煤炭地下气化系统.pdf

本发明提供一种煤炭地下气化系统，包括采用定向钻水平井的进气井，所述进气井内设置有可控移动的注气装置，所述注气装置用于在注气点位置注入气化剂；采用定向钻水平井的进水井，所述进水井的水平段位于进气井的水平段竖直上方，所述进水井内设置有可控移动的注水装置，所述注水装置用于在注水点位置注入水或者水蒸气；控制装置，用于控制注气装置和注水装置逐步后退相应距离，使得注水装置的注水点位置能够跟随注气装置的注气点位置移动来将水或者水蒸气注入煤层移动的炽热区域，因此能够提高水或者水蒸气的利用率。

1.  一种煤炭地下气化系统，其特征在于，该系统包括：
采用定向钻水平井的进气井(1)，所述进气井(1)内设置有可控移动的注 气装置(8)，所述注气装置(8)用于在注气点位置注入气化剂；
采用定向钻水平井的进水井(2)，所述进水井(2)的水平段位于进气井(1) 的水平段竖直上方，所述进水井(2)内设置有可控移动的注水装置(9)，所述 注水装置(9)用于在注水点位置注入水或者水蒸气；
连通进气井(1)终点的贯通井(4)；
控制装置(7)，用于控制注气装置(8)和注水装置(9)逐步后退相应距离， 使得注水装置(9)的注水点位置能够跟随注气装置(8)的注气点位置移动来 将水或者水蒸气注入煤层(5)燃烧时移动的炽热区域。

2.  根据权利要求1所述的煤炭地下气化系统，进一步包括：
采用定向钻水平井的出气井(3)，所述出气井(3)的终点连通至上述贯通 井(4)，所述出气井(3)水平段位于进水井(2)竖直上方且内部设置有筛管。

3.  根据权利要求1或2所述的煤炭地下气化系统，其特征在于：
所述进气井(1)的水平段内设置有筛管或者高温可燃材料制成的套管，所 述注气装置(8)设置于该筛管或者套管内。

4.  根据权利要求1或2所述的煤炭地下气化系统，其特征在于：
所述进水井(2)的水平段的内设置有筛管，所述注水装置(9)设置于该 筛管内。

5.  根据权利要求1或2所述的煤炭地下气化系统，其特征在于：
所述进水井(2)的水平段位于进气井(1)的水平段竖直上方4～10m位置。

6.  根据权利要求1或2所述的煤炭地下气化系统，其特征在于：
所述贯通井(4)还连通至进水井(2)的终点。

7.  根据权利要求1或2所述的煤炭地下气化系统，进一步包括：
用于测量排出气体温度的第一测温装置(10)，所述控制装置(7)在第一测温 装置(10)测得的温度大于200℃时控制注气装置(8)后退相应距离并控制注 水装置(9)注入定量的水或者水蒸气。

8.  根据权利要求1或2所述的煤炭地下气化系统，进一步包括：
用于测量排出气体中可燃气体组分的组分检测装置(11)，其中所测得可燃 物的组分用于计算排出气体的热值，所述控制装置(7)在计算得到的出气热值小 于800千卡每标方或者下降25％时控制注气装置(8)后退相应距离并控制注水 装置(9)注入定量的水或者水蒸气。

9.  根据权利要求1或2所述的煤炭地下气化系统，进一步包括：
附加于注水装置(9)上的第二测温装置(12)，用于测量位于注水点位置 后方特定距离点的温度，所述控制装置(7)在第二测温装置(12)测得的温度值 大于50℃时控制注水装置(9)后退相应距离。

10.  根据权利要求1或2所述的煤炭地下气化系统，其特征在于：
所述可控移动的注气装置(8)和/或注水装置(9)的结构为连续油管以及 连接至所述连续油管一端的注射头。

煤炭地下气化系统
技术领域
本发明涉及煤炭开采领域，尤其涉及一种煤炭地下气化系统。
背景技术
煤炭地下气化(Underground Coal Gasification)是将处于地下的煤炭进行有控 制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。在煤炭地下气 化实施过程中，需要注入气化剂以及水或者水蒸气，其中水或者水蒸气用于与 炽热煤层发生水煤气反应来生成氢气和一氧化碳。
现有技术如专利申请2013100641272.5公开的煤炭地下气化系统，其水或者 水蒸气的注入点位置固定设置于进气通道内，其注入的水或者水蒸气随着气化 剂一起进入气化通道。在气化过程中，炽热煤层通常位于其注气点和气化通道 上方，导致其注入的水或者水蒸气大部分积存于燃空区域。如此使得大部分水 或者水蒸气无法参加水煤气反应，因此降低了水或者水蒸气的利用率。
发明内容
本发明提供一种将水或者水蒸气注入煤层燃烧时移动的炽热区域的煤炭地 下气化系统来解决上述技术问题，该系统包括：
采用定向钻水平井的进气井，所述进气井内设置有可控移动的注气装置， 所述注气装置用于在注气点位置注入气化剂；
采用定向钻水平井的进水井，所述进水井的水平段位于进气井的水平段竖 直上方，所述进水井内设置有可控移动的注水装置，所述注水装置用于在注水 点位置注入水或者水蒸气；
连通进气井终点的贯通井；
控制装置，用于控制注气装置和注水装置逐步后退相应距离，使得注水装 置的注水点位置能够跟随注气装置的注气点位置移动来将水或者水蒸气注入煤 层燃烧时移动的炽热区域。
在本发明的一个实施例中，该系统还包括采用定向钻水平井的出气井，该 出气井的终点连通至上述贯通井，所述出气井的水平段位于进水井的水平段竖 直上方且内部设置有筛管。
在本发明的一个实施例中，所述进气井的水平段内设置有筛管或者高温可 燃材料制成的套管，所述注气装置设置于该筛管或者套管内。
在本发明的一个实施例中，所述进水井)的水平段的内设置有筛管，所述 注水装置设置于该筛管内。
在本发明的一个实施例中，该系统还包括所述进水井的水平段位于进气井 的水平段竖直上方4～10m位置。
在本发明的一个实施例中，所述贯通井还连通至进水井的终点。
在本发明的一个实施例中，该系统还包括用于测量排出气体温度的第一测 温装置，所述控制装置在第一测温装置测得的温度大于200℃时控制注气装置后 退相应的距离并控制注水装置注入定量的水或者水蒸气。
在本发明的一个实施例中，该系统还包括用于测量排出气体中可燃气体组 分的组分检测装置，其中所测得可燃物的组分用于计算排出气体的热值，所述 控制装置在计算得到的出气热值小于800千卡每标方或者下降25％时控制注气 装置后退相应距离并控制注水装置注入定量的水或者水蒸气。
在本发明的一个实施例中，所述可控移动的注气装置和/或注水装置的结构 为连续油管以及连接至该连续油管一端的注射头。
上述煤炭地下气化系统设置有可控移动的注水装置和注气装置，通过控制 注水装置和注气装置交替后退并在交替期间控制注水装置注入水或者水蒸气， 如此使得注水装置的注水点位置能够跟随注气装置的注气点位置移动来将水或 者水蒸气注入煤层移动的炽热区域，因此能够提高水或者水蒸气的利用率。
附图说明
图1和图2是本发明煤炭地下气化系统的气化工作面第一较佳实施方式的 示意图。
图3是本发明煤炭地下气化系统的气化工作面第二较佳实施方式的示意图。
图4是本发明煤炭地下气化系统较佳实施方式控制部分的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以 下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出具体实施方式、结构、特征及其 功效，详细说明如后。
关于实施例：
请参见图1和图2，本发明一种煤炭地下气化系统的第一较佳实施方式的气 化工作面包括进气井1、进水井2以及贯通井4。
进气井1采用定向钻水平井，其从煤层5的一侧穿过上覆岩层6后贯通到 煤层5中，用于提供注气(气化剂)通道。进气井1的水平段通常位于煤层5 底板的竖直上方0.5～2m位置。在本实施方式当中，进气井1水平段位于煤层5 底板上方1m位置。图1和图2中进气井1的水平段总长度为250m。所述进气 井1的水平段可以为裸孔，也可以在其内部设置筛管或者高温可燃材料(例如 玻璃钢)制成的套管，使得气化剂能够顺利从注气点位置排出来辅助煤层燃烧。 所述进气井1的造斜段和竖直段可以分别采用石油套管。所述进气井1的水平 段、造斜段和竖直段套管孔径统一为177mm。
进水井2采用定向钻水平井从煤层5设置进气井1的相同侧穿过上覆岩层6 后贯通到煤层5中，用于提供注水(水或者水蒸气)通道。进水井2的水平段 位于进气井1水平段竖直上方4～10m位置。在本实施方式当中，进水井2水平 段位于进气井1水平段套管上方10m位置。图1中进水井2的总长度为255m， 图2中进水井总长度为250m。所述进水井2的水平段可以为裸孔，也可以在其 内设置筛管，如此使得水或者水蒸汽能够从注水点位置顺利排出并参加水煤气 反应。所述进水井2的造斜段和竖直段内可以设置石油套管。所述进水井2的 水平段、造斜段和竖直段套管的孔径统一为177mm。
贯通井4从煤层5的另一侧穿过上覆岩层6后贯通到煤层5中。图1中贯 通井4采用定向钻斜井，造斜段部分采用石油套管，套管以下部分采用裸孔连 通进气井1的终点。图2中贯通井4采用石油套管的竖直井，套管以下部分采 用裸孔连通进气井1的终点。贯通井4还连通至进水井2的终点，如此使得煤 气排出更加顺畅。图1和图2中贯通井4套管孔径都为177mm。
工作面连通后，对各通道实施高压空气吹扫，吹扫后就实现了该气化工作 面构建。工作面构建完成后，由贯通井4在进气井1终点的位置处实施点火。 点火完成后，由进气井1注入气化剂，由进水井2注入水或者水蒸气，工作面 产生的煤气由贯通井4排出气化工作面。
请参见图3，本发明一种煤炭地下气化系统的气化工作面的第二较佳实施方 式的示意图。该实施方式的气化工作面包括进气井1、进水井2、出气井3以及 贯通井4。
进气井1采用定向钻水平井从煤层5的一侧穿过上覆岩层6后贯通到煤层5 中，用于提供注气(气化剂)通道。进气井1的水平段位于煤层5底板的上方 0.5～2m位置。在本实施方式当中，进气井1水平段位于煤层5底板上方1m位 置，进气井1的水平段总长度为250m。所述进气井1的水平段可以为裸孔，也 可以在其内设置筛管或者高温可燃材料(例如玻璃钢)制成的套管，使得气化 剂能够从注气点位置顺利排出来辅助煤层燃烧。所述进气井1的造斜段和竖直 段内可以设置石油套管。所述进气井1的水平段、造斜段和竖直段套管孔径统 一为177mm。
进水井2采用定向钻水平井从煤层5设置进气井1的相同侧穿过上覆岩层6 后贯通到煤层5中，用于提供注水通道。进水井2的水平段位于进气井1水平 段竖直上方4～10m位置。在本实施方式当中，进水井2水平段位于进气井1水 平段套管上方10m位置，进水井2的总长度255m。所述进水井2的水平段可以 为裸孔，也可以在其内设置筛管，如此使得水或者水蒸汽能够从注水点位置顺 利排出并参加水煤气反应。所述进水井2的造斜段和竖直段分别可以采用石油 套管。所述进水井2的水平段、造斜段和竖直段套管的孔径统一为177mm。
出气井3采用定向钻水平井从煤层5设置进气井1的相同侧穿过上覆岩层6 后贯通到煤层5中。所述出气井3的水平段位于进气井1水平段竖直上方15m 位置，水平段总长度为258m。所述出气井3的水平段内设置有筛管，所述出气 井3的造斜段和竖直段内分别设置有石油套管。所述筛管结构有利于生成的煤 气进入出气井3。所述筛管可以由高温可燃材料制成，例如玻璃钢。所述出气井 3水平段、造斜段和竖直段套管孔径统一为215mm。
贯通井4从煤层5的另一侧穿过上覆岩层6后贯通到煤层5中。在本实施 方式当中，贯通井4采用石油套管定向钻斜井，套管以下部分采用裸孔连通进 气井1和出气井3的终点。贯通井4套管孔径为177mm。
工作面连通后，对各通道实施高压空气吹扫，吹扫后就实现了气化工作面 构建。工作面构建完成后，由贯通井4在进气井1终点的位置处实施点火。点 火完成后关闭贯通井4，由进气井1注入气化剂，由进水井2注入水或者水蒸气， 工作面产生的煤气由出气井3排出气化工作面。
参考图4，该煤炭地下气化系统还包括控制装置7、设置于进气井1中可控 移动的注气装置8、设置于进水井2中的可控移动的注水装置9。注气装置8用 于在注气点位置注入辅助煤层5燃烧的气化剂。注水装置9用于在注水点位置 注入水煤气反应所需要的水或者水蒸气。在本实施方式当中，注气装置8和/或 注水装置9的结构为连续油管以及连接至连续油管一端的注射头，通过拉拽连 续油管的另一端来控制注气装置8和注水装置9后退。当注气装置8和注水装 置9移动时，其注气点位置和注水点位置也相应移动。
控制装置7用于控制注气装置8和注水装置9逐步后退相应距离(例如每 次后退距离4～6m)，使得注水装置的注水点位置能够跟随注气装置8的注气点 位置移动来将水或者水蒸气注入煤层5燃烧时移动的炽热区域。
在本实施方式当中，该煤炭地下气化系统包括用于测量排出气体温度的第 一测温装置10或者用于测量排出气体中可燃气体组分的组分检测装置11，其中 所测得可燃物的组分用于计算排出气体的热值。当第一测温装置10测得的温度 大于200℃，或者在计算得到的出气热值小于800千卡每标方或者下降25％时， 表明注气装置8注入的气化剂接触的新鲜煤层变少，多余的气化剂已经燃烧掉 有效组分，因此控制装置7需要及时控制注气装置8后退上述相应距离并控制 注水装置9注入水或者水蒸气。
在其他实施方式当中，该煤炭地下气化系统可以不包括上述第一测温装置 10和组分检测装置11，所述控制装置7可以根据煤层质量及厚度等特征计算出 4～6m煤层燃烧掉有效组分所需的时间，进而可以得出注入水或者水蒸气的最佳 时间以及控制注气装置8和注水装置9后退的时间。
该煤炭地下气化系统还可以包括附加于注水装置9上的第二测温装置12。 该第二测温装置12用于测量位于注水装置9注水点位置后方特定距离点的温 度，例如可以为注水点位置2m或4m位置。在第二测温装置12测得的温度值 大于50℃时，此时控制装置7需要控制注水装置9后退相应距离，使得注水装 置9的注水点位于注气装置8注气点位置的正上方，因此可以避免烧断所述注 水装置9。
综上所述，本发明的煤炭地下气化系统至少具有以下的优点：
1.在本发明的煤炭地下气化系统中，所述煤炭地下气化系统设置有可控移 动的注水装置和注气装置，通过控制注水装置和注气装置交替后退并在交替期 间控制注水装置注入水或者水蒸气，如此使得注水装置的注水点位置能够跟随 注气装置的注气点位置移动来将水或者水蒸气注入煤层移动的炽热区域，因此 能够提高水或者水蒸气的利用率。
2.在本发明的煤炭地下气化系统的一个实施例中，第二测温装置用于测量 位于注水装置注水点位置后方特定距离点的温度。在第二测温装置测得的温度 值大于50℃时，此时控制装置需要控制注水装置后退相应距离，使得注水装置 的注水点位于注气装置注气点位置的正上方，因此可以避免烧断所述注水装置。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用 在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。