一種化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，包括地下氣化單元；所述地下氣化單元包括設(shè)置在煤層中的氣化通道；所述氣化通道的一端設(shè)置有氣化劑進(jìn)口，另一端設(shè)置有煤層混合燃?xì)獬隹?；所述氣化劑進(jìn)口由廢油井或廢氣井改造而成和/或所述煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U油井或廢氣井改造而成。本實(shí)用新型可以減少重新鉆井的數(shù)量實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化技術(shù)，而將廢油井或廢氣井改造成為氣化劑進(jìn)口或煤層混合燃?xì)獬隹谒璩杀九c重新鉆井所需成本低得多，因此，降低了氣化單元的施工成本。同時(shí)，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO2氣體的循環(huán)利用，變廢為寶，有利于氣化劑的無(wú)限生成，而且，也減少了CO2氣體在空氣中的排放量，有利于低碳開(kāi)采煤炭。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及化石能源開(kāi)采【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在1000米以深，許多地區(qū)煤層和油層往往同時(shí)存在，如新疆準(zhǔn)噶爾盆地東部，吉木薩爾凹陷區(qū)深度在1200米?1800米含煤層，在2000米?2500米含油層；遼河油田小龍灣油區(qū)深度在1200米?1600米含煤層，在1800米?2500米含油層。有些區(qū)域還含氣層、(油、氣)頁(yè)巖層等，煤層都在油層和氣層的上面，油井和氣井都經(jīng)過(guò)煤層。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，煤炭、原油和燃?xì)獾拈_(kāi)采均是各自單獨(dú)進(jìn)行的。油層和氣層經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，許多油井因抽不出油而報(bào)廢，許多氣井因抽不出氣而報(bào)廢，長(zhǎng)期以來(lái)，這些廢油井和廢氣井均處于閑置狀態(tài)，無(wú)用武之地。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤炭地下氣化技術(shù)已走向?qū)嶋H應(yīng)用階段，煤炭開(kāi)采的成本大大降低。但是，現(xiàn)有技術(shù)中，煤炭地下氣化技術(shù)需要在地面上至少鉆兩個(gè)井分別與煤層中氣化通道連通，一個(gè)井是用于輸送氣化劑的進(jìn)口，另一個(gè)井是用于排出煤層混合燃?xì)獾某隹冢裤@一個(gè)井所需的成本也是一個(gè)可觀(guān)的數(shù)字。如何能夠減少鉆井成本是一個(gè)急待解決的難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)可以減少重新鉆井的數(shù)量實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化技術(shù)，降低了氣化單元的施工成本。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的一種化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，包括地下氣化單元；所述地下氣化單元包括設(shè)置在煤層中的氣化通道；所述氣化通道的一端設(shè)置有氣化劑進(jìn)口，另一端設(shè)置有煤層混合燃?xì)獬隹?；所述氣化劑進(jìn)口由廢油井或廢氣井改造而成和/或所述煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U油井或廢氣井改造而成。
[0007]所述氣化劑進(jìn)口由廢油井改造而成是在所述廢油井的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向油管內(nèi)注漿充填；注漿的頂面位于煤層附近；對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使位于煤層段的油管管壁脫落，煤層暴露出來(lái)；所述油管在暴露出來(lái)的煤層處與所述氣化通道的一端連通；所述氣化劑進(jìn)口由廢氣井改造而成是在所述廢氣井的氣管內(nèi)靠近該廢氣井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向氣管內(nèi)注漿充填；注漿的頂面位于煤層附近；對(duì)位于煤層段的氣管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使位于煤層段的氣管管壁脫落，煤層暴露出來(lái)；所述氣管在暴露出來(lái)的煤層處與所述氣化通道的一端連通；所述煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U油井改造而成是在所述廢油井的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向油管內(nèi)注漿充填；注漿的高度為煤層和油層隔離層厚度的1/3至2 / 3;對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使油管與所述氣化通道的另一端連通；油管與所述氣化通道的連通處到所述注漿頂面之間的空腔形成燃?xì)饫淠飪?chǔ)倉(cāng)；所述煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U氣井改造而成是在所述廢氣井的氣管內(nèi)靠近該廢氣井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向氣管內(nèi)注漿充填；注漿的高度為煤層和氣層隔離層厚度的1/3至2 / 3;對(duì)位于煤層段的氣管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使氣管與所述氣化通道的另一端連通；氣管與所述氣化通道的連通處到所述注漿頂面之間的空腔形成燃?xì)饫淠飪?chǔ)倉(cāng)。
[0008]所述氣化通道有多個(gè)；多個(gè)所述氣化通道呈直線(xiàn)形并水平設(shè)置；多個(gè)所述氣化通道的一端相互連通并共用一個(gè)氣化劑進(jìn)口，所述氣化劑進(jìn)口是豎直定向井，所述豎直定向井中設(shè)置有可向任一個(gè)氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管，所述連續(xù)柔性管的上部外側(cè)壁與所述豎直定向井的頂部密封連接，所述豎直定向井的上部開(kāi)有水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口，多個(gè)所述氣化通道的另一端分別連通到所述的廢油井和/或廢氣井；或者，多個(gè)所述氣化通道的另一端相互連通并共用一個(gè)廢油井或廢氣井；多個(gè)所述氣化通道的一端分別設(shè)置有氣化劑進(jìn)口，所述氣化劑進(jìn)口是豎直定向井，每一個(gè)所述豎直定向井中均設(shè)置有可向氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管，每一個(gè)所述連續(xù)柔性管的上部外側(cè)壁與所在豎直定向井的頂部密封連接，每一個(gè)所述豎直定向井的上部均開(kāi)有水蒸氣比0和CO2氣體的進(jìn)口。
[0009]所述連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為20-80m。
[0010]所述連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為50m。
[0011]所述地下氣化單元的煤層混合燃?xì)獬隹谂c凈化分離單元的煤層混合燃?xì)膺M(jìn)口連通；所述凈化分離單元設(shè)置有煤層有效燃?xì)獬隹诤虲O2氣體出口 ；所述凈化分離單元的CO2氣體出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口連通。
[0012]所述系統(tǒng)還包括發(fā)電單元和化工合成單元；所述發(fā)電單元設(shè)置有煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口 ；所述化工合成單元設(shè)置有煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口 ；所述凈化分離單元的煤層有效燃?xì)獬隹诜謩e與化工合成單元的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口和發(fā)電單元的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口連通。
[0013]所述化工合成單元設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣出口 ；所述發(fā)電單元設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣進(jìn)口 ；所述化工合成單元的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口連通；所述發(fā)電單元的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口連通；所述化工合成單元的尾氣出口與所述發(fā)電單元的尾氣進(jìn)口連通。
[0014]所述氣化通道底部與煤層底部之間的距離為煤層厚度的I / 10?I / 5。
[0015]本實(shí)用新型的系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。
[0016]1、本技術(shù)方案由于采用了氣化劑進(jìn)口由廢油井或廢氣井改造而成，以及煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U油井或廢氣井改造而成的技術(shù)手段，所以，可以減少重新鉆井的數(shù)量實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化技術(shù)，而將廢油井或廢氣井改造成為氣化劑進(jìn)口或煤層混合燃?xì)獬隹谒璩杀九c重新鉆井所需成本低得多，因此，降低了氣化單元的施工成本。
[0017]2、本技術(shù)方案由于采用了在廢油井的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向油管內(nèi)注漿充填；對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使位于煤層段的油管管壁脫落，煤層暴露出來(lái)；油管在暴露出來(lái)的煤層處與所述氣化通道的一端連通的技術(shù)手段，所以，可容易地將廢油井改造成為氣化劑進(jìn)口并通過(guò)該廢油井在煤層中定向施工氣化通道，使氣化通道通向其它的廢油井或廢氣井。又由于采用了在所述廢油井的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向油管內(nèi)注漿充填；注漿的高度為煤層和油層隔離層厚度的1/3至2 / 3;對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使油管與所述氣化通道的另一端連通的技術(shù)手段，所以，可容易地將廢油井改造成為煤層混合燃?xì)獬隹?。同樣地，將廢氣井改造成為氣化劑進(jìn)口或煤層混合燃?xì)獬隹谝灿猩鲜龅挠幸嫘Ч?br> [0018]3、本技術(shù)方案由于采用了氣化通道有多個(gè)；多個(gè)氣化通道呈直線(xiàn)形并水平設(shè)置；多個(gè)氣化通道的一端相互連通并共用一個(gè)氣化劑進(jìn)口，氣化劑進(jìn)口是豎直定向井(當(dāng)然，也可以用上面所述的廢油井或廢氣井代替)，豎直定向井中設(shè)置有可向任一個(gè)氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管，連續(xù)柔性管的外側(cè)壁與豎直定向井的頂部密封連接，豎直定向井的上部開(kāi)有水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口，多個(gè)氣化通道的另一端分別設(shè)置有的廢油井或廢氣井的技術(shù)手段，所以，可通過(guò)一個(gè)豎直定向井向不同的方位的廢油井或廢氣井施工水平定向井，大大節(jié)約了施工成本。當(dāng)采用了多個(gè)氣化通道的另一端相互連通并共用一個(gè)廢油井或廢氣井，多個(gè)氣化通道的一端分別設(shè)置有氣化劑進(jìn)口，氣化劑進(jìn)口是豎直定向井(當(dāng)然，也可以用上面所述的廢油井或廢氣井代替)，每一個(gè)豎直定向井中均設(shè)置有可向氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管，每一個(gè)連續(xù)柔性管的外側(cè)壁與所在豎直定向井的頂部密封連接，每一個(gè)豎直定向井的上部均開(kāi)有水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口的技術(shù)手段，不但可以大大地節(jié)約施工成本，而且，可將每一個(gè)氣化通道中的煤層混合燃?xì)饧信懦?，有利于提高生產(chǎn)效率。
[0019]4、本技術(shù)方案由于采用了連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為20-80m的技術(shù)手段，所以，第一段煤炭地下氣化的效果有明顯的提高。
[0020]5、本技術(shù)方案由于采用了連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為50m的技術(shù)手段，所以，第一段煤炭地下氣化的效果最好。
[0021]6、本技術(shù)方案由于采用了地下氣化單元的煤層混合燃?xì)獬隹谂c凈化分離單元的煤層混合燃?xì)膺M(jìn)口連通；凈化分離單元設(shè)置有煤層有效燃?xì)獬隹诤虲O2氣體出口 ；凈化分離單元的CO2氣體出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口連通的技術(shù)手段，所以，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO2氣體的循環(huán)利用，變廢為寶，有利于氣化劑的無(wú)限生成，而且，也減少了 CO2氣體在空氣中的排放量，有利于低碳開(kāi)采煤炭。
[0022]7、本技術(shù)方案由于采用了凈化分離單元的煤層有效燃?xì)獬隹诜謩e與化工合成單元的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口和發(fā)電單元的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口連通的技術(shù)手段，所以，可不必引入外來(lái)電能驅(qū)動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)就地取材、就地發(fā)電驅(qū)動(dòng)設(shè)備，自給自足，循環(huán)生產(chǎn)，免去了漫長(zhǎng)的輸電線(xiàn)路的鋪設(shè)，大大節(jié)省了電路成本，為鉆井施工提供了更大的方便。
[0023]8、本技術(shù)方案由于采用了化工合成單元設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣出口 ；發(fā)電單元設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣進(jìn)口 ；化工合成單元的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口連通；發(fā)電單元的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口連通；化工合成單元的尾氣出口與所述發(fā)電單元的尾氣進(jìn)口連通的技術(shù)手段，所以，進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)了對(duì)水蒸汽H2O和CO2氣體的循環(huán)利用，變廢為寶，更有利于氣化劑的無(wú)限生成。
[0024]9、本技術(shù)方案由于采用了氣化通道底部與煤層底部之間的距離為煤層厚度的1/ 10?I / 5的技術(shù)手段，所以，可以使煤層得到充分的氣化，有利于充分開(kāi)采地下煤層?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0026]圖1為本實(shí)用新型化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)和工作流程示意圖。
[0027]圖2為本實(shí)用新型化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)(具有一個(gè)氣化劑進(jìn)口和四個(gè)煤層混合燃?xì)獬隹?在地面上的分布示意圖。
[0028]圖3為圖2中A-A線(xiàn)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4為本實(shí)用新型化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)(具有四個(gè)氣化劑進(jìn)口和一個(gè)煤層混合燃?xì)獬隹?在地面上的分布示意圖。
[0030]圖5為圖4中B-B線(xiàn)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖1至圖5所示，本實(shí)用新型提供的一種化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，該系統(tǒng)位于煤層20和油層7和/或8氣層共存的區(qū)域(從圖3中可以看出，該區(qū)域自上而下依次為:表土層11、上巖層12、煤層20、中巖層13、氣層8、下巖層14和油層7。)包括地下氣化單元2 ;所述地下氣化單元2包括設(shè)置在煤層20中的氣化通道21 ;所述氣化通道的一端設(shè)置有氣化劑進(jìn)口 22，所述氣化劑進(jìn)口 22與氣化劑制取單元I連通，另一端設(shè)置有煤層混合燃?xì)獬隹?23 ;所述氣化劑進(jìn)口 22由廢油井或廢氣井改造而成和/或所述煤層混合燃?xì)獬隹?23由廢油井或廢氣井改造而成。
[0032]實(shí)施方式由于采用了氣化劑進(jìn)口由廢油井或廢氣井改造而成，以及煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U油井或廢氣井改造而成的技術(shù)手段，所以，可以減少重新鉆井的數(shù)量實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化技術(shù)，而將廢油井或廢氣井改造成為氣化劑進(jìn)口或煤層混合燃?xì)獬隹谒璩杀九c重新鉆井所需成本低得多，因此，降低了氣化單元的施工成本。
[0033]作為本實(shí)施方式的一種改進(jìn)，如圖2和圖3所示，所述煤層混合燃?xì)獬隹?23由廢油井改造而成是在所述廢油井(參見(jiàn)圖3中左側(cè)的煤層混合燃?xì)獬隹?23)的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞26 ;向油管內(nèi)用注漿27充填；注漿27的高度為煤層20和油層7之間隔離層(參見(jiàn)圖3:依次包括下巖層14、氣層8和中巖層13)厚度的1/3至2 / 3 ;對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使油管與所述氣化通道21的另一端連通；油管與所述氣化通道21的連通處到所述注漿27頂面之間的空腔形成燃?xì)饫淠飪?chǔ)倉(cāng)；所述煤層混合燃?xì)獬隹?23由廢氣井改造而成是在所述廢氣井(參見(jiàn)圖3中右側(cè)的煤層混合燃?xì)獬隹?23)的氣管內(nèi)靠近該廢氣井的底部設(shè)置有止?jié){塞26 ;向氣管內(nèi)用注漿27充填；注漿27的高度為煤層20和氣層8隔離層(參見(jiàn)圖3:即中巖層13)厚度的1/3至
2/ 3;對(duì)位于煤層段的氣管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使氣管與所述氣化通道21的另一端連通；氣管與所述氣化通道的連通處到所述注漿27頂面之間的空腔形成燃?xì)饫淠飪?chǔ)倉(cāng)。
[0034]同樣地，所述氣化劑進(jìn)口 22由廢油井改造而成與所述煤層混合燃?xì)獬隹?23由廢油井改造而成基本相同，其區(qū)別僅在于在將廢油井改造而成氣化劑進(jìn)口 22的過(guò)程中，注漿的頂面位于煤層附近，也就是取消了上述煤層混合燃?xì)獬隹?23的燃?xì)饫淠飪?chǔ)倉(cāng)，同時(shí)，對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使位于煤層段的油管管壁脫落，煤層暴露出來(lái)，以便定向水平施工地下氣化通道。同理，所述氣化劑進(jìn)口 22由廢氣井改造而成與所述煤層混合燃?xì)獬隹?23由廢氣井改造而成基本相同，其區(qū)別僅在于在將廢氣井改造而成氣化劑進(jìn)口 22的過(guò)程中，注漿的頂面位于煤層附近，也就是取消了上述煤層混合燃?xì)獬隹?23的燃?xì)饫淠飪?chǔ)倉(cāng)，同時(shí)，對(duì)位于煤層段的氣管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使位于煤層段的氣管管壁脫落，煤層暴露出來(lái)，以便定向施工氣化通道。
[0035]本實(shí)施方式由于采用了在廢油井的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向油管內(nèi)注漿充填；對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使位于煤層段的油管管壁脫落，煤層暴露出來(lái)；油管在暴露出來(lái)的煤層處與所述氣化通道的一端連通的技術(shù)手段，所以，可容易地將廢油井改造成為氣化劑進(jìn)口并通過(guò)該廢油井在煤層中定向施工氣化通道，使氣化通道通向其它的廢油井或廢氣井。又由于采用了在所述廢油井的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向油管內(nèi)注漿充填；注漿的高度為煤層和油層隔離層厚度的1/3至2 / 3;對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使油管與所述氣化通道的另一端連通的技術(shù)手段，所以，可容易地將廢油井改造成為煤層混合燃?xì)獬隹凇Ｍ瑯拥?，將廢氣井改造成為氣化劑進(jìn)口或煤層混合燃?xì)獬隹谝灿猩鲜龅挠幸嫘Ч?br> [0036]作為本實(shí)施方式進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖2和圖5所示，所述氣化通道21有四個(gè)；四個(gè)所述氣化通道21呈直線(xiàn)形并水平設(shè)置；四個(gè)所述氣化通道21的一端相互連通并共用一個(gè)氣化劑進(jìn)口 22，所述氣化劑進(jìn)口 22是豎直定向井，所述豎直定向井中設(shè)置有可向任一個(gè)氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管24，所述連續(xù)柔性管的上部外側(cè)壁與所述豎直定向井的頂部密封連接，所述豎直定向井的上部開(kāi)有水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口 25，四個(gè)所述氣化通道21的另一端分別連通到所述的廢油井和/或廢氣井(參見(jiàn)圖2和圖3);或者，4個(gè)所述氣化通道21的另一端相互連通并共用一個(gè)廢油井或廢氣井(即共用一個(gè)煤層混合燃?xì)獬隹?23);四個(gè)所述氣化通道21的一端分別設(shè)置有氣化劑進(jìn)口 22，所述氣化劑進(jìn)口 22是豎直定向井，每一個(gè)所述豎直定向井中均設(shè)置有可向氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管24，每一個(gè)所述連續(xù)柔性管的上部外側(cè)壁與所在豎直定向井的頂部密封連接，每一個(gè)所述豎直定向井的上部均開(kāi)有水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口 25(參見(jiàn)圖4和圖5)。
[0037]本實(shí)施方式由于采用了氣化通道有多個(gè)；多個(gè)氣化通道呈直線(xiàn)形并水平設(shè)置；多個(gè)氣化通道的一端相互連通并共用一個(gè)氣化劑進(jìn)口，氣化劑進(jìn)口是豎直定向井，豎直定向井中設(shè)置有可向任一個(gè)氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管，連續(xù)柔性管的外側(cè)壁與豎直定向井的頂部密封連接，豎直定向井的上部開(kāi)有水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口，多個(gè)氣化通道的另一端分別設(shè)置有的廢油井或廢氣井的技術(shù)手段，所以，可通過(guò)一個(gè)豎直定向井向不同的方位的廢油井或廢氣井施工水平定向井，大大節(jié)約了施工成本。當(dāng)采用了多個(gè)氣化通道的另一端相互連通并共用一個(gè)廢油井或廢氣井，多個(gè)氣化通道的一端分別設(shè)置有氣化劑進(jìn)口，氣化劑進(jìn)口是豎直定向井，每一個(gè)豎直定向井中均設(shè)置有可向氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管，每一個(gè)連續(xù)柔性管的外側(cè)壁與所在豎直定向井的頂部密封連接，每一個(gè)豎直定向井的上部均開(kāi)有水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口的技術(shù)手段，不但可以大大地節(jié)約施工成本，而且，可將每一個(gè)氣化通道中的煤層混合燃?xì)饧信懦?，有利于提聞生廣效率。
[0038]作為本實(shí)施方式再進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖3和圖5所示，所述連續(xù)柔性管24下部的出口與所述氣化通道21另一端之間的初始距離為20-80m。
[0039]本實(shí)施方式由于采用了連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為20-80m的技術(shù)手段，所以，第一段煤炭地下氣化的效果有明顯的提高。
[0040]作為本實(shí)施方式又進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖3和圖5所示，所述連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為50m。
[0041]本實(shí)施方式由于采用了連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為50m的技術(shù)手段，所以，第一段煤炭地下氣化的效果最好。
[0042]作為本實(shí)施方式還進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖1至圖5所示，所述地下氣化單元2的煤層混合燃?xì)獬隹?23與凈化分離單元3的煤層混合燃?xì)膺M(jìn)口連通；所述凈化分離單元3設(shè)置有煤層有效燃?xì)獬隹诤虲O2氣體出口 ；所述凈化分離單元3的CO2氣體出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口 25連通。
[0043]本實(shí)施方式由于采用了地下氣化單元的煤層混合燃?xì)獬隹谂c凈化分離單元的煤層混合燃?xì)膺M(jìn)口連通；凈化分離單元設(shè)置有煤層有效燃?xì)獬隹诤虲O2氣體出口 ；凈化分離單元的CO2氣體出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口連通的技術(shù)手段，所以，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO2氣體的循環(huán)利用，變廢為寶，有利于氣化劑的無(wú)限生成，而且，也減少了 CO2氣體在空氣中的排放量，有利于低碳開(kāi)采煤炭。
[0044]作為本實(shí)施方式更進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖1所示，所述系統(tǒng)還包括發(fā)電單元5和化工合成單元4 ;所述發(fā)電單元5設(shè)置有煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口 ；所述化工合成單元4設(shè)置有煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口 ；所述凈化分離單元3的煤層有效燃?xì)獬隹诜謩e與化工合成單元4的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口和發(fā)電單元5的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口連通。
[0045]本實(shí)施方式由于采用了凈化分離單元的煤層有效燃?xì)獬隹诜謩e與化工合成單元的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口和發(fā)電單元的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口連通的技術(shù)手段，所以，可不必引入外來(lái)電能驅(qū)動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)就地取材、就地發(fā)電驅(qū)動(dòng)設(shè)備，自給自足，循環(huán)生產(chǎn)，免去了漫長(zhǎng)的輸電線(xiàn)路的鋪設(shè)，大大節(jié)省了電路成本，為打井施工提供了更大的方便。
[0046]作為本實(shí)施方式再更進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖1至圖5所示，所述化工合成單元4設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣出口 ；所述發(fā)電單元5設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣進(jìn)口 ；所述化工合成單元4的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口 25連通；所述發(fā)電單元5的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口25連通；所述化工合成單元4的尾氣出口與所述發(fā)電單元5的尾氣進(jìn)口連通。
[0047]本實(shí)施方式由于采用了化工合成單元設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣出口 ；發(fā)電單元設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣進(jìn)口 ；化工合成單元的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口連通；發(fā)電單元的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口連通；化工合成單元的尾氣出口與所述發(fā)電單元的尾氣進(jìn)口連通的技術(shù)手段，所以，進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)了對(duì)水蒸汽H2O和CO2氣體的循環(huán)利用，變廢為寶，更有利于氣化劑的無(wú)限生成。[0048]作為本實(shí)施方式還更進(jìn)一步的改進(jìn)，如圖3和圖5所示，所述氣化通道21底部與煤層7底部之間的距離為煤層厚度的I / 10?I / 5。
[0049]本實(shí)施方式由于采用了氣化通道底部與煤層底部之間的距離為煤層厚度的I /10?I / 5的技術(shù)手段，所以，可以煤層得到充分的氣化，有利于充分開(kāi)采地下煤層。
[0050]本實(shí)用新型的工作原理和具體工藝參數(shù)如下。
[0051]本實(shí)用新型利用煤炭地下氣化技術(shù)氣化地下煤炭資源，在煤層和油層互存的地層中，利用廢油井建設(shè)地下氣化單元，該系統(tǒng)中，氣化劑制取單元，將空氣分離成O2和N2,并將
O2、水蒸氣、CO2等按比例混合成氣化劑注入煤炭地下氣化單元；在地下氣化單元里將煤層用高溫氧氣點(diǎn)燃，使煤層和氣化劑發(fā)生燃燒、氣化、熱解反應(yīng)生成混合煤氣，并導(dǎo)入凈化分離單元；煤氣凈化與分離單元將混合煤氣凈化后分離成有效氣體(h2、co、ch4)和C02，CO2氣體作為地下氣化單元的氣化劑的一個(gè)組分回注進(jìn)地下氣化單元，從而實(shí)現(xiàn)了化石能源低碳循環(huán)開(kāi)采。
[0052]將有效氣體導(dǎo)入到化工合成單元及發(fā)電單元,化工合成單元將有效氣體合成為天然氣、油品等化工產(chǎn)品；化工合成單元產(chǎn)生的水蒸氣和CO2氣體回注進(jìn)地下氣化單元得到進(jìn)一步的循環(huán)利用，發(fā)電單元所產(chǎn)生的電能用于各單元的動(dòng)力消耗。發(fā)電單元所產(chǎn)生的水蒸氣和CO2氣體回注進(jìn)地下氣化單元得到再進(jìn)一步的循環(huán)利用。
[0053](I)選擇合適的廢油井作為地下氣化的出氣井，在廢油井底部放置止?jié){塞，將廢油井底部注漿充填，高度為煤層和油層隔離層厚度的1/3?2/3，留有煤氣冷凝物儲(chǔ)倉(cāng)，在煤層段的套管采用定向爆破或射孔技術(shù)，破壞廢油管井壁，并與煤層導(dǎo)通，形成出氣井。
[0054](2)在一個(gè)廢棄油井附近(距離大于200m)或一組廢油井中部的煤層中施工定向井，利用定向水平井技術(shù)，在煤層中向各廢油井施工定向水平井，水平井在煤層底部，保持距離煤層底部等高線(xiàn)距離為煤層厚度的I / 5?I / 10，并與破壞的廢油井井壁溝通，從而導(dǎo)通出氣井，形成一個(gè)或多個(gè)氣化工作面。
[0055](3)在定向井布置連續(xù)柔性管，連續(xù)柔性管下部的出口端與所述氣化通道之間的距離為20-80m，在連續(xù)柔性管里注入溫度接近煤層燃點(diǎn)的氧氣，將煤層強(qiáng)制氧化點(diǎn)燃，煤層點(diǎn)燃后由連續(xù)柔性管注入常溫氧氣，在連續(xù)柔性管與定向孔的環(huán)形空間內(nèi)注入水蒸氣和CO2的混合氣體，使煤層燃燒、氣化、熱解而產(chǎn)生含有H2、CO、CH4, CO2的混合煤氣，由出氣井導(dǎo)出。注氣壓力小于當(dāng)?shù)孛簩屿o水壓力。
[0056](4)第一個(gè)氣化腔在達(dá)到設(shè)計(jì)燃燒的煤量后，將連續(xù)柔性管后退20-80m，重新注入溫度接近煤層燃點(diǎn)的氧氣將煤層強(qiáng)制氧化點(diǎn)燃，煤層點(diǎn)燃后由連續(xù)柔性管注入常溫氧氣，在連續(xù)柔性管與定向孔的環(huán)形空間內(nèi)注入水蒸氣和CO2的混合氣體，使煤層燃燒、氣化、熱解而產(chǎn)生含有H2、CO、CH4、CO2的混合煤氣，由出氣井導(dǎo)出，形成第二個(gè)氣化腔，以此類(lèi)推，最后一個(gè)注氣位置在定向井的水平點(diǎn)。一個(gè)氣化工作面結(jié)束后以同樣的方法啟動(dòng)另一個(gè)氣化工作面。
[0057]煤氣凈化分離單元，用于將廢油井導(dǎo)出的混合煤氣凈化后分離成有效氣體(H2、CO、CH4)和C02。將有效氣體導(dǎo)入到化工合成單元及發(fā)電單元，將CO2氣體回送到地下氣化單元。
[0058]CO2 + C = 2C0
[0059]H2CHC = H2+C0[0060]化工合成單元及發(fā)電單元，將有效氣體合成為油、天然氣等化工產(chǎn)品；化工合成的尾氣(其中包含有效氣體H2、CO、CH4)用于發(fā)電，由于有效氣組分高可提高合成和發(fā)電效率，所產(chǎn)生的電能用于各單元的動(dòng)力消耗。
[0061]上述系統(tǒng)還可以用于煤層和頁(yè)巖氣層、油頁(yè)巖層、煤層氣層等伴生資源的低碳循環(huán)開(kāi)采。
[0062]在煤和油、特別是稠油伴生區(qū)域，油層深度1500米，煤層深度1200米，煤層厚度20米，煤層和油層間距280米。利用原油開(kāi)采的廢棄油井，施工定向井建設(shè)地下煤層氣化爐，廢油井作為地下氣化爐出氣井，在廢棄油井附近施工定向井，由定向井布置連續(xù)柔性管，向氣化煤層送入氣化劑，在定向井里分段氣化煤層，生成混合煤氣，由廢油井導(dǎo)出，并將混合煤氣導(dǎo)入凈化分離單元。具體步驟如下:
[0063](I)選擇兩個(gè)廢油井(距離大于400m)作為地下氣化的出氣井，在廢油井底部放置止?jié){塞，將廢油井底部注漿充填，充填高度為200米，孔底留80米的高度的空間，作為煤氣冷凝物儲(chǔ)倉(cāng)。在煤層段的套管采用定向爆破或射孔技術(shù)，破壞廢油管井壁，并與煤層導(dǎo)通，形成出氣井。
[0064](2)在兩個(gè)廢棄油井中部的煤層中施工定向井，首選選擇一口出氣井為目標(biāo)，利用定向水平井技術(shù)，在煤層中向出氣井施工定向水平井，水平井在煤層底部，水平井軌跡保持距離煤層底部等高線(xiàn)距離為2米，并與破壞的井壁導(dǎo)通，從而溝通出氣井。
[0065](3)在定向井布置連續(xù)柔性管，未端距出氣孔50m，在連續(xù)柔性管里注入溫度接近煤層燃點(diǎn)的氧氣，將煤層強(qiáng)制氧化點(diǎn)燃，煤層點(diǎn)燃后，由連續(xù)柔性管注入常溫氧氣，在連續(xù)柔性管與定向孔的環(huán)形空間內(nèi)注入水蒸氣和CO2的混合氣體，使煤層燃燒、氣化、熱解而產(chǎn)生含有h2、co、ch4、co2的混合煤氣，由出氣井導(dǎo)出。注氣壓力小于當(dāng)?shù)孛簩屿o水壓力。
[0066](4)第一個(gè)氣化腔在達(dá)到設(shè)計(jì)燃燒的煤量后，將連續(xù)柔性管后退50m，重新注入溫度接近煤層燃點(diǎn)的氧氣將煤層強(qiáng)制氧化點(diǎn)燃，煤層點(diǎn)燃后由連續(xù)柔性管注入常溫氧氣，在連續(xù)柔性管與定向孔的環(huán)形空間內(nèi)注入水蒸氣和CO2的混合氣體，使煤層燃燒、氣化、熱解而產(chǎn)生含有h2、co、ch4、co2的混合煤氣，由出氣井導(dǎo)出，形成第二個(gè)氣化腔，以此類(lèi)推，最后一個(gè)注氣位置在定向井的水平點(diǎn)。一個(gè)氣化工作面結(jié)束后，提出連續(xù)柔性管。
[0067](5)利用定向孔的垂直段，以同樣的方法向另一個(gè)出氣井施工定向水平孔，下放連續(xù)柔性管，氣化另一個(gè)工作面。
[0068](6)如圖5所示為保證產(chǎn)能需求，可以有多個(gè)定向井同時(shí)氣化。
[0069]地下氣化粗煤氣由廢油井改造的出氣井導(dǎo)出，在地面凈化分離分別導(dǎo)出有效氣體(H2, CO、CH4)和C02。有效氣體導(dǎo)入化工合成單元，CO2導(dǎo)入地下氣化單元。
[0070]有效氣體用于化工合成，生產(chǎn)甲烷或油品，化工合成的尾氣(其中包含有效氣體H2, CO、CH4)用于發(fā)電，所產(chǎn)生的電能用于各單元的動(dòng)力消耗。由于有效氣組分高可提高合成和發(fā)電效率。
[0071]一組廢油井中部的煤層中施工定向井，可形成多個(gè)氣化工作面。地下氣化單元推進(jìn)接替布置，可實(shí)現(xiàn)煤層的低碳循環(huán)開(kāi)采。
[0072]本實(shí)用新型所述的系統(tǒng)和方法并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型技術(shù)創(chuàng)新范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，包括地下氣化單元；所述地下氣化單元包括設(shè)置在煤層中的氣化通道；所述氣化通道的一端設(shè)置有氣化劑進(jìn)口，另一端設(shè)置有煤層混合燃?xì)獬隹?；其特征在于:所述氣化劑進(jìn)口由廢油井或廢氣井改造而成和/或所述煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U油井或廢氣井改造而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，其特征在于:所述氣化劑進(jìn)口由廢油井改造而成是在所述廢油井的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向油管內(nèi)注漿充填；注漿的頂面位于煤層附近；對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使位于煤層段的油管管壁脫落，煤層暴露出來(lái)；所述油管在暴露出來(lái)的煤層處與所述氣化通道的一端連通；所述氣化劑進(jìn)口由廢氣井改造而成是在所述廢氣井的氣管內(nèi)靠近該廢氣井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向氣管內(nèi)注漿充填；注漿的頂面位于煤層附近；對(duì)位于煤層段的氣管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使位于煤層段的氣管管壁脫落，煤層暴露出來(lái)；所述氣管在暴露出來(lái)的煤層處與所述氣化通道的一端連通；所述煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U油井改造而成是在所述廢油井的油管內(nèi)靠近該廢油井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向油管內(nèi)注漿充填；注漿的高度為煤層和油層隔離層厚度的1/3至2 /3;對(duì)位于煤層段的油管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使油管與所述氣化通道的另一端連通；油管與所述氣化通道的連通處到所述注漿頂面之間的空腔形成燃?xì)饫淠飪?chǔ)倉(cāng)；所述煤層混合燃?xì)獬隹谟蓮U氣井改造而成是在所述廢氣井的氣管內(nèi)靠近該廢氣井的底部設(shè)置有止?jié){塞；向氣管內(nèi)注漿充填；注漿的高度為煤層和氣層隔離層厚度的1/3至2 /3 ;對(duì)位于煤層段的氣管管壁采用定向爆破或射孔方法實(shí)施破壞，使氣管與所述氣化通道的另一端連通；氣管與所述氣化通道的連通處到所述注漿頂面之間的空腔形成燃?xì)饫淠飪?chǔ)倉(cāng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，其特征在于:所述氣化通道有多個(gè)；多個(gè)所述氣化通道呈直線(xiàn)形并水平設(shè)置；多個(gè)所述氣化通道的一端相互連通并共用一個(gè)氣化劑進(jìn)口，所述氣化劑進(jìn)口是豎直定向井，所述豎直定向井中設(shè)置有可向任一個(gè)氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管，所述連續(xù)柔性管的上部外側(cè)壁與所述豎直定向井的頂部密封連接，所述豎直定向井的上部開(kāi)有水蒸氣氏0和0)2氣體的進(jìn)口，多個(gè)所述氣 化通道的另一端分別連通到所述的廢油井和/或廢氣井；或者，多個(gè)所述氣化通道的另一端相互連通并共用一個(gè)廢油井或廢氣井；多個(gè)所述氣化通道的一端分別設(shè)置有氣化劑進(jìn)口，所述氣化劑進(jìn)口是豎直定向井，每一個(gè)所述豎直定向井中均設(shè)置有可向氣化通道插入并從該氣化通道拔出的連續(xù)柔性管，每一個(gè)所述連續(xù)柔性管的上部外側(cè)壁與所在豎直定向井的頂部密封連接，每一個(gè)所述豎直定向井的上部均開(kāi)有水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，其特征在于:所述連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為20-80m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，其特征在于:所述連續(xù)柔性管下部的出口與所述氣化通道另一端之間的初始距離為50m。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，其特征在于:所述地下氣化單元的煤層混合燃?xì)獬隹谂c凈化分離單元的煤層混合燃?xì)膺M(jìn)口連通；所述凈化分離單元設(shè)置有煤層有效燃?xì)獬隹诤虲O2氣體出口 ；所述凈化分離單元的CO2氣體出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體的進(jìn)口連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)還包括發(fā)電單元和化工合成單元；所述發(fā)電單元設(shè)置有煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口 ；所述化工合成單元設(shè)置有煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口 ；所述凈化分離單元的煤層有效燃?xì)獬隹诜謩e與化工合成單元的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口和發(fā)電單元的煤層有效燃?xì)膺M(jìn)口連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，其特征在于:所述化工合成單元設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣出口 ；所述發(fā)電單元設(shè)置有水蒸氣H2O出口和尾氣進(jìn)口 ；所述化工合成單元的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口連通；所述發(fā)電單元的水蒸氣H2O出口與所述豎直定向井上部的水蒸氣H2O和CO2氣體進(jìn)口連通；所述化工合成單元的尾氣出口與所述發(fā)電單元的尾氣進(jìn)口連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化石能源共存區(qū)域的煤炭地下氣化開(kāi)采系統(tǒng)，其特征在于:所述氣化通道底部與煤層底部之`間的距離為煤層厚度的I / 10~I / 5。
【文檔編號(hào)】E21B43/30GK203476308SQ201320586731
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】梁杰, 趙麗梅, 梁棟宇, 王張聊, 樊陳子, 劉淑琴, 崔勇, 梁鯤 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)