[发明专利]煤炭地下气化炉、以及煤炭地下气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤炭地下气化炉，以及煤炭地下气化方法。

背景技术

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。地下气化炉通常由进气井、气化通道、出气井及辅助监测井所组成，气化剂从进气井注入，在气化通道中与煤层发生复杂的热化学反应，生成的煤气沿气化通道和出气井输送至地面。

狭义的地下气化炉型是指气化通道的形状，广义的地下气化炉型是指地下气化所用钻孔的类型、相互位置、气化时的用途及启动顺序等形成的通道形状。

只有一对进/出气井的气化炉型产气量比较小，较小的燃烧区难以积聚大量热能，相应的热损失比较大，抵御地下水入侵气化炉、煤层顶板冒落造成堵塞的能力弱，进而，气化过程也难以稳定进行。目前的气化炉已经发展成众多的钻孔通过钻孔类型（竖直井、水平定向钻井）、钻孔间距、气化时气流的走向和燃烧区走向等组合出各种类型的地下气化炉，能够成倍地提高煤气产量、气化过程的稳定性、煤层的采收率，而且能够有效降低地下水入侵、顶板冒落、热损失等的风险。

因此，气化炉型是决定气化过程成败的关键因素之一。

现有技术一：安格林的地下气化单元炉型。由于安格林地下气化站建立时间比较久（20世纪四十年代），地质条件特殊，主要沿用竖直钻井，附带使用定向钻井，密集地打竖直钻井，通过空气压裂贯通，引导燃烧区移动，如图1所示。

现有技术二：专利200810119354.2，无井式地下气化工艺，给出了一种“L”形地下气化炉，主要特点在于一个水平定向钻贯通多个竖直钻孔形成“一”线炉作为出气列，即图2中的贯通口至6#一线，高压火力贯通另外多个竖直钻孔形成“一”线炉作为气化列，即6#至9#一线，两者共同组成“L”型地下气化炉。在扩大生产阶段，气化炉形成后，将会在5#至9#一线的3#一侧打与5#～9#的第一排竖直孔，进行高压火力与5#～9#的贯通，依次打第n排竖直钻孔，引导燃烧面向贯通口方向移动，产出的煤气从贯通口至6#一线上的钻孔排至地面。

现有技术一的缺点在于空气压裂贯通方向性差、贯通速度慢。

现有技术二的缺点在于：①气化炉的构建难度大、结构不够稳定，一个水平定向钻贯穿多个竖直钻井不易实现，既使实现，后续如不尽快利用，存在钻井堵塞风险；②贯通——生产的循环，操作难度大。多排竖直井都需要高压火力贯通，在不停地进行着高压火力贯通——气化生产的循环切换中，操作难度大。

发明内容

针对现有技术的相关技术问题，本发明的目的在于提供一种煤炭地下气化炉、以及煤炭地下气化方法，从而至少消除现有技术中气化生产阶段贯通速度慢、结构不稳定的缺陷。

一方面，本发明提供一种煤炭地下气化炉，包括：点火系统，具有通入煤层的第一竖直钻井、以及水平段在煤层中且与第一竖直钻井导通的第一水平定向钻井，注气系统，具有通入煤层的第二钻井，与所述第一水平定向钻井导通，所述第二钻井为水平段在煤层中的至少一个第二水平定向钻井。

优选地，所述第一水平定向钻井以火力扩孔的方式与所述第二水平定向钻井导通。

优选地，所述第二钻井为彼此平行的至少两个所述第二水平定向钻井，沿与第一水平定向钻井相交的方向布置在其一侧或两侧。

优选地，所述第二水平定向钻井与第一水平定向钻井呈30°-90°的夹角。

优选地，沿所述第一水平定向钻井设有至少一个第二竖直钻井，其中，通过第一水平定向钻井的火力扩孔，所有第二竖直钻井彼此连通以构成出气井。

优选地，所述第一水平定向钻井的水平段末端，以火力贯通或定向爆破或冷态压裂方式与所述第一竖直钻井导通。

优选地，所述第一水平定向钻井的水平段末端，与所述第一竖直钻井直接贯通。

优选地，所述第二钻井为至少两个所述第二水平定向钻井，布置在第一水平定向钻井的同一侧，其中一个第二水平定向钻井指向并以压裂贯通方式与所述第一竖直钻井导通，沿该一个第二水平定向钻井布置有至少一个第三竖直钻井，其中，该一个第二水平定向钻井通过火力扩孔与第三竖直钻井导通并一起构成出气井。

优选地，所有钻井（包括水平定向钻井和竖直井）中，每个钻井的位于煤层中的裸孔段均由支护装置支护。

优选地，所述支护装置为筛管或无缝管。

优选地，至少在一个所述第二水平定向钻井中设有可拖拽的气化剂通入管，其注气端随所述气化剂通入管的被拖拽而移动。