地下含碳有機礦物儲層的裂隙溝通、通道加工及地下氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于地下含碳有機礦物儲層的裂隙溝通、通道加工及地下氣化方法，其中使用CO2和O2的混合物作為所述地下氣化過程的裂隙溝通步驟、通道加工步驟和/或氣化步驟的介質(zhì)。本發(fā)明方法通過CO2和O2的混合物開發(fā)和利用地下含碳有機礦物儲層中的能量，和傳統(tǒng)的利用方式(井工開采等)相比能量利用效率大大提高，和傳統(tǒng)的地下氣化技術(shù)相比，提高可燃氣體的熱值、提升和調(diào)節(jié)有效氣體組成、抑制CO2生成、降低原料氣生產(chǎn)成本，同時實現(xiàn)CO2捕集和資源化利用。
【專利說明】地下含碳有機礦物儲層的裂隙溝通、通道加工及地下氣化方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型地下氣化工藝。更具體地，本發(fā)明涉及含碳有機礦物儲層尤其是煤層及油頁巖等的裂隙溝通、通道加工及地下氣化工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭地下氣化技術(shù)是將地下煤層直接轉(zhuǎn)化為煤氣的一種原位煤氣化技術(shù)，在地下氣化過程中氣化劑(如空氣、氧氣、水蒸汽等)通過地面鉆孔注入到地下煤層中，使煤層與氣化劑直接進行氣化反應(主要反應C+C02 — 2C0、C+H20 — C0+H2等)生成煤氣(主要成分C0、H2、CH4、C02等)，而反應生成的煤氣經(jīng)鉆孔收集至地面，作為工業(yè)燃料直接燃燒發(fā)電、供暖等，也可以作為化工原料用于合成甲醇、甲烷、化肥等。與地面煤氣化技術(shù)，需要進行建井、采煤、洗選、備煤、氣化、除渣等前置和后續(xù)工藝過程相比，地下氣化技術(shù)將建井、采煤、氣化三大工藝集成為一體，省去了龐雜的地面、地下設備，繁瑣的中間過程，可減少資金投入20~40% ;同時能夠降低過程污染物和廢棄物的排放，減少了對水資源的過度依賴等，因而與傳統(tǒng)煤炭開采和利用方式相比，地下氣化技術(shù)是一項集煤炭綠色開采與清潔轉(zhuǎn)化為一體的高效潔凈能源技術(shù)。 [0003]利用地下氣化技術(shù)生產(chǎn)空氣煤氣，基本實現(xiàn)了煤氣熱值和產(chǎn)量的穩(wěn)定，并實現(xiàn)了商業(yè)化應用，如前蘇聯(lián)高峰時期曾經(jīng)有5座地下氣化站投入運營，產(chǎn)氣規(guī)模達到25億Nm3/yr，所產(chǎn)煤氣主要供給熱電廠發(fā)電，煤氣熱值850~950kcal/Nm3。生產(chǎn)空氣煤氣控制工藝相對簡單，但是該地下氣化工藝的煤氣熱值較低(600~1100kcal/Nm3)，有效組分(H2+CH4+C0)含量只有18~32%左右，而且大部分為H2 (14~24% )，如用作化工合成的原料氣則CO含量偏低。為了提高空氣煤氣熱值、調(diào)控有效組分的含量，改善煤氣使用品質(zhì)，通常做法是采用連續(xù)供給固定組份的氣化劑(如富氧氣化)或分階段供給不同組份的氣化劑(如兩階段工藝)來進行煤炭地下氣化技術(shù)的研究和開發(fā)利用，但是這些氣化劑大部分是空氣或富氧空氣及添加水蒸汽，存在的主要問題包括:
[0004](I)煤氣中仍含有較高組分的N2 (40~60% )，增加了后續(xù)工段壓縮輸送的功耗，而對于N2含量要求較高的合成工段，則必須設置脫氮工段，但是煤氣中N2的脫除較難，從設備投資、操作、維護和運行成本等角度考慮，從煤氣中脫N2也不夠經(jīng)濟。
[0005](2)為了控制煤氣中N2含量，也有工藝采用的氣化劑為純氧添加水蒸汽，但是水蒸汽在輸送過程中，由于與鉆孔井壁換熱會導致部分水蒸汽凝結(jié)成水，減弱了水蒸汽的調(diào)溫作用，導致氣化爐局部溫度過高，灰分熔融阻礙氣化反應進行，并且水蒸汽產(chǎn)生過程中需要消耗大量的熱量，能量的利用率會降低。
[0006](3)地下煤層一般含水，使得出口煤氣含有一定的蒸汽，而添加水蒸汽作為氣化劑會造成有效出氣負荷增加，地面污水處理量增大，并且由于煤氣在地下氣化爐內(nèi)停留時間較長，會導致水煤氣變換反應(CCHH2O — C02+H2)加劇，使得出口煤氣中CO含量降低。
[0007](4)作為氣化過程的中間體及產(chǎn)物，CO2參與了一系列的氧化還原反應，是出口煤氣中的重要組分，含量約占15?60%，是提升煤氣熱值和有效組分的重要因素，但是現(xiàn)有工藝通常沒有考慮CO2的回收與利用。
[0008]近年來，非常規(guī)油氣資源(如油頁巖、稠油資源等)的開發(fā)被提上日程，國際上一些大的石油公司一直致力于地下原位轉(zhuǎn)化技術(shù)的研發(fā)，并取得了一定的技術(shù)成果；國內(nèi)一些科研院所和企業(yè)結(jié)合資源現(xiàn)狀，積極探索和創(chuàng)新原位轉(zhuǎn)化技術(shù)，其中采用地下氣化技術(shù)來開采油頁巖、稠油資源已有試驗驗證，但要具備商業(yè)利用價值還需深入的探索和研究。煤炭、油頁巖、稠油等均為含碳有機礦物儲層，煤炭地下氣化過程中存在的上述問題和解決的技術(shù)路徑，對于其他含碳有機礦物儲層的氣化，具有同樣實踐參考價值和意義。從資源開發(fā)和利用的角度考慮，如果能利用地下氣化技術(shù)原位轉(zhuǎn)化為可燃氣體或制取天然氣，對于非常規(guī)油氣資源的開發(fā)和利用，對于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進節(jié)能減排無疑具有同樣重要的經(jīng)濟和環(huán)境效益。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]鑒于已有技術(shù)存在的問題和CO2在地下氣化過程中的特殊作用，本發(fā)明的目的是提供一種新型的用于地下含碳有機礦物儲層的裂隙溝通、通道加工及地下氣化方法，其中以CO2和O2的混合物(本文中有時也表示為“co2/o2或CO2富氧介質(zhì)”)作為地下含碳有機礦物儲層的地下氣化過程的介質(zhì)。
[0010]為此，在一方面，本發(fā)明提供了 CO2和O2的混合物作為介質(zhì)應用在地下含碳有機礦物儲層的裂隙溝通或通道加工中。
[0011]在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于地下含碳有機礦物儲層的裂隙溝通的方法，其中所述含碳有機礦物儲層設置有分別使所述含碳有機礦物儲層與地面連通的至少一個進氣鉆孔和至少一個出氣鉆孔，其特征在于，所述方法包括:通過從所述進氣鉆孔注入作為壓裂介質(zhì)的CO2和O2的混合物，以在所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔之間的所述含碳有機礦物儲層中形成連通裂隙。
[0012]在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于地下含碳有機礦物儲層的氣化通道加工的方法，其中所述含碳有機礦物儲層設置有分別使所述含碳有機礦物儲層與地面連通的至少一個進氣鉆孔和至少一個出氣鉆孔，并且在所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔之間的所述含碳有機礦物儲層中已經(jīng)形成連通裂隙，其特征在于，所述方法包括:采用CO2和O2的混合物作為通道加工介質(zhì)對所述連通裂隙進行加工，通過增壓和/或燃燒來使所述連通裂隙擴大成氣化通道。
[0013]在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于地下含碳有機礦物儲層的地下氣化的方法，其中所述含碳有機礦物儲層設置有分別使所述含碳有機礦物儲層與地面連通的至少一個進氣鉆孔和至少一個出氣鉆孔，其特征在于，所述地下氣化方法包括:對所述含碳有機礦物儲層進行裂隙溝通以形成連通裂隙的裂隙溝通步驟；對所述連通裂隙進行通道加工以形成氣化通道的通道加工步驟；和使所述地下含碳有機礦物儲層發(fā)生氣化以生成粗煤氣的氣化步驟，其中在所述裂隙溝通步驟、通道加工步驟和氣化步驟中的至少一個中使用0)2和02的混合物作為介質(zhì)，即分別作為壓裂介質(zhì)(裂隙溝通介質(zhì))、通道加工介質(zhì)和氣化介質(zhì)。
[0014]在一個優(yōu)選實施方式中，所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔是定向鉆孔或垂直鉆孔。
[0015]在一個優(yōu)選實施方式中，在所述裂隙溝通步驟之后，在所述含碳有機礦物儲層中點火以建立火區(qū)，然后再進行所述通道加工步驟和氣化步驟。
[0016]在一個優(yōu)選實施方式中，在所述裂隙溝通步驟之前，在所述含碳有機礦物儲層中已建立火區(qū)，其中利用所述含碳有機礦物儲層的原有火區(qū)進行裂隙溝通步驟、通道加工步驟和氣化步驟。
[0017]在一個優(yōu)選實施方式中，在所述裂隙溝通步驟中，通過從所述進氣鉆孔注入CO2和O2的混合物作為壓裂介質(zhì)，在所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔之間的所述含碳有機礦物儲層中形成所述連通裂隙。
[0018]在一個優(yōu)選實施方式中，在所述通道加工步驟中，采用CO2和O2的混合物作為通道加工介質(zhì)，通過增壓和/或燃燒來擴大所述連通裂隙以形成所述氣化通道。
[0019]在一個優(yōu)選實施方式中，在所述氣化步驟中，通過在所述氣化通道中增加作為氣化介質(zhì)的CO2和O2的混合物的進氣量同時進行燃燒反應，以使所述含碳有機礦物儲層發(fā)生氣化而生成粗煤氣。
[0020]在一個優(yōu)選實施方式中，其特征在于，所述含碳有機礦物儲層是煤層或油頁巖層。
[0021]在一個優(yōu)選實施方式中，在所述裂隙溝通步驟中，首先通過機械鉆進在所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔之間的所述含碳有機礦物儲層中進行造隙，然后再注入所述介質(zhì)而形成所述連通裂隙。
[0022]在一個優(yōu)選實施方式中，所述機械鉆進是定向水平鉆進、超短半徑水平鉆進或羽狀水平鉆進技術(shù)中的至少一種。
[0023]在一個優(yōu)選實施方式中，在所述裂隙溝通中，監(jiān)測所述進氣鉆孔和所示出氣鉆孔中的壓力變化情況，并且當所述進氣鉆孔中的壓力急劇下降并且所述出氣鉆孔的出氣流量為IOONm3A以上時，表明已形成所述連通裂隙。
[0024]在一個優(yōu)選實施方式中，用于所述裂隙溝通和/或通道加工的所述介質(zhì)中的氧氣體積濃度為20?50%。
[0025]在一個優(yōu)選實施方式中，用于所述裂隙溝通和/或通道加工的所述介質(zhì)中的氧氣體積濃度為20?35%。
[0026]在一個優(yōu)選實施方式中，用于所述氣化步驟的所述介質(zhì)中的氧氣體積濃度為50 ?70%。
[0027]在一個優(yōu)選實施方式中，用于所述氣化步驟的所述介質(zhì)中的氧氣體積濃度為50 ?65%。
[0028]在一個優(yōu)選實施方式中，還包括:C02回收步驟:從所述氣化步驟產(chǎn)生的粗煤氣中分離出CO2進行回收，其中，至少一部分所回收的CO2加壓后，注入到所述含碳有機礦物儲層用于所述裂隙溝通、通道加工和/或氣化。
[0029]在一個優(yōu)選實施方式中，還包括:0)2封存步驟:將所回收的CO2注入在所述含碳有機礦物儲層氣化后產(chǎn)生的燃空區(qū)內(nèi)進行封存。
[0030]在一個優(yōu)選實施方式中，所述介質(zhì)中的CO2為氣態(tài)、液態(tài)或超臨界態(tài)的C02。
[0031]在一個優(yōu)選實施方式中，所述介質(zhì)中的CO2為由液態(tài)CO2、原膠液和化學添加劑組成的混合液。
[0032]在一個優(yōu)選實施方式中，所述介質(zhì)中添加有固相顆粒以支撐形成的所述連通裂隙。[0033]在一個優(yōu)選實施方式中，所述CO2和O2的混合物是通過在地面上或在進氣鉆孔中混配CO2和純氧得到的。
[0034]在一個優(yōu)選實施方式中，在所述進氣鉆孔或所述出氣鉆孔底部建立火區(qū)，并且所述CO2和O2的混合物通過環(huán)空型輸送管道或者所述進氣鉆孔由地面輸送至所述火區(qū)。
[0035]在一個優(yōu)選實施方式中，所述進氣鉆孔的入口處安裝有用于輸送所述CO2和O2的混合物或用于在氣化完成后進行二氧化碳封存步驟時輸入高壓CO2的高壓管線，以及用于輸送低壓CO2和O2的混合物的低壓管線，并且所述出氣鉆孔的出口處安裝有用于輸送所述裂隙溝通過程中產(chǎn)生的混合氣體的高壓煤氣管線和用于輸送所述氣化生成的低壓粗煤氣的低壓煤氣管線。
[0036]在一個優(yōu)選實施方式中，對所產(chǎn)生的粗煤氣中的二氧化碳進行分離和捕集，并將所捕集的二氧化碳用于所述裂隙溝通、通道加工或地下氣化。
[0037]在一個優(yōu)選實施方式中，所述介質(zhì)還包括水蒸氣。
[0038]本發(fā)明通過采用以CO2和O2的混合物作為含碳有機礦物儲層的裂隙溝通、通道加工和/或地下氣化過程的介質(zhì)，分別將CO2和O2的混合物用作壓裂介質(zhì)、氣化通道加工介質(zhì)、氣化介質(zhì)，另外，CO2可以作為含碳有機礦物儲層氣化后形成的燃空區(qū)后續(xù)處置時的重要冷卻介質(zhì)。本發(fā)明方法為一體化技術(shù)，通過上述技術(shù)的集成，可提高可燃氣體的熱值、調(diào)節(jié)粗煤氣中co、h2比例、抑制CO2生成、降低粗煤氣生產(chǎn)成本，同時實現(xiàn)CO2捕集和資源化利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的地下氣化方法的過程示意圖，其中(a)為裂隙溝通過程；(b)通道加工過程；(c)為氣化過程；(d)C02封存；
[0040]圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的地下氣化方法的裂隙溝通過程的示意圖，其中采用超短半徑水平鉆進技術(shù)進行造隙以形成連通裂隙；
[0041]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的地下氣化方法的裂隙溝通過程的示意圖，其中采用定向水平鉆進技術(shù)直接與火區(qū)對接；和
[0042]圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的地下氣化方法的裂隙溝通過程的示意圖，其中采用羽狀水平鉆井技術(shù)開采油頁巖。
[0043]附圖標記說明
[0044]1-含碳有機礦物儲層
[0045]2-地面
[0046]3-上覆巖層
[0047]4-直接裂隙溝通產(chǎn)生的連通裂隙
[0048]5-進氣鉆孔
[0049]6-出氣鉆孔
[0050]7-C02和O2的高壓管線
[0051]8-高壓煤氣管線
[0052]9-點火區(qū)
[0053]10-氣化通道[0054]I1-CO2和O2的低壓管線
[0055]12-低壓煤氣管線
[0056]13-燃空區(qū)
[0057]14-水平鉆進的連通裂隙
[0058]15-超短半徑水平鉆進設備
[0059]16-火區(qū)
[0060]17-定向鉆進的連通裂隙
[0061]18-羽狀分支井
【具體實施方式】
[0062]鑒于已有技術(shù)存在的問題和CO2在地下氣化過程中的特殊作用，本發(fā)明提供一種含碳有機礦物儲層的地下氣化新工藝，該工藝以CO2和O2的混合物作為地下氣化過程的介質(zhì)，分別將CO2和O2的混合物用作壓裂介質(zhì)、氣化通道加工的加工介質(zhì)、生產(chǎn)粗煤氣的氣化介質(zhì)，以及CO2作為燃空區(qū)后續(xù)處置時的冷卻介質(zhì)。本發(fā)明方法通過CO2和O2的混合物開發(fā)和利用地下含碳有機礦物儲層中的能量，和傳統(tǒng)的利用方式(井工開采等)相比能量利用效率大大提高，和傳統(tǒng)的地下氣化技術(shù)相比，提高可燃氣體的熱值、提升和調(diào)節(jié)有效氣體組成、抑制CO2生成、降低原料氣生產(chǎn)成本，同時實現(xiàn)CO2捕集和資源化利用。
[0063]為此，本發(fā)明的具體方法至少包括如下步驟之一或它們的組合:
[0064](I)在有鉆孔與地面連通的擬氣化含碳有機礦物儲層例如煤層或油頁巖中，選擇兩個鄰近的鉆孔分別作為進氣鉆孔和出氣鉆孔，該進出氣孔可以是垂直鉆孔和/或者定向鉆孔，對兩鉆孔間的含碳有機礦物儲層進行裂隙溝通、增隙改造。從進氣鉆孔注入二氧化碳和純氧的高壓混合物(氧氣體積濃度20% -35% )對含碳有機礦物儲層進行裂隙溝通，其中的“高壓”是指作為壓裂介質(zhì)的混合物的壓力不低于含碳有機礦物儲層的破裂壓力。CO2和O2的混合物沿著含碳有機礦物儲層中的孔隙和裂隙移動并從出氣鉆孔排出，從而在進氣鉆孔和出氣鉆孔之間的含碳有機礦物儲層中建立連通裂隙；
[0065]如果實施本技術(shù)發(fā)明時，含碳有機礦物儲層例如煤層沒有建立火區(qū)，則需要進行點火步驟。具體是在進氣鉆孔或者出氣鉆孔處理完淤泥后，下入電加熱裝置，控制進出氣孔壓力均大于煤層靜水壓頭，然后打開電加熱器對煤層進行加熱，待溫度超過煤層著火點后，保持該溫度一段時間(一天左右)然后在點火孔通入氧氣和二氧化碳混合物(氧氣體積濃度20% -50%之間)，在保證進出口壓力大于靜水壓頭的條件下，緩慢打開另外一個鉆孔，觀察出口氣的組分，當出口氣中煤氣熱值大于700大卡/Nm3左右時，煤層被點燃，完成點火步驟，然后進行通道加工步驟；
[0066]另外一種點火方法是在進出氣孔處理完淤泥后，控制進出氣孔壓力均大于煤層靜水壓頭，然后快速下入被點燃的焦炭，然后在點火孔通入氧氣和二氧化碳的混合氣體(氧氣體積濃度20% -50%左右)，在保證進出口壓力大于靜水壓頭的條件下，緩慢打開另外一個鉆孔，觀察出口氣的組分，當出口氣中煤氣熱值大于700大卡/Nm3左右時，煤層被點燃，然后開始氣化通道加工步驟；
[0067]如果含碳有機礦物儲層例如煤層在實施本技術(shù)發(fā)明前已經(jīng)存在火區(qū)，則不需要進行點火步驟。如果實施本技術(shù)發(fā)明時在地下含碳有機礦物儲層(例如煤層)已有火區(qū)，則可利用含碳有機礦物儲層原有火區(qū)進行裂隙溝通步驟、通道加工步驟和氣化步驟。
[0068](2)對兩鉆孔間的含碳有機礦物儲層中形成的裂隙進行熱加工，擴大成氣化通道。將CO2和純氧混配成氧氣體積濃度為20-50%的富氧氣體(有時稱為CO2富氧介質(zhì))從進氣鉆孔注入，沿著所述鉆孔間的含碳有機礦物儲層形成的連通裂隙輸送至點火區(qū)(該點火區(qū)在例如出氣鉆孔的底部建立)，控制CO2富氧介質(zhì)的流量(500Nm3/h至5000Nm3/h)和濃度(氧氣體積濃度20% -50% )，使火源迎著CO2富氧介質(zhì)氣流方向向進氣鉆孔方向移動，對所述鉆孔間的含碳有機礦物儲層中形成的裂隙進行熱加工作業(yè)，以將所述裂隙擴大成氣化通道；
[0069](3)增加氣化通道進氣量，進行氣化。當所述CO2富氧介質(zhì)進氣鉆孔壓力出現(xiàn)明顯降低(通常是指壓力降幅達到初始壓力的5%/天左右或更大)后，增大CO2富氧介質(zhì)的流量(增加至6000Nm3/h到IOOOONm3A)或增加CO2富氧介質(zhì)的氧濃度(氧氣體積濃度增加在50% -70% )，以提高反應區(qū)溫度，并使火源逆著CO2富氧介質(zhì)的氣流方向向另一鉆孔(這里一般是指出氣鉆孔)方向移動，以保證CO2富氧介質(zhì)與含碳有機礦物儲層接觸反應，同時完成鉆孔間的含碳有機礦物儲層的氣化以生成粗煤氣(其是氫氣、甲燒、一氧化碳、二氧化碳等混合物)；
[0070]上述方法中，還可以包括:步驟(4)將CO2加壓后注入到兩鉆孔間的含碳有機礦物儲層燃燒、氣化后形成的燃空區(qū)內(nèi)進行封存。將所述步驟(3)中產(chǎn)生的粗煤氣中的CO2進行分離、回收，加壓后由其中一個鉆孔注入到燃空區(qū)內(nèi)，由于燃空區(qū)一部分空間被灰渣、焦渣、夾矸、頂板巖石、未氣化的含碳有機礦物儲層所充填，注入的CO2競爭吸附(即，二氧化碳吸附能力強于甲烷)可以置換出燃空區(qū)灰渣、焦渣、夾矸、頂板巖石、未氣化的含碳有機礦物儲層吸附的可燃氣體，并將CO2吸附到這些物質(zhì)內(nèi)，從而實現(xiàn)CO2封存。
[0071 ] 上述方法中，使用的CO2可以通過多種途徑獲取，主要取決于含碳有機礦物儲層在地下氣化中生成的粗煤氣的用途和品質(zhì)等，如果粗煤氣用于發(fā)電，可以回收發(fā)電中產(chǎn)生的煙氣中的CO2，如果粗煤氣用于化工產(chǎn)品合成，可以回收作為化工產(chǎn)品合作的原料氣即粗煤氣中的co2。
[0072]進一步，步驟(I)所述增隙改造的方法，可以聯(lián)合其他鉆進技術(shù)，例如首先采用機械鉆進方式(如定向水平鉆進技術(shù)、超短半徑水平鉆進技術(shù))進行造隙(形成連通裂隙)，再用CO2和O2混合物對裂隙進行處理。
[0073]進一步，所述裂隙溝通使用的CO2，可以為氣態(tài)、液態(tài)、超臨界態(tài)CO2，也可以由液態(tài)CO2、原膠液例如胍膠和各種化學添加劑例如氯化鉀組成的混合液。替代地，在介質(zhì)里添加固相顆粒例如石英砂對裂隙溝通形成的裂縫進行支撐。
[0074]進一步，在所述裂隙溝通作業(yè)中，監(jiān)測CO2和O2混合物注入鉆孔壓力變化情況，當鉆孔壓力出現(xiàn)急劇下降，即壓力降幅一般為初始壓力的5% /天左右或更大，且所述出氣鉆孔的出氣流量為IOONm3A以上時，表明在兩鉆孔間的含碳有機礦物儲層中已經(jīng)形成連通裂縫。
[0075]進一步，所使用的二氧化碳可來自于地面煤氣凈化工段的脫碳單元分離出的C02。
[0076]進一步，所述步驟(2)中氧氣體積濃度要求為20?50%，優(yōu)選20?35%，可以根據(jù)進氣鉆孔壓力進行調(diào)節(jié)，以保證灰分不發(fā)生熔融，通道不堵塞；
[0077]進一步，所述步驟(3)中氧氣體積濃度要求為50?70%，優(yōu)選50?65%，可以根據(jù)出氣鉆孔粗煤氣中可燃氣體組分進行調(diào)節(jié)，以保證適宜的氣化通道溫度，組分滿足后續(xù)化工合成工藝要求；
[0078]進一步，CO2和純氧的混配方式，可以是先在地面對兩種氣體混合，也可以是先不在地面混合，分別從雙層套套(環(huán)空型套管)注入，兩種氣體在鉆孔底部或之中混合的方式。
[0079]進一步，所述CO2富氧的輸送，可以通過環(huán)空型輸送管道由地面輸送至地下含碳有機礦物儲層，也可以直接通過鉆孔套管由地面輸送至地下含碳有機礦物儲層。
[0080]在一個優(yōu)選實施方式中，所述進氣鉆孔的入口處安裝有用于輸送CO2和O2的混合物或在氣化完成后進行二氧化碳封存步驟時需要輸入高壓二氧化碳的高壓管線(高壓是指高于煤層破裂壓力，該破裂壓力由煤巖的力學強度決定)，以及用于輸送CO2和O2的混合物的低壓管線(低壓是指小于煤層的靜水壓頭)，并且所述出氣鉆孔的出口處安裝有用于輸送裂隙溝通過程中產(chǎn)生的混合氣體的高壓煤氣管線(高壓是指略高于煤層靜水壓頭，并小于進氣鉆孔壓力)和用于輸送氣化生成的低壓粗煤氣的低壓煤氣管線(這里的低壓一般是指低于進氣孔壓力3?5kg左右)。
[0081]在一個優(yōu)選實施方式中，對所產(chǎn)生的煤氣中的二氧化碳進行分離和捕集，并將所收集的二氧化碳作為裂隙溝通、通道加工或地下氣化的介質(zhì)。
[0082]在一個優(yōu)選實施方式中，所述介質(zhì)用于通道加工和/或氣化步驟時還包括水蒸氣。對于含水量少的煤層，也可以采用二氧化碳、氧氣和水蒸氣作為氣化通道加工和氣化的介質(zhì)，加入的水量應根據(jù)煤層的含水量和氣化所需的水量的差再除以水蒸氣的分解率來決定。
[0083]本發(fā)明以CO2和O2混合物作為地下氣化過程(裂隙溝通、通道加工、氣化)的處理介質(zhì)，全過程中沒有N2的輸入，因而反應后出口可燃氣體中基本沒有N2組分，有利于甲烷等后續(xù)化工產(chǎn)品合成利用；由于CO2與含碳有機礦物儲層中碳的反應為吸熱反應，避免了氧濃度高，灰分在氧化層過熱而熔融，起到了與水蒸汽在氧化層調(diào)節(jié)溫度相似的作用，克服了水蒸汽在地下氣化過程中不易輸送，水蒸汽發(fā)生過程能耗大等缺點；試驗證明CO2能夠加快CO的生成速率，抑制水煤氣變換反應，有效地調(diào)節(jié)氣化中生成的粗煤氣中的可燃氣體組分含量，同時，二氧化碳也是一種碳資源，二氧化碳參與氣化反應，降低了碳的消耗，增加了含碳有機礦物儲層中碳資源轉(zhuǎn)變?yōu)镃O等可燃氣體組分的有效利用率；另外，CO2經(jīng)回收后部分CO2用作二氧化碳氧氣介質(zhì)的原料，部分封存到含碳有機礦物儲層氣化后形成的燃空區(qū)內(nèi)，可同時實現(xiàn)CO2捕集和資源化利用，降低甲烷等后續(xù)化工產(chǎn)品合成的原料氣生產(chǎn)成本，實現(xiàn)CO2減排，降低過程能耗。
[0084]除了具有上述優(yōu)點外，CO2的引入可以對主要的三個步驟(裂隙溝通、通道加工和氣化)產(chǎn)生明顯的協(xié)同效果，主要表現(xiàn)為:
[0085](I)采用CO2和O2混合物作為壓裂介質(zhì)，由于CO2的比熱容較N2高，能夠在含碳有機礦物儲層例如煤層表面產(chǎn)生冷卻作用，同時二氧化碳有滅火作用，因而可以避免裂隙溝通過程中煤層發(fā)生自燃。
[0086](2)采用CO2和O2混合物作為壓裂介質(zhì)，在裂隙溝通過程中，CO2被含碳有機礦物儲層吸附，在通道熱加工過程中，有利于CO2還原反應的進行，可以防止通道在熱加工過程中局部溫度超溫，避免加工通道中出現(xiàn)多個火源，或是通道加工中因局部加工點溫度超過含碳有機礦物儲層例如煤層灰熔點而產(chǎn)生局部通道熔融情況，同時提高了含碳有機礦物儲層碳資源的利用率。
[0087](3)采用CO2和O2混合物作為裂隙溝通和通道加工介質(zhì)，含碳有機礦物儲層例如煤層中吸附二氧化碳，有利于后續(xù)氣化過程中溫度控制，同時利用二氧化碳競爭吸附甲烷的能力增加熱解氣(特別是甲烷)的析出。
[0088](4)采用CO2和O2混合物為介質(zhì)的通道加工和氣化過程，強化對含碳有機礦物儲層例如煤層的熱作用，可以克服煤層在傳統(tǒng)的壓裂后出現(xiàn)的裂隙的減少或是裂隙封閉問題，更有利于含碳有機礦物儲層的氣化，因而，有利于增大含碳有機礦物儲層的碳資源的開采率，例如提高煤層的回采率。
[0089]下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述，但應當理解，本發(fā)明并不局限于這些實施例。
[0090]實施例1
[0091]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的地下氣化方法的過程示意圖，其中(a)為裂隙溝通過程；(b)為通道加工過程；(C)為氣化過程；(d)為CO2封存，其中采用本發(fā)明所述方法對煤層進行氣化開采。在本實施例中，根據(jù)擬氣化煤層范圍設置鉆孔，鉆孔數(shù)量、布置方式由煤層特性、原料氣生產(chǎn)規(guī)模等決定，但為了實現(xiàn)本發(fā)明，至少應該包括或設置一個進氣鉆孔和一個出氣鉆孔，具體過程如下:
[0092]參見圖1(a)。由地面2經(jīng)由上覆巖層3向煤層(即本發(fā)明中的含碳有機礦物儲層)I中施工進氣鉆孔5，在距進氣鉆孔5 —定距離范圍例如20米到500米內(nèi)(這里需要說明的是，對于本領域技術(shù)人員已知的是，該距離范圍具體可以根據(jù)煤層裂隙溝通的形成方式確定，例如如果是機械鉆進進行裂隙溝通，該距離可以稍大，例如可以是150米至500米；如果僅使用本發(fā)明的壓裂介質(zhì)進行壓裂溝通，則該距離可以較小，例如可以是20米至50米)施工出氣鉆孔6，這里進氣鉆孔5和出氣鉆孔6均為垂直鉆孔，鉆孔底部位于擬氣化的煤層中。
[0093]參見圖1 (a)和(b)，進氣鉆孔5的進口處安裝CO2和O2高壓管線7 (即其中作為處理介質(zhì)的壓力不低于含碳有機礦物儲層的破裂壓力)、C02和O2低壓管線11 (即其中作為介質(zhì)的壓力不高于含碳有機礦物儲層的靜水壓力)，出氣鉆孔6的出口處安裝高壓煤氣(壓力0.7MPa左右)管線8、低壓煤氣(煤氣壓力0.5MPa左右)管線I2。其中，CO2和O2的高壓管線7用于輸送CO2和O2高壓混合物(煤層破裂壓力的1.1倍左右)，也用于在氣化完成后輸送CO2,并將CO2輸送以封存到含碳有機礦物儲層I氣化后所形成的燃空區(qū)內(nèi)；C02和O2的低壓管線11用于輸送低壓CO2富氧(煤層靜水壓頭的0.8倍左右)；高壓煤氣管線8用于輸送裂隙溝通過程中產(chǎn)生的混合氣體，低壓煤氣管線12用于輸送反應生成的低壓粗煤氣。
[0094]在圖1(a)中，首先對煤層(即含碳有機礦物儲層)I實施裂隙溝通，裂隙溝通過程中關(guān)閉CO2和O2低壓管線11和低壓煤氣管線12閥門，打開CO2和O2高壓管線7閥門，并打開高壓煤氣管線8閥門，強制CO2和O2混合物從進氣鉆孔5沿著煤層中的孔隙和裂隙移動，并經(jīng)過出氣鉆孔6，由高壓煤氣管線8排出，注入CO2和O2后，例如通過壓力表密切監(jiān)測CO2和O2注入的進氣鉆孔5孔口壓力變化情況和出氣鉆孔6流量變化情況，當進氣鉆孔5孔口壓力出現(xiàn)急劇下降，即壓力表監(jiān)測的壓力的降幅為孔口的初始壓力的5% /天或者更大，且出氣鉆孔6的出氣流量為IOONm3A以上時，表明在上述鉆孔間的煤層中已經(jīng)形成直接裂隙溝通產(chǎn)生的連通裂隙4，使得進氣鉆孔5與出氣鉆孔6在煤層中實現(xiàn)了相互連通。
[0095]如圖1(b)所示，裂隙溝通完成后，開始氣化通道加工，此時，進氣鉆孔5與出氣鉆孔6通過連通裂隙相互連通。增加進氣鉆孔5的CO2和O2流量(一般是每次增加IOONm3/h)，將兩鉆孔間的煤層內(nèi)的水分與注入的CO2和O2 —起經(jīng)由高壓煤氣管線8帶出，使出氣鉆孔6的孔底煤層保持干燥，之后將電點火器下放至出氣鉆孔6孔底煤層段的點火區(qū)9。在地面將O2配入CO2中，配成O2體積濃度為20 %的CO2富氧介質(zhì)，并由CO2和O2高壓管線7經(jīng)進氣鉆孔5，直接沿裂隙溝通產(chǎn)生的連通裂縫4送入出氣鉆孔6孔底，啟動點火器對出氣鉆孔6的孔底煤層進行點火，煤層點燃后，二氧化碳和氧氣混合物與煤層發(fā)生反應生成的粗煤氣經(jīng)由高壓煤氣管線8排出，出氣鉆孔6的孔底煤層形成點火區(qū)9以后，依據(jù)煤層涌水量、出氣溫度等，通過調(diào)節(jié)CO2富氧介質(zhì)的氧濃度和流量，來控制火區(qū)溫度，該火區(qū)溫度一般不低于煤層自燃溫度(大約250?350°C，具體根據(jù)煤種自燃溫度確定)。
[0096]火區(qū)調(diào)試穩(wěn)定以后，根據(jù)鉆孔間距、孔間阻力、鉆孔承壓能力、煤層靜水壓力、煤層頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)強度等參數(shù)調(diào)節(jié)進氣鉆孔5的流量(梯級增加，每次增加IOOONmVh)、氧濃度(梯級增加，每次增加5%氧氣體積濃度)強制使CO2富氧介質(zhì)以所需流量沿進氣鉆孔5供入點火區(qū)9。之后維持該流量(約3000Nm3/h至4000Nm3/h)進行逆向燃燒(即，火焰前沿的擴展方向與供入氣體的流向相反)，并實時監(jiān)測進氣鉆孔5的壓力。逆向燃燒過程中CO2富氧介質(zhì)中的O2與煤層中連通裂隙處的可燃物反應，消耗了部分煤，從而使連通裂隙斷面逐漸擴大，以有利于生成的煤氣的排出和形成有利于氣化反應和傳熱、傳質(zhì)的滲濾條件。
[0097]當進氣鉆孔5與出氣鉆孔6上端連接的壓力表所顯示的壓力相差不大(或壓差小于0.3MPa左右)時，表明:進氣鉆孔5孔底與出氣鉆孔6孔底之間的連通裂隙已經(jīng)擴大成氣化通道10 (參見圖1 (c))，氣化通道加工步驟完成。
[0098]氣化通道10完成構(gòu)建后，CO2和O2高壓管線7停止進氣，CO2富氧改由CO2和O2低壓管線11進氣；同時高壓煤氣管線8停止出氣，改由低壓煤氣管線12輸送反應生成的粗煤氣。之后增大CO2富氧氣體的流量(增大至約6000Nm3/h到10000Nm3/h)和/或增加氧氣體積濃度(氧氣濃度調(diào)節(jié)為約55%)，以提高反應區(qū)溫度，并進行正向氣化(即，火焰前沿的擴展方向與供入氣體的流向相同)，正向氣化反應溫度提高，可保證CO2與氣化通道10中熾熱的煤層表面充分接觸反應，加快CO2富氧與煤層發(fā)生氣化反應、熱解反應的速度，提高了煤氣中可燃氣體等有效組分含量。正向氣化過程中，隨著氣化通道10不斷增寬，氧氣輸送到燃燒煤層表面的速率會下降，此時可以根據(jù)出氣鉆孔6中的煤氣組分、煤層夾矸厚度、含水量、鉆孔間距等情況，對CO2富氧氣體流量和/或氧氣濃度進行調(diào)整(調(diào)整幅度一般不超過正常狀態(tài)下流量和氧氣體積濃度的20%);當出口煤氣的有效組分(主要是甲烷、一氧化碳、氫氣)體積濃度的總和出現(xiàn)10%以上的下降，并維持48小時以上時，鉆孔間煤層的氣化過程結(jié)束。
[0099]如果在氣化過程中發(fā)現(xiàn)煤層中的水量不足以支撐煤層的氣化反應進行(一種方法是根據(jù)出口氫氣的組分，如果在過程中煤氣的氫氣含量下降，下降程度大于原始的濃度的20%或以上，并且長期不能恢復到原有水平，則可以判斷水少)，加入的量為煤層氣化所需的水量減去煤層含水量再除以水蒸氣分解率。
[0100]煤層氣化過程結(jié)束后，氣化通道10擴展為燃空區(qū)13 (如圖1 (d)所示)，燃空區(qū)一部分空間被灰渣、焦渣、夾矸、頂板巖石、未氣化的煤層所充填，可以作為封存CO2的空間。氣化過程結(jié)束后，燃空區(qū)還具有一定的高溫(平均溫度300?800°C，之前煤層燃燒后蓄積的熱量)。首先，將CO2由低壓CO2和O2管線11送入燃空區(qū)，CO2與燃空區(qū)內(nèi)灰渣、焦渣、夾矸、頂板巖石、未氣化的煤層進行熱量交換，使高溫燃空區(qū)逐漸降溫、冷卻；同時CO2在灰渣、焦渣、夾矸、頂板巖石、未氣化的煤層表面進行競爭吸附，置換出其上吸附的CH4等可燃氣體組分。產(chǎn)生的含有CH4等可燃氣體和CO2的混合物經(jīng)過出氣鉆孔6由低壓煤氣管線12排除至地面，供地面熱量回收和可燃氣體回收。待燃空區(qū)溫度降至100?200°C后，關(guān)閉出氣鉆孔6，打開CO2和O2高壓管線7的閥門，注入C02，CO2壓力一般控制在煤層靜水壓頭左右，CO2注入量一般控制在400?500Nm3/m3(每單位體積的燃空區(qū)內(nèi)可以封存400?500標立方的CO2)，具體根據(jù)燃空區(qū)體積、煤層水文地質(zhì)情況等決定，從而完成燃空區(qū)對CO2的封存。
[0101]實施例2
[0102]實施例2與實施例1的所采用的方法基本相同，不同之處在于實施例2在裂隙溝通步驟采用了超短半徑水平鉆進技術(shù)。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例2的地下氣化方法的裂隙溝通過程的示意圖，其中采用超短半徑水平鉆進技術(shù)進行造隙以形成連通裂隙。如圖2所示，由地面2經(jīng)由上覆巖層3向煤層(即含碳有機礦物儲層)I中施工進氣鉆孔5，在距進氣鉆孔5 —定距離范圍(約40米至100米，本領域技術(shù)人員可以具體根據(jù)超短水平鉆能夠施工的最大長度)內(nèi)施工出氣鉆孔6，該進、出氣鉆孔5和6均為垂直鉆孔，鉆孔底部位于預氣化的煤層中。采用超短半徑水平鉆井設備15，由進氣鉆孔5沿著進氣鉆孔5和出氣鉆孔6水平連線方向，直接在垂直鉆孔的內(nèi)壁打開一個供超短水平鉆出入的通道，進行側(cè)向水平鉆進，在煤層中形成水平鉆進的連通裂隙14使進氣鉆孔5與出氣鉆孔6在煤層中相互連通。
[0103]超短半徑水平鉆進完成施工后，移出鉆具，開始氣化通道加工。打開CO2和O2高壓管線7閥門，打開高壓煤氣管線8閥門，通過控制進氣鉆孔5的CO2和O2流量(約500Nm3/h至IOOONm3A)，將兩鉆孔間煤層中的水平鉆進的連通裂隙14內(nèi)積存的水分與注入的CO2和O2 一起經(jīng)由高壓煤氣管線8帶出，使出氣鉆孔6孔底煤層保持干燥，之后將電點火器下放至出氣鉆孔6孔底煤層段。在地面將O2配入CO2中，配成氧氣體積濃度為30%的CO2氧氣混合物，并由CO2和O2高壓管線7經(jīng)進氣鉆孔5，沿水平鉆進的連通裂隙14送入出氣鉆孔6孔底，啟動點火器對出氣鉆孔6孔底煤層進行點火，煤層點燃后，二氧化碳和氧氣混合物與煤層發(fā)生反應生成的粗煤氣經(jīng)由高壓煤氣管線8排出，出氣鉆孔6孔底煤層形成初步點火區(qū)以后，依據(jù)煤層涌水量、出氣溫度等，通過調(diào)節(jié)氣化劑氧濃度和流量，來控制火區(qū)溫度，該火區(qū)溫度一般不低于煤層自燃溫度(大約250?350°C，具體根據(jù)煤種的自燃溫度確定)。
[0104]火區(qū)調(diào)試穩(wěn)定以后，進行氣化通道加工步驟和氣化步驟，具體過程類似于實施例1o
[0105]實施例3
[0106]實施例3與實施例2的所米用的方法基本相同，不同之處在于實施例3中含碳有機礦物儲層在進行裂隙溝通步驟前已經(jīng)存在火區(qū)，并且在裂隙溝通階段采用定向水平鉆進技術(shù)與已有火區(qū)直接對接。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例3的地下氣化方法的裂隙溝通過程的示意圖，其中采用定向水平鉆進技術(shù)直接與火區(qū)對接。如圖3所示，現(xiàn)有出氣鉆孔6，鉆孔孔底已經(jīng)存在火區(qū)16，擬采用本發(fā)明所述方法對新的煤層進行氣化，生產(chǎn)合成氣。
[0107]采用定向鉆進方法，在距離出氣鉆孔6 —定距離范圍內(nèi)，由地面2經(jīng)由上覆巖層3向煤層即含碳有機礦物儲層I中施工進氣鉆孔5，并在煤層中形成定向鉆進的連通裂隙17，與已有的火區(qū)16直接鉆通。定向鉆進完成施工后，打開CO2和O2高壓管線7閥門，打開高壓煤氣管線8閥門，通入CO2富氧氣體，開始對定向鉆進的連通裂隙17進行熱加工。
[0108]通過調(diào)整CO2和O2管線7的壓力，強制CO2富氧氣體以所需的固定流量(約800?1500Nm3/h)沿進氣鉆孔5進入煤層，CO2富氧氣體中的氧氣體積濃度為40 %。維持該固定流量，并實時監(jiān)測進氣鉆孔5的壓力。
[0109]通過在進氣鉆孔5處連接的壓力儀表對壓力進行監(jiān)測，當監(jiān)測到進氣鉆孔5的壓力明顯降低后(例如，壓力降幅達到初始壓力的5% /天左右)，增大CO2富氧氣體的流量和/或增加氧氣體積濃度(流量增加至3000Nm3/h到5000Nm3/h之間，氧氣體積濃度25% -40% )，所述流量或者氧氣濃度具體根據(jù)煤層夾矸厚度、含水量，鉆孔間距等情況進行調(diào)整。當進氣鉆孔5與出氣鉆孔6上端連接的壓力表所顯示的壓力相差不大(例如，壓差小于0.3MPa)時，表明進氣鉆孔5與出氣鉆孔6完成氣化通道構(gòu)建，。
[0110]氣化通道完成構(gòu)建后，氣化的步驟類似于實施例1。
[0111]實施例4
[0112]實施例4擬采用本工藝所述方法對油頁巖進行氣化開采，由圖4所示，圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的地下氣化方法的裂隙溝通過程的示意圖，其中采用羽狀水平鉆井技術(shù)開采油頁巖。實施例4采用的方法與實施例2基本相同，不同之處在于實施例4先采用羽狀水平鉆井技術(shù)，在進氣鉆孔和出氣鉆孔間的油頁巖層內(nèi)建立連通裂隙，之后點火并進行通道加工和氣化，【具體實施方式】如下所述:
[0113]由地面2經(jīng)由上覆巖層3向油頁巖層即含碳有機礦物儲層I中施工垂直鉆孔作為出氣鉆孔6，在出氣鉆孔6距離300米到500米施工一條羽狀定向鉆作為進氣鉆孔5，使進氣鉆孔5與出氣鉆孔6在油頁巖層中連通，進氣鉆孔5為羽狀水平鉆孔，包括若干組羽狀分支井18，進氣鉆孔和出氣鉆孔的底部位于預氣化油頁巖層中。
[0114]羽狀水平鉆井完成施工后，按照實施例2所述方法，采用CO2將羽狀分支井18內(nèi)積存的水分帶出，使出氣鉆孔6孔底油頁巖層保持干燥，之后將電點火器下放至出氣鉆孔6孔底油頁巖段，啟動點火器供送CO2富氧對出氣鉆孔6孔底油頁巖進行點火，油頁巖點燃后，依據(jù)涌水量、出氣溫度等，通過調(diào)節(jié)氣化劑氧濃度和/或流量，來控制火區(qū)溫度。
[0115]火區(qū)調(diào)試穩(wěn)定以后，通過調(diào)節(jié)進氣鉆孔5的流量(約500Nm3/h-1OOONm3A左右)、氧濃度(體積濃度20% )和壓力(約0.7-1.0Mpa左右)等參數(shù)，強制CO2富氧氣體以所需流量沿進氣鉆孔5供入點火區(qū)9。之后維持該流量進行逆向燃燒，并實時監(jiān)測進氣鉆孔5的壓力。當進氣鉆孔5上端連接的壓力表所顯示的壓力出現(xiàn)明顯降低(壓力降幅達到初始壓力的5%每天左右)時，表明初始形成的點火區(qū)9擴展至進氣鉆孔5孔底附近。當進氣鉆孔5與出氣鉆孔6上端連接的壓力表所顯示的壓力相差不大(壓差小于0.3MPa)時，表明:進氣鉆孔5的孔底與鉆孔6的孔底之間的連通裂隙已經(jīng)熱加工成氣化通道。氣化通道構(gòu)建完成后，氣化步驟與實施例2相類似。
[0116]基于二氧化碳和氧氣的混合物為介質(zhì)的這種地下氣化新方法，可以充分調(diào)節(jié)含碳有機礦物儲層在地下氣化時的反應溫度，提升和調(diào)整煤氣組分中有效氣成分和氫碳比，提高能量利用效率，同時該方法還可以對二氧化碳進行化學利用(例如資源化利用)和物理封存，是一個低碳、高效、清潔的地下氣化新方法。[0117]以上已對本發(fā)明進行了詳細描述，但本發(fā)明并不局限于本文所描述【具體實施方式】。本領域技術(shù)人員理解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以作出其他更改和變形。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.CO2和O2的混合物作為介質(zhì)應用在地下含碳有機礦物儲層的裂隙溝通或通道加工中。
2.一種用于地下含碳有機礦物儲層的裂隙溝通的方法，其中所述含碳有機礦物儲層設置有分別使所述含碳有機礦物儲層與地面連通的至少一個進氣鉆孔和至少一個出氣鉆孔，其特征在于，所述方法包括:通過從所述進氣鉆孔注入作為壓裂介質(zhì)的CO2和O2的混合物，以在所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔之間的所述含碳有機礦物儲層中形成連通裂隙。
3.一種用于地下含碳有機礦物儲層的氣化通道加工的方法，其中所述含碳有機礦物儲層設置有分別使所述含碳有機礦物儲層與地面連通的至少一個進氣鉆孔和至少一個出氣鉆孔，并且在所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔之間的所述含碳有機礦物儲層中已經(jīng)形成連通裂隙，其特征在于，所述方法包括:采用CO2和O2的混合物作為通道加工介質(zhì)對所述連通裂隙進行加工，通過增壓和/或燃燒來使所述連通裂隙擴大成氣化通道。
4.一種用于地下含碳有機礦物儲層的地下氣化的方法，其中所述含碳有機礦物儲層設置有分別使所述含碳有機礦物儲層與地面連通的至少一個進氣鉆孔和至少一個出氣鉆孔，其特征在于，所述地下氣化方法包括:對所述含碳有機礦物儲層進行裂隙溝通以形成連通裂隙的裂隙溝通步驟；對所述連通裂隙進行通道加工以形成氣化通道的通道加工步驟；和使所述地下含碳有機礦物儲層發(fā)生氣化以生成粗煤氣的氣化步驟，其中在所述裂隙溝通步驟、通道加工步驟和氣化步驟中的至少一個中使用CO2和O2的混合物作為介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2~4中任一項所述的方法，其特征在于，所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔是定向鉆孔或垂直鉆孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述裂隙溝通步驟之后，在所述含碳有機礦物儲層中點火以建立火區(qū)，然后再進行所述通道加工步驟和氣化步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所`述的方法，其特征在于，在所述裂隙溝通步驟之前，在所述含碳有機礦物儲層中已建立火區(qū)，利用所述含碳有機礦物儲層的原有火區(qū)進行裂隙溝通步驟、通道加工步驟和氣化步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述裂隙溝通步驟中，通過從所述進氣鉆孔注入CO2和O2的混合物作為壓裂介質(zhì)，在所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔之間的所述含碳有機礦物儲層中形成所述連通裂隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述通道加工步驟中，采用CO2和O2的混合物作為通道加工介質(zhì)，通過增壓和/或燃燒來擴大所述連通裂隙以形成所述氣化通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述氣化步驟中，通過在所述氣化通道中增加作為氣化介質(zhì)的CO2和O2的混合物的進氣量同時進行燃燒反應，以使所述含碳有機礦物儲層發(fā)生氣化而生成粗煤氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的應用或方法，其特征在于，所述含碳有機礦物儲層是煤層或油頁巖層。
12.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其特征在于，在所述裂隙溝通步驟中，首先通過機械鉆進在所述進氣鉆孔和所述出氣鉆孔之間的所述含碳有機礦物儲層中進行造隙，然后再注入所述介質(zhì)而形成所述連通裂隙。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述方法，其特征在于，所述機械鉆進是定向水平鉆進、超短半徑水平鉆進或羽狀水平鉆進技術(shù)中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其特征在于，在所述裂隙溝通中，監(jiān)測所述進氣鉆孔和所示出氣鉆孔中的壓力變化情況，并且當所述進氣鉆孔中的壓力急劇下降并且所述出氣鉆孔的出氣流量為IOONm3A以上時，表明已形成所述連通裂隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的應用或方法，其特征在于，用于所述裂隙溝通和/或通道加工的所述介質(zhì)中的氧氣體積濃度為20~50%。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的應用或方法，其特征在于，用于所述裂隙溝通和/或通道加工的所述介質(zhì)中的氧氣體積濃度為20~35%。
17.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，用于所述氣化步驟的所述介質(zhì)中的氧氣體積濃度為50~70%。
18.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，用于所述氣化步驟的所述介質(zhì)中的氧氣體積濃度為50~65%。
19.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括: CO2回收步驟:從所述氣化步驟產(chǎn)生的粗煤氣中分離出0)2進行回收，其中，至少一部分所回收的CO2加壓后，注入到所述含碳有機礦物儲層用于所述裂隙溝通、通道加工和/或氣化。
20.根據(jù)權(quán)利要求1 9所述的方法，其特征在于，還包括: CO2封存步驟:將所回收的CO2注入在所述含碳有機礦物儲層氣化后產(chǎn)生的燃空區(qū)內(nèi)進行封存。
21.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的應用或方法，其特征在于，所述介質(zhì)中的CO2為氣態(tài)、液態(tài)或超臨界態(tài)的CO2。
22.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的應用或方法，其特征在于，所述介質(zhì)中的CO2為由液態(tài)CO2、原膠液和化學添加劑組成的混合液。
23.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的應用或方法，其特征在于，所述介質(zhì)中添加有固相顆粒以支撐形成的所述連通裂隙。
24.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的應用或方法，其特征在于，所述CO2和O2的混合物是通過在地面上或在進氣鉆孔中混配CO2和純氧得到的。
25.根據(jù)權(quán)利要求2~4中任一項所述的方法，其特征在于，在所述進氣鉆孔或所述出氣鉆孔底部建立火區(qū)，并且所述CO2和O2的混合物通過環(huán)空型輸送管道或者所述進氣鉆孔由地面輸送至所述火區(qū)。
26.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述進氣鉆孔的入口處安裝有用于輸送所述CO2和O2的混合物或用于在氣化完成后進行二氧化碳封存步驟時輸入高壓CO2的高壓管線，以及用于輸送低壓0)2和02的混合物的低壓管線，并且所述出氣鉆孔的出口處安裝有用于輸送所述裂隙溝通過程中產(chǎn)生的混合氣體的高壓煤氣管線和用于輸送所述氣化生成的低壓粗煤氣的低壓煤氣管線。
27.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對所產(chǎn)生的粗煤氣中的二氧化碳進行分離和捕集，并將所捕集的二氧化碳用于所述裂隙溝通、通道加工或地下氣化。
28.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述介質(zhì)還包括水蒸氣。
【文檔編號】E21B43/26GK103670357SQ201210354916
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】陳 峰, 張樹川, 劉剛, 龐旭林 申請人:新奧氣化采煤有限公司