方案是：所述射孔与点火引燃置包括定向射孔装置、压力***和引燃装置。射孔装置先完成从第一水平井向第二水平井的定向射孔，引燃装置再引燃煤层。
本发明进一步的技术方案是：无井式煤炭地下气化的点火***的点火方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将定向射孔装置放置在第一水平井的水平段的射孔位置，将射孔方向调向第二水平井水平段的射孔位置；
步骤2：通过油管或连续油管向定向射孔装置上的压力***加压，压力***起爆后，引爆定向射孔装置，定向射孔装置向第二水平井射孔，使得第一水平井和第二水平井之间形成贯通的通道，并与煤层连通；
步骤3：取出定向射孔装置，同时下放抽水设备，将第一水平井和第二水平井中底部水平段的积水抽干；
步骤4：通过油管或连续油管将引燃装置输送至第一水平井中水平段，调整位至射孔的位置处；
步骤5：通过电缆使用磁电***起爆仪给引燃装置通电点火，引燃装置内的磁电点火器发火，输出火焰将引燃装置内的点火弹引燃，点火弹燃烧后，产生高温气体与火焰，此时供氧站通过第一水平井的井口向井下大量鼓风供氧，保证煤炭的可靠燃烧；
步骤6：在第二水平井的地面出口端收集燃烧后产生的合成气到集气站中。
发明效果
本发明的技术效果在于：与现有技术相比，本发明是在煤层中，先打两口并行的水平井，采用定方向、定方位射孔的射孔装置，定向射孔后将两口水平井连通起来，形成一个有效的连通通道，该连通空间可以根据需要增大，即燃烧空间(及即地下气化炉)可以根据需要增大。之后，再在这个连通通道内，采用无氧环境下可靠燃烧的固体火药进行长时间的燃烧，实现了在煤层内可靠点火燃烧、煤层混合气被可靠采集的效果。
与现有的其它地下点火方式相比，本发明具有点火方式安全、准确可控、快捷、可靠的特点，采用本方法可在煤层地下任意位置进行快速、可靠的点火与燃烧，形成煤炭地下气化炉。当两个水平井之间形成更多连通时，其形成的地下气化炉能够满足更大燃烧空间、产生更多燃烧气体的要求。
经实践证明，采用本发明后，和现有技术的装备和方法相比，在进行无井式煤炭地下气化过程中，点火成功率可提高百分之百，产气量可提高至百分之五十。
附图说明
图1为相向而行水平井示意图
图2为并行水平井示意图
图3为定向射孔装置作业示意图
图4为引燃装置作业示意图
附图标记说明：1-第一水平井；2-第二水平井；3-地层；4-定向射孔装置；5-压力***；6-引燃装置；7-供氧站；8-井架；9-油管或连续油管；10-测井车；11-集气站12-深部煤层；13-射孔孔道；14-火焰。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1-图4，一种无井式煤炭地下气化的可靠点火技术与方法，主要内容为在第一水平井中的点火弹将煤层引燃时，从第一水平井1的地面向井内施加的压力使气体通过第一水平井1与第二水平井2之间的射孔联通通道进入第二水平井2内，并从第二水平井2的进口出来，被地面集气站收集。
本方法包含以下步骤：
步骤1、在确定的煤层区域，从地面上往地下煤层中打两口水平井，为第一水平井1和第二水平井2。该两口水平井可以是相向而行的，也可以是并行的，水平段的深度可以相同，也可以不同。当深度不同时，其中一个水平井水平段在另一水平井水平段所在平面的投影重叠。该两口水平井水平段，垂直距离相距1.5米～3米。本实施例中，两口水平井的水平段平行距离在1.5米左右。其放置定向射孔装置4和引燃装置6的第一水平井1，其位置最好在第二水平井2的正下方或者是平行位置。同时需要说明的是，两个水平段之间的最大距离，为射孔弹的最大射孔深度。
步骤2、从地面上，通过连续油管(或油管)将定向射孔装置4(见专利“一种无井式煤炭地下气化点火用射孔装置”ZL201922069534.0)输送至水平井一1的射孔段，调整好射孔方向朝向水平井二2的射孔位置；本实施例中，主要是Ф102mm直径的射孔枪，也可以根据地下气化炉内井下套管直径选择Ф114～Ф178mm不等直径的射孔枪；推荐采用16孔每米的方式装射孔弹。单支长度为4米，其总长度可以根据需要连通的长度确定。
步骤3、通过连续油管(或油管)给第一水平井1定向射孔装置4上的压力***5加压，压力***5起爆后，引爆定向射孔装置4，形成第二水平井2与第一水平井1水平段通道与煤层的连通；
步骤4、取出定向射孔装置4，同时下入抽水设备，将第一水平井1和水平井二2中底部水平段的积水抽干净；所述定向射孔装置4，其射孔枪内装配的是一种大破片射孔弹，***后产生的绝大部分碎片留在射孔枪管内。该射孔弹在煤层中的穿孔深度应在1.5米以上。，其射孔枪具备朝向指定方向射孔的功能，如在本施工过程中，射孔装置可在地面上调整好后，确保其在第一水平井1中准确朝向第二水平井2方向射孔，可有效形成第一水平井1至水平井二2之间的联通。
步骤5、通过连续油管(或油管)3将引燃装置6(见专利“一种煤炭地下气化用点火装置”，ZL201922074547.7)输送至水平井一1中水平段射过孔的位置处，调整好位置；所述引燃装置6使用了特制的、具有安全功能的磁电点火器(也可以是其他点火器)，需要特制的磁电***起爆仪才能点火；装置尺寸：长1.5～2.5米。直径大于90mm。其特征在于其点火弹内装有特制的火药，是一种专门配方的烟火剂，主要构成为可燃物、氧化剂、粘合剂等，该火药燃烧时，可以产生2500度以上的高温和1米以上的火焰长度；引燃装置6其点火弹具备长时间燃烧的能力，常压下，燃烧时间在10～20分钟，还可以组合使其成为燃烧时间更长。
步骤6、通过电缆，用磁电***起爆仪给引燃装置6通电点火，引燃装置6内的磁电点火器(也可以是其他类型的电点火器)发火，输出火焰将引燃装置6内的点火弹引燃，点火弹燃烧后，产生大量高温气体与火焰。该点火弹燃烧时间达数分钟至十多分钟，可靠地将煤炭点燃与燃烧。
步骤7、在引燃装置6燃烧输出火焰的时候，从地面的供氧站(鼓风设备房)通过水平井一1的井口向井下大量鼓风供氧，保证煤炭的可靠燃烧。
步骤8、在水平井的地面出口端收集燃烧后产生的合成气到集气站中。
Claims (10)
1.一种井道结构，其特征在于，包括两个水平井，所述两个水平井均包括水平段和竖直段，且两个水平井的水平段均位于煤层中，且两个水平段之间通过射孔与点火引燃装置进行打通连接；
所述其中一个水平井水平段内用于放置射孔与点火引燃装置，该水平段对应的竖直段出口连接供氧***；
所述另一个水平井水平段内用于产生气体，该水平段对应的竖直段出口连接集气***。
2.如权利要求1所述的一种井道结构，其特征在于，所述两个水平井的水平段相互平行。
3.如权利要求1所述的一种井道结构，其特征在于，所述两个水平井水平段的最大距离为射孔与点火引燃装置中射孔弹的穿孔深度。
4.如权利要求1所述的一种井道结构，其特征在于，所述其中一个水平井中放置射孔与点火引燃装置，且该射孔与点火引燃装置的位置应位于另一水平井水平段的下方。
5.如权利要求1所述的一种井道结构，其特征在于，所述两个水平井为相向而行的水平井或并行的水平井。
6.如权利要求5所述的一种井道结构，其特征在于，所述相向而行的水平井即两个水平井的竖直段出口位于地层同一侧。
7.如权利要求5所述的一种井道结构，其特征在于，所述并行的水平井即两个平井的竖直段出口位于地层相对侧。
8.应用权利要求1所述井道结构的无井式煤炭地下气化的点火***，其特征在于，包括射孔与点火引燃装置、供氧站(7)、井架(8)、油管或连续油管、测井车(10)和集气站(11)；
所述射孔与点火引燃装置用于将第一水平井(1)水平段和第二水平井(2)水平段进行射孔起爆连通；
所述供氧站(7)用于在煤炭燃烧时提供氧气，集气站(11)用于在煤炭气化后收集气体；
所述油管或连续油管位于测井车(10)上，向射孔装置进行加压。
9.如权利要求6所述的无井式煤炭地下气化的点火***，其特征在于，所述射孔与点火引燃置包括定向射孔装置(4)、压力***(5)和引燃装置(6)。射孔装置先完成从第一水平井(1)向第二水平井(2)的定向射孔，引燃装置再引燃煤层。
10.基于6所述无井式煤炭地下气化的点火***的点火方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将定向射孔装置放置在第一水平井(1)的水平段的射孔位置，将射孔方向调向第二水平井(2)水平段的射孔位置；
步骤2：通过油管或连续油管向定向射孔装置上的压力***加压，压力***(5)起爆后，引爆定向射孔装置(4)，定向射孔装置向第二水平井(2)射孔，使得第一水平井(1)和第二水平井(2)之间形成贯通的通道，并与煤层连通；
步骤3：取出定向射孔装置(4)，同时下放抽水设备，将第一水平井(1)和第二水平井(2)中底部水平段的积水抽干；
步骤4：通过油管或连续油管将引燃装置(6)输送至第一水平井(1)中水平段，调整位至射孔的位置处；
步骤5：通过电缆使用磁电***起爆仪给引燃装置(6)通电点火，引燃装置(6)内的磁电点火器发火，输出火焰将引燃装置(6)内的点火弹引燃，点火弹燃烧后，产生高温气体与火焰，此时供氧站通过第一水平井(1)的井口向井下大量鼓风供氧，保证煤炭的可靠燃烧；
步骤6：在第二水平井(2)的地面出口端收集燃烧后产生的合成气到集气站(11)中。
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