一种构建气化炉通道的地下煤炭气化方法

摘要

本发明属于煤炭地下气化技术领域，具体涉及一种构建气化炉通道的地下煤炭气化方法，包括主、辅注入孔，主、辅出气孔，排水孔，压裂区域，水平孔，封孔器，温度、压力监测仪器，注入孔和出气孔以地面煤矿采掘面为基点，形成一个“一”字形的队列，其队列走向和井下水平孔一致。本发明利用井下钻孔与地面注入孔煤层段对接的方式形成气化通道，具有成本低、对接成功率高等特点，特别适用于无经济开采价值的废弃矿井。

说明书

技术领域

本发明属于煤炭地下气化技术领域，具体涉及一种构建气化炉通道的地 下煤炭气化方法。

背景技术

地下煤炭气化技术可提供一种洁净有效的能源，用于气化的煤层是那些常 规开采工艺不能开采或者开采不经济的煤层，完全不同于现行机械化采煤、炸 药爆破采煤等生产工艺，它通过相关设备和运行系统在地下控制煤炭燃烧产生 化学反应，把煤炭在地下直接变成二次清洁能源输出。地下煤炭气化也是生产 及运输方式的变革，可以使得人们通过管道集输来使用清洁燃气，也可以现场 直接使用煤气来发电。

当前气化工艺通常分为无井式、有井式两种，其中，有井式气化法需要预 先建立地下通道，施工量大、成本高；无井式消除了地下作业，建井周期短。 为了控制不同煤层赋存条件的煤层气化过程，需采用不同的气化炉结构。当前 我国地下煤炭气化形成气化炉的主要方法是在地面利用定向钻进技术连通进气 孔和出气孔，但是仍然存在建井成本高、地面孔间连通成功率低等问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，主要解决孔间连通成功率问题，特别适用 于无经济开采价值的废弃煤矿。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种构建气化炉通道的地下 煤炭气化方法，其工艺步骤如下：

一、在气化作业区地面钻注入孔，依据矿区钻孔和上述实钻孔的资料，优 选厚度较大且稳定的煤层；

二、在煤矿井下利用定向跟管钻进技术连通地面注入孔，再顺连接方向在 煤层里继续钻进，形成一条可燃套管支撑的水平孔气化通道；

三、在煤矿井下利用井下压裂设备，实施水平孔的分段压裂作业；

四、压裂作业结束后，采取水平孔封孔技术对井下钻孔与注入孔之间的孔 眼用封孔器进行封堵，并在所述封孔器上安装压力、温度监测仪器，实时监控 注入孔的孔底压力、温度参数；

五、在地面顺着水平孔压裂区域钻出气孔，确保出气孔的煤层段位于井下 压裂区域范围内；

六、通过注入孔泵入气化剂、水和催化剂点燃煤层，在地面出气孔回收气 体；

七、当产量不足时，继续沿着水平孔压裂区域钻孔，原出气孔转为注入孔， 新钻孔作为出气孔。

所述注入孔和出气孔以地面煤矿采掘面为基点，形成一个“一”字形的队 列，其队列走向和井下水平孔一致。

所述注入孔和出气孔之间的距离在20～80m，优选为50m左右。

所述注入孔钻孔施工时，在煤层段下入玻璃钢套管，以便固井后下入机械 造穴工具对煤层段进行扩径，以提高对接成功率。

所述水平孔的分段压裂作业所采用的支撑剂为金属颗粒。

本发明的有益效果：本发明利用井下钻孔与地面注入孔煤层段对接的方式 形成气化通道，具有成本低、对接成功率高等特点，特别适用于废弃矿井。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明井下定向钻进剖面图；

图2是本发明“一”字形气化炉平面布置图。

图中：1、主注入孔，2、辅注入孔，3、辅出气孔，4、主出气孔，5、排水 孔，6、压裂区域，7、水平孔，8、封孔器，9、压力、温度监测仪器，10、煤 矿井下巷道。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明提出的一种构建气化炉通道的地下煤炭气化方法， 其工艺步骤如下：

一、在气化作业区地面钻注入孔，依据矿区钻孔和上述实钻孔的资料，优 选厚度较大且稳定的煤层；

二、在煤矿井下利用定向跟管钻进技术连通地面注入孔，再顺连接方向在 煤层里继续钻进，形成一条可燃套管支撑的水平孔气化通道；

三、在煤矿井下利用井下压裂设备，实施水平孔的分段压裂作业；

四、压裂作业结束后，采取水平孔封孔技术对井下钻孔与注入孔之间的孔 眼用封孔器进行封堵，并在所述封孔器上安装压力、温度监测仪器，实时监控 注入孔的孔底压力、温度参数；

五、在地面顺着水平孔压裂区域钻出气孔，确保出气孔的煤层段位于井下 压裂区域范围内；

六、通过注入孔泵入气化剂、水和催化剂点燃煤层，在地面出气孔回收气 体；

七、当产量不足时，继续沿着水平孔压裂区域钻孔，原出气孔转为注入孔， 新钻孔作为出气孔。

所述注入孔和出气孔以地面煤矿采掘面为基点，形成一个“一”字形的队 列，其队列走向和井下水平孔一致。

所述注入孔和出气孔之间的距离在20～80m，优选为50m左右。

所述注入孔钻孔施工时，在煤层段下入玻璃钢套管，以便固井后下入机械 造穴工具对煤层段进行扩径，以提高对接成功率。

所述水平孔的分段压裂作业所采用的支撑剂为金属颗粒。

煤层段一般扩径至0.4～0.5m，为了提高煤层燃烧面积，可以根据煤体结构 情况，考虑提高扩径值。

出气孔完孔固井时，在煤层段下入可燃套管，以便点燃煤层形成产气通道。

可燃套管可以是玻璃钢套管、PE管。

气化剂可以是空气，也可以是氧气。

排水孔用于排放井下沉积的废水。

在本发明的实施例中，1、2为主、辅注入孔，4、3为主、辅出气孔，5为 排水孔，7为水平孔。1号孔与井下掘进面的水平距离在50m左右，2号孔与3 号孔的距离为50m，3号孔与4号孔的距离为40m，4号孔与5号孔的距离为30m， 5号孔与6号孔的距离为25m，其中所有注、出孔的孔径为215.9mm，井下水平 孔的孔径为100～110mm。

本实施例的具体工艺步骤如下：

第一步，利用定向跟管钻进技术，在煤矿井下巷道10沿着煤层钻进且实现 1号孔的连通后，顺连接方向继续在煤层里继续钻进，形成一条水平孔7气化通 道；

第二步，在煤矿井下利用井下压裂设备，实施水平孔的分段压裂作业；

第三步，对井下水平孔7与注入孔1之间的孔眼进行封孔，确保注气后井 下巷道不漏气，同时在封孔器8上安装压力、温度监测仪器9，对1号孔底的燃 烧压力、温度进行实时监控；

第四步，在地面对着井下水平孔7的压裂区域6，钻设2号、3号、4号和 5号孔；

第五步，通过注入孔1泵入气化剂、水和催化剂点燃煤层，利用地面出气 孔3、4回收气体。

当产量不足时，继续沿着水平孔压裂区域钻孔，原出气孔转为注入孔，新 钻孔作为出气孔。