DE2934107A1 - Verfahren zum schutz von vergasungsbohrloechern vor gebirgsbewegungen - Google Patents

Description

• "Verfahren und Schutz von Vergasungsbohrlöchern
• vor Gebirgsbewegungen" Die vorliegende Erfindung dient der Beseitigung bzw. der Verhinderung von Schwierigkeiten, die sich bei der Vergasung von unterirdischen Kohlelagerstätten mittels durch Bohrlöcher eingeblasener Vergasungsmedien und durch Bohrlöcher abgeführter Vergasungsprodukte ergeben.
• Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf in der Lagerstätte zu vergasende Kohleflöze, die sich in horizontaler oder verhältnismäßig wenig davon abweichender Lagerung befinden und bei denen normalerweise die Bohrungen in vertikaler Richtung oder wenig davon abweichend von der Oberfläche zur Kohlelagerstätte niedergebracht werden.
• Es ist bekannt, daß nach erfolgter Vergasung der Kohle im Flöz die sich hierbei bildenden Hohlräume infolge des Gebirgsdruckes von dem darüberliegenden Gestein mehr oder minder vollständig wieder geschlossen werden. Hierdurch entstehen Gebirgsbewegungen in dem über dem vergasten bzw. zu vergasenden Flöz liegenden Gestein. Es ist bekannt, daß diese Gebirgsbewegungen nicht nur direkt über den ausgekohlten Räumen erfolgen, sondern noch ein Stück in den Raum oberhalb des noch nicht ausgekohlten Flözes hineingreifen. Abhängig von den besonderen Gegebenheiten der Lagerstätte, insbesondere von den Eigenschaften des Deckgebirges, ergibt sich so ein mehr oder minder ausgeprägter öffnungswinkel nach oben hin der Linie zwischen dem in Bewegung geratenden Gebirgsraum und dem in Ruhe bleibenden Gebirgsraum. Im folgenden wird dieser Winkel, gemessen zwischen der Grenzlinie und der Horizontalen, 'Alfa' genannt.
• Wenn, wie üblich, die Bohrungen für das Einblasen des Vergasungsmediums und die Abführung der Vergasungsprodukte vertikal oder im wesentlichen vertikal angelegt werden, so werden in vielen, wenn nicht in den überwiegenden Fällen, bei fortschreitender Vergasung des Flözes die Bohrungen von der Begrenzungslinie des bewegten Gebirgsraumes zu dem unbewegten Raum geschnitten, wobei diese Wahrscheinlichkeit umso größer ist, je länger die Bohrung ist bzw. je tiefer das zu vergasende Kohleflöz liegt. Gerät aber eine Bohrung in den Raum der Gebirgsbewegungen, so ist die Gefahr groß, daß eine Abknickung der Verrohrung erfolgt, was bis zur praktisch völligen Zerstörung und zur Verhinderung des weiteren Gasflusses durch diese Bohrung führen kann. Es ist deshalb eine grundsätzlich wichtige Frage für die Sicherstellung des Betriebes von unterirdischen Vergasungsanlagen, die Einwirkung der Gebirgsbewegung auf die Bohrungen möglichst weitgehend zu verhindern bzw. zu vermeiden.
• Erfindungsgemäß wird der erforderliche Schutz der Bohrungen dadurch erreicht, daß diese unter einem Winkel von der Oberfläche der Lagerstätte niedergebracht werden, der höchstens gleich, im allgemeinen aber etwas kleiner ist, als der für eine gegebene Lagerstätte sich herausbildende Winkel der Trennlinie zwischen bewegtem und unbewegtem Gebirgsraum ist. Hierbei wird der Bohrungswinkel 'Beta', gemessen zwischen der Mittellinie der Bohrung und der Horizontalen.
• Die verschiedenen bekannten Methoden der Vergasung von Kohleflözen mittels Bohrlöchern können aus der erfinderischen Maßnahme in verschiedener Weise und mit verschiedener Vollständigkeit Nutzen ziehen Dieser Nutzen ist dann am größten, wenn es aufgrund des Schemas der Anlegung von Bohrlöchern gelingt, diese möglichst weitgehend außerhalb der Bruchzone des Deckgebirges zu halten, solange sie für den Vergasungsvorgang oder für Hilfsarbeiten freigehalten werden müssen. Am günstigsten dürfte hierbei sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Maßnahme für das sogenannte 'Blockumströmungsverfahren' gestalten, weil hierbei ein mehr oder minder gradliniger Vergasungskanal in einer einmal vorgegebenen Richtung sich durch das Kohleflöz bewegt und eine analoge Bewegung der Trennlinie zwischen Bruchzone und in Ruhe befindlichem Raum des Deckgebirges vorliegt.
• Für die verschiedenen Vorgänge und Maßnahmen bei der Untertagevergasung führt das Verfahren nach der Erfindung zu folgenden Vorteilen: Das Abknicken von Bohrlöchern und die Behinderung des Gasflusses durch diese infolge der Gebirgsbewegung wird ganz oder teilweise vermieden.
• Die Durchführung von Maßnahmen durch das Bohrloch hindurch,wie das Einbringen und die Verwendung von besonderen Rohrleitungen für Zündvorgänge oder für die Einleitung verschiedener gasförmiger und/ oder flüssiger Medien in die Lagerstätte wird unabhängig von der Gebirgsbewegung sichergestellt. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn nach einem bekannten Vorschlag mehrere untereinander liegende Flöze durch die gleichen Bohrungen hindurch vergast werden sollen, und hierfür nach Abschluß der Vergasung in einem jeweils oberen Flöz das Bohrgestänge erneut in die Bohrung eingefahren wird, um diese bis zum nächsten Flöz aufzubohren.
• Verschiedene Vergasungsverfahren machen es erforderlich, daß durch das Bohrloch hindurch bis zur Mündung besondere Rohrleitungen für das Einblasen verschiedener Vergasungsmedien geführt werden, deren hoher Anlagewert es dringend erforderlich macht, sie nach abgeschlo sener Nutzung für den Vergasungsvorgang aus der Bohrung wieder herauszuziehen, um sie für eine andere Bohrung erneut zu verwerten.
• Die Möglichkeit, solche Vergasungsorgane aus der Bohrung wieder herauszuziehen, hat zur Voraussetzung, daß diese praktisch von den Gebirgsbewegungen unbeeinflußt bleibt. Dasselbe gilt auch für Rohrleitungen und Meßorgane und dergleichen, die in Gasabführungsbohrungen bis zur Mündung derselben in der Lagerstätte eingeführt werden, wobei es sich vor allem um Kühlorgane bzw. um Organe für Kühlungsmaßnahmen der durch die Bohrung strömenden Gase handelt.
• Nach Möglichkeit muß man auch bemüht sein, nach Abschluß der Nutzung einer Bohrung für das Einblasen und für die Gasabführung die Verrohrung ganz oder teilweise aus dem Bohrloch wieder herauszuziehen, da es sich wegen der Temperatur-und Korrosionsbedingungen im allgemeinen um hochwertige Materialien handelt, deren Wiederverwendung aus Wirtschaftlichkeitsgründen dringend geboten ist.
• Die grundlegende Voraussetzung für das Ziehen solcher Verrohrungen ist, daß diese während ihrer Benutzung praktisch vollkommen außerhalb des Bereichs der Gebirgsbewegung geblieben sind.
• In der Figur 1 ist das Verfahren nach der Erfindung an einem Beispiel dargestellt, wobei es sich hier um die unterirdische Vergasung von zwei untereinander angeordneten, im wesentlichen horizontal liegenden, Flözen handelt.
• In der Figur 1 sind (1) und (2) die beiden Kohleflöze; (1) ist das obere Flöz, (2) ist das untere Flöz. (3) ist das über dem oberen Flöz liegende, von Gebirgsbewegungen nicht beeinflußte Deckgebirge; (4) ist das Liegende des oberen Flözes, das gleichzeitig das Hangende des unteren Flözes ist und (5) ist das Liegende des unteren Flözes. Der eigneten Darstellung wegen ist relativ dicht oberhalb des oberen Flözes der obere Teil des Gebirges zur Oberfläche hin weggeschnitten, wobei (6) die Schnittlinie darstellt.
• (7) ist die Stelle des oberen Flözes, an der gegenwärtig die Vergasung stattfindet und (8) ist der ausgekohlte Raum des oberen Flözes dicht vor der zur Vergasung offenliegenden Flanke des Flözes (1 (9) ist das infolge des Gebirgsdruckes in den Hohlraum vor der Vergasungsfront hereingebrochene Hangende, das hier zunächst noch verhältnismäßig locker liegt; (10) ist der Bereich des ausgekohlten Flözes, in dem das hereingebrochene Hangende infolge des hohen Gebirgsdruckes bereits wieder weitgehend verdichtet ist. (11)ist der Bereich des Deckgebirges oberhalb des ausgekohlten Flözes (1), der den Gebirgsbewegungen unterliegt bzw. unterlegen hat, als Folge des Hereinbrechens des Hangenden in das ausgekohlte Flöz.
• Von dem Hohlraum (8) direkt vor der Vergasungsfront (7) aus verläuft eine unter dem Winkel 'Alfa' sich nach oben öffnende Trennlinie (12) zwischen dem durch Gebirgsbewegungen veränderten Deckgebirge (11) und dem in Ruhe verbliebenen Deckgebirge (3) oberhalb des noch nicht vergasten Teiles des Flözes (1). Von der Oberfläche her führt eine Bohrung (13) unter den Winkel 'Beta' bis in das Flöz (1), wobei der Winkel Beta' etwas kleiner gehalten ist als der Winkel Alfa'. Der Vergasungsfortschritt in dem oberen Flöz (1) ist hier in dem Stadium gezeigt, wo die Vergasungsfront (7) gerade die Mündung der Bohrung (13) erreicht. In diesem Stadium wird die Vergasung in dem oberen Flöz (1) abgebrochen, um durch die gleiche Bohrung hindurch die Vergasung in dem unteren Flöz (2) zu betreiben. Nach einem an sich bekannten Vorschlag wird zu diesem Zweck in das Bohrloch (13) von der Oberfläche her das Bohrgerät wieder eingeführt, so daß von der Mündung des Bohrloches (13) in das obere Flöz (1) bis zur Mündung in das untere Flöz (2) eine Bohrlochverlängerung (15) entsteht, die sich von der Mündung des Bohrloches in Flöz (1) (14) bis zur Mündung in Flöz (2) (16) erstreckt.
• Die Vergasung im unteren Flöz (2) erfolgt nach an sich bekannten Methoden auf grundsätzlich gleichartige Weise wie die vorangehende Vergasung in Flöz (1); das heißt, von der Mündung der Bohrung (13) in Flöz (2) (16) aus werden durch Linking-Maßnahmen Kanalverbindungen zu den Nachbarbohrungen hergestellt. Danach erfolgt die Zündung der Kohle und durch Einblasen von Vergasungsmedien die Vergasung in der üblichen Weise.
• Die Vergasung wird in dem in der Figur 1 rechts von der Mündung (16) der Bohrung (13) in Flöz (2) befindlichen Kohle solange fortgeführt, bis die Vergasungsfront von rechts her die Mündung (16) erreicht. Danach wird die Vergasung im unteren Flöz (2) zunächst abgebrochen und im oberen Flöz (1) weitergeführt, bei dem hier gewählten Blockumströmungsverfahren derart, daß die Einblasung in das Flöz (1) durch rechts von der Bohrung (13) angeordnete Bohrungen erfolgt.
• Eine Weiterausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die schrägliegende Bohrung vor Beginn der Vergasung in dem jeweiligen oberen Flöz sofort bis zu dem untersten zur Vergasung in Aussicht genommenen Flöz niedergebracht wird, wobei der Vorteil besteht, daß man in eine bereits zur Vergasung in Benutzung gewesene Bohrung das Bohrgestänge zur Fortführung der Bohrung bis zum untersten Flöz nicht mehr einzuführen braucht. Dieses Nachbohren ist durch mögliche Verformungen des Bohrloches, insbesondere auch durch Ansätze in demselben, verhältnismäßig problematisch.
• Allerdings ist es beim sofortigen Durchbohren bis zum untersten Flöz erforderlich, daß das Bohrloch unterhalb des jeweils zu vergasenden Flözes mit einem Verschluß versehen ist, der nach Abschluß der Vergasung in diesem Flöz von der Oberfläche her durch geeignete Maßnahmen entfernt werden kann. Nach Entfernung dieses Verschlusses ist der Weg für das Vergasungsmedium in das jeweils untere Flöz freigegeben, wobei gegenüber unterhalb des zweiten Flözes gelegene weitere Flöze, die später noch vergast werden sollen ein weiteres Verr-hlußorgan in der Bohrung angebracht ist, was das Abströmen der Vergasungsmedien in die unteren Flöze verhindert bzw. das Aufströmen von Vergasungsprodukten aus diesen Flözen heraus in die Bohrung verhindert. Solche Verschlüsse können die Form eines keramischen Stopfens haben, der, vorwiegend aus weichem Material bestehend, durch mechanische Einwirkungen von oben, wie Bohren oder vornehmlich Stoßen, entfernt werden kann.
• Wenn in einem unteren Flöz die Vergasung fortgesetzt werden soll, ist es erforderlich, daß die Ausströmöffnungen aus der Bohrung in das obere Flöz, in dem die Vergasung abgeschlossen wurde, durch geeignete Maßnahmen verschlossen werden. Solche Maßnahmen können u.a lrin bestehen, daß durch das Bohrloch Verschlußorgane in Form Dn eingepaßten Hülsen niedergebracht werden, die vor die bereffenden Ausströmöffnungen des Bohrloches gelegt werden.
• n die Stelle der Einbringung von keramischen Stopfen in die Bohung als Gasabschluß einer in Betrieb befindlichen Bohrung nach nten ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, daß der noch nicht für ie Vergasungsmaßnahmen in Betrieb zu nehmende untere Teil eines is zum untersten Flöz durchgeführten Bohrloches mit einem fluiierbaren Medium wie Sand ausgefüllt ist, das nach Bedarf durch inblasen eines Fluidierungsmediums wie Luft oder Wasser fluidiert nd entfernt werden kann, entweder durch Abführung an die Oberläche oder durch Einführung in die ausgekohlten Räume eines oberen lözes. Desweiteren ist auch vorgesehen, daß der untere Teil eines och nicht in Betrieb genommenen Bohrloches mit einer Flüssigkeit ie Wasser oder öl ausgefüllt ist, das entweder durch Einblasen ines heißen Gases wie im Falle von Wasser-Luft und - im Falle von l-Rauchgas verdampft und nach oben abgeführt werden kann, oder as durch in den Sumpf von oben niedergeführte Rohrleitungen nach be3hherausgedrückt werden kann.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1,Verfahren und Schutz von Vergasungsbohrlöchern vor Gebirgsbewegungen" 1) Verfahren zum Schutz von Bohrlöchern, die der unterirdischen Vergasung von Kohleflözen dienen, vor Gebirgsbewegungen, die durch die Ausfüllung der bei der Vergasung der Kohleflöze entstehenden Hohlräume durch das Deckgebirge entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlöcher mit einer derartigen Neigung zur horizontalen Richtung und in einer solchen Zuordnung zu dem Bereich der Gebirgsbewegung niedergebracht werden, daß die in Betrieb befindlichen Bohrungen sich ganz oder vorwiegend außerhalb des Abdecksenkkegels bzw. der sich von der Vergasungsfront nach oben erweiternden Bruchzone des Deckgebirges befinden, die sich bei der Absenkung des Deckgebirges in die durch die Vergasung ausgekohlten Räume ergibt.
2. 2) Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1) auf unterirdische Vergasungsverfahren, bei denen, wie beim sogenannten Blockumströmungsverfahren, ein Vergasungskanal als Folge der Vergasungsvorgänge durch ein Kohleflöz wandert, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen so schräg angelegt werden, daß sie während der Betriebszeit - und zwar Einblasebohrungen sowie Ausströmbohrungen - im wesentlichen außerhalb der mit dem Kanal in gleiche Richtung wandernden Bruchzone liegen.
3. I) Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1) und 2) auf die Vergasung übereinanderliegender Flöze, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das jeweilige obere Flöz vergast wird, bis die Bruchzone an die schrägliegenden Bohrungen herangerückt ist und danach das jeweilige untere Flöz, wobei in an sich bekannter Weise die Bohrungen nach Abschluß der Vergasung in dem jeweiligen oberen Flöz durch erneutes Einbringen des Bohrgerätes bis zur jeweiligen nächsten Bohrung niedergebracht wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1) bis 3), dadurch gekennzeichnet, daß die schrägliegende'Bohrung vor Beginn der Vergasung in dem jeweiligen oberen Flöz bis zu den untersten zur Vergasung in Aussicht genommenen Flöz niedergebracht wird, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung unterhalb des jeweils zu vergasenden Flözes mit einem Verschluß versehen ist, der von der Oberfläche her durch geeignete Maßnahmen entfernt werden kann, wenn die Vergasungsfront eines jeweils oberen Flözes an die Bohrung herangerückt ist und der Weg für das Vergasungsmedium in das jeweils untere Flöz freigegeben werden soll bzw. die Produktionsgase aus dem jeweils unteren Flöz abgezogen werden sollen.
5. 5) Verfahren nach den Ansprüchen 1) bis 4), gekennzeichnet durch die Verwendung eines keramischen Stopfens aus vorwiegend weichem keramischen Material, der durch mechanische Einwirkungen von oben her durch Bohren und/oder Stoßen entfernt werden kann.
6. 6) Verfahren nach den Ansprüchen 1) bis 4), gekennzeichnet durch die Einbringung eines fluidierbaren Mediums wie Sand oder die Einbringung einer Flüssigkeit wie Wasser oder Schweröl in das Bohrloch unterhalb des jeweiligen zu vergasenden Flözes, und weiter gekennzeichnet durch die Entfernung dieses fluidierbaren bzw. flüssigen Materials durch Einblasen eines Fluidiergases wie Luft oder eines die Flüssigkeit verdampfenden oder verbrennenden Gases wie heiße Luft oder Rauchgas.
7. 7) Verfahren nach den Ansprüchen 1) und 6), gekennzeichnet durch Maßnahmen zum Verschluß einer Bohrung gegenüber einem jeweils obenliegenden Flöz, bei dem der Vergasungsvorgang beendet werden soll, um die Vergasung in ein jeweils darunterliegendes Flöz zu verlegen, wie durch das Einbringen einer metallischen Hülse in die Bohrung, die vor die Austrittsöffnungen von der Bohrung in das zu verschließende Flöz angebracht wird.
8. 8) Verfahren nach den Ansprüchen 1) bis 6), gekennzeichnet durch das Einbringen eines fluidierbaren Mediums wie Sand, mit Trägergas wie Luft oder einer Trägerflüssigkeit wie Wasser in das abzuschließende Flöz.
9. 9) Vorrichtung zum Schutz von Vergasungsbohrlöchern vor Gebirgsbewegungen nach den Ansprüchen 1) bis 8), gekennzeichnet durch Bohrlöcher, die infolge einer von der vertikalen abweichenden Richtung ganz oder vorwiegend außerhalb der Bruch zone oberhalb derzausgekohlten Flöze liegen.