[发明专利]一种高效的煤炭地下气化炉及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化开采技术，属于不同赋存状态的煤层进行高效地下气化开采，特别是一种高效的煤炭地下气化炉及其构建方法。

技术背景

无井式煤炭地下气化是通过在原始地下煤层中施工地质钻孔来进行气化的过程。不同区域的原始煤层赋存状态各异，现有单一形式的地下气化炉在经济、合理的角度上无法达到煤炭资源的有效覆盖；同时气化通道内直接气化后的煤气含灰、高温、高压，会造成出气钻孔堵塞、变形；另外常规地下气化炉会在垂直出气钻孔底部形成很大的燃空区，造成钻孔底部应力集中，影响钻孔稳定出气。本发明专利提出一种适用于不同赋存规模煤层的高效煤炭地下气化炉炉型及其构建方法，充分利用煤层定向钻进工艺同时构建一体化的地下气化炉及集气通道、出气系统。针对不同赋存规模的煤层灵活调整气化通道条数及集气通道长度，利用集气通道对煤气进行除尘、降温、稳压以及均衡煤气组分，垂直出气钻孔位于应力集中区域外侧，能够实现对煤层的大面积、持续化、高效能气化。

发明内容

本发明的目的在于设计一种高效的煤炭地下气化炉及其构建方法，其结构合理，不仅适用于不同赋存规模煤层的新型高效煤炭地下气化炉型，解决煤炭资源气化利用率低和直接产品煤气含尘、高温、高压、组分不一及出气孔底部不稳定等相关问题，保证稳定出气，而且容易实施，施工周期短，可以保证气化炉的长期稳定、高效运行。

本发明的目的是这样实现：一种高效的煤炭地下气化炉，由至少一条集气通道、均布的气化通道、均布的出气孔道和点火区域组成，均布的气化通道延煤层倾向钻进，延走向钻进的集气通道位于均布的气化通道的上部，集气通道与气化通道的平面投影交叉设置，点火区域由多个点火垂直钻孔组成，在冷态压裂后分别下放点火器，集气通道与其中之一的点火垂直钻孔连通，均布的出气孔道分别与相对应的气化通道连通，产生的煤气先汇集到集气通道后由出气孔道排出。

一种高效的煤炭地下气化炉的构建方法，炉型构建采用煤层定向钻进及地面垂直钻进技术，通过由定向钻孔构建的集气通道、气化通道和出气孔道与点火区域垂直钻孔在煤层中的对接构建地下气化炉，气化炉由多条煤层定向钻孔及其对应的一个或两个点火区域垂直钻孔构成。

集气通道对应的点火区域垂直钻孔的孔径大小根据点火器的大小确定，采用双层标准石油套管抗高温水泥浆固井技术，表层套管下至煤层顶板以上0-2米处，生产套管底端位于顶板以下3-5米处，底部扩孔并施加支护，顶端位于表层套管内，距离表层套管孔口2-5米，采用悬挂器与表层套管链接并进行固井，两类套管间均采用焊接，垂直钻孔可以分别用于气化炉点火、气化炉出气、气化炉排水以及验证煤层裂隙发育方向。

集气通道的定向钻采取三开三段制，表层套管、生产套管采用标准石油套管，焊接连接，抗高温水泥浆固井；三开水平段不固井，下放丝扣连接的支护管，对裸孔进行支护，支护管与生产套管采用膨胀管挂接。定向钻孔水平段距离煤层底板的适宜距离为3.50到6米，即位于气化通道水平段以上3至5米处，集气通道的水平段长度根据气化通道布置数目及煤层走向长度确定，集气通道可与后期接续的地下气化炉共用。

出气孔道的点火区域垂直钻孔位于通道应力集中区域外侧，距集气通道中线15-30米，采用双层标准石油套管抗高温水泥浆固井技术，表层套管下至煤层顶板以上0-2米处，生产套管底端位于底板以上1-3米处，底部扩孔并施加支护，顶端位于表层套管内，距离表层套管孔口2-5米，采用悬挂器与表层套管链接并进行固井，两类套管间均采用焊接，点火区域垂直钻孔的数目及孔径大小根据产气量的需要确定，垂直钻孔可以分别用于气化炉出气和正反向鼓风，出气孔道可与后期接续的地下气化炉共用。

气化通道的煤层定向钻孔水平段距离煤层底板的适宜距离为0.50到1米，水平段长度根据煤层倾向长度及产气量的需要确定，构建方法与集气通道一致，气化通道的布置数目可一次性确定，也可根据产品规模分阶段递增。气化通道宽度的为煤层厚度的2-3倍，气化通道间的保护煤柱为煤层厚度的1.50-2倍。

在各煤层集气通道和气化通道水平段均施放具一定强度的支护管，并在支护管壁上每隔1至2米处交叉打孔，孔径2至5毫米。

气化通道和集气通道均采用定向钻贯通，通道内下放分离控制注气点装置，注气点的移动通过机械装置控制。

各通道及相关系统构建完成后，由第一点火垂直钻孔开始引火，并沟通第二和第三点火垂直钻孔，逐步构建集气通道，集气通道的横截面尺寸控制在10×10米以内，集气通道构建过程中视情况将出气孔道进行冷态压裂。