[发明专利]一种煤炭地下气化贯通方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤炭地下气化贯通方法，本发明的方法适用于煤炭地下气化等领域。

背景技术

煤炭地下气化技术，是通过在地下煤层中直接构建气化炉，通入气化剂，有控制地使煤炭在地下进行气化反应，使煤炭在原地自然状态下转化为可燃气体并输送至地面的过程。

贯通是地下气化炉构建过程中的关键步骤之一，所谓贯通就是在气化过程开始前，人为地在进、出气钻孔底部沿煤层构建高渗透性通道的过程，用以保证向煤层顺畅供入气化剂和从煤层中排出煤气，以及提供气化反应所必须的热条件。

在煤炭地下气化技术发展历程中，国外尤其是前苏联等国家，针对不同煤层水文地质条件和物化特性，开发出了若干种气化通道的贯通方法，其中迄今为止研究和应用最广泛的方法主要有：空气火力渗透法、水力压裂法、电力贯通法等。这些贯通方法尽管其在原理与实施方式上存在差异但过程的本质相似，都必须借助外力增加自然煤层孔隙和裂隙之间的连通性，以提高煤层的透气性。一旦裂隙通道形成后，必然要对煤层热加工扩大成气化通道，因为初期形成的裂隙通道，是不能满足大规模气化生产工艺要求的，因其主要存在通道断面小、阻力大和过气量小等问题。热加工(通常称为火力贯通)，是指通过供入空气促进煤层燃烧，而煤层燃烧后进一步扩大裂隙通道断面的过程。一般按照进气方向与火焰前沿移动方向的关系又可以分为逆向火力贯通和正向火力贯通，其中逆向火力贯通趋于烧出狭窄的、直径固定的通道；而正向火力贯通一般以较宽的火焰前沿向前扩展。因此，逆向火力贯通可以形成规则的通道，正向火力贯通可以扩大火源。

但受制于地质条件的多样性和煤层自身结构的非均质性，国内外理论研究和实践结果表明，上述方法在具体应用中存在一定的缺陷，主要表现在：

1)煤层和地层条件影响较大：如对于埋藏较深或渗透性较低的煤层，采用火力渗透法贯通气化通道时，会遇到因地层压力大或煤层渗透性低时导致的裂隙难形成、裂隙扩展通道方向难控制、贯通效果和效率差等问题；水力压裂法应用于水敏煤层、松软地层时，由于煤层遇水易泥化，容易将压裂产生的裂隙重新堵塞，因而难以产生预期的效果；电力贯通法对含水量较高的煤层和地层则会导致过高的电流漏失等；

2)贯通距离较短：根据资料显示贯通距离一般小于50m，如果增加贯通距离，则必须提高压力或电流强度，但却会导致煤层围岩结构的破坏或增加贯通时间；

3)通道透气性不均匀、方向性较差：由于煤层自身孔隙和裂隙结构的非均质性，上述方法不能使煤层产生均匀的裂隙，尽管在钻孔之间能形成较高的透气性通道，但这些通道不成直线，易造成气化不均匀而增大煤的损失。

基于传统贯通方法存在的上述缺陷，近几十年来，国外研究机构和工业企业除对传统贯通方法进行改进外，分别研究和开发出了几种新的贯通方法，主要包括：定向钻进法、原子能爆破法、化学液破碎法等，其中定向钻进法由于具有：1)煤层和地层条件影响较小；2)贯通距离长；3)通道方向性强，通道断面规整，透气性均匀等优势，因而在国内外煤炭地下气化工程上得到了广泛的应用。

从已公开的文献资料和专利等来看，定向钻进法利用钻井定向和测量设备，通过实时控制钻进钻孔的斜度和方向，达到预计的目的层，从而在煤层中形成具有一定直径的定向通道。该定向通道能够代替传统贯通法形成的狭窄裂隙通道，起到连通竖向钻孔的作用。

现有定向钻进法一般采用冷态对接，即先利用定向钻进技术沿煤层施工水平井与竖向钻孔直接连通，为了防止塌孔、缩孔，通常在水平井内下放套管。冷态对接完成之后直接实施点火和气化，在具体实施方式上，一种方法是借助下放在井内的特殊机械装置在定向通道内直接实施点火，并通过控制井内机械装置进行进气点位置的转换，而不需要对水平井煤层进行热加工。如美国的CRIP(控制注气点后退)技术；一种方法是在竖向钻孔内实施点火，并对水平井煤层进行热加工，如专利CN101382065无井式地下气化工艺。实践结果表明，前者由于采取井内连续遥控点火，点火装置复杂，操作难度大，不能保证点火的可靠性；后者对于涌水量较大煤层，必须施工额外的排水井进行疏干，才能启动点火，但高温、带压、有气条件下，煤层排水难度大，可能导致在某些情况下无法排水，因而加剧点火过程的难度；另外，定向钻定向通道一旦形成后，如果长时间不进行高压和火力维护，极易发生塌孔、缩孔，从而导致通道堵塞。