[发明专利]一种煤炭地下气化的超临界水压裂增效制氢方法

权利要求书

1.一种煤炭地下气化的超临界水压裂增效制氢方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：沿最小水平地应力方向平行钻取三口水平井至煤层，三口水平井处于同一平面上，中间水平井为抽采井，两侧水平井为燃烧井，钻井过程中随下套管至井底，在套管与井壁之间的环空注入水泥浆固井；

步骤二：待固井水泥浆凝固完成固井，进行射孔作业，所述水平井采用簇状定向射孔且三口井射孔簇位置保持基本一致；

步骤三：同时对三口水平井同步进行后退式分段压裂，在抽采井和燃烧井之间的煤层中形成主缝与缝网共存的压裂裂缝网络；

步骤四：待压裂裂缝中的水滤失后，在外侧两口燃烧井中投放点火设备，并在燃烧井中注入氧气，点火设备进行后退式点火燃烧，热量通过压裂裂缝加热燃烧井与抽采井之间的煤层，燃烧井和抽采井之间区域中，靠近燃烧井的区域为燃烧区，靠近中间抽采井的区域为干馏区，干馏区与燃烧区之间为还原区；

步骤五：在抽采井中以循环泵注方式注入清水，保持井底压力超出超临界水的压力条件，利用煤层燃烧导致的还原区及部分干馏区岩石374 ℃以上的高温条件、地应力与泵注压力联合形成的22.1 MPa以上高压条件，使温度在374.3 ℃以上、孔缝内流体压力高于22.1 MPa的煤层内清水进入超临界态，实现泵注高压水的超临界压裂，结合超临界水低粘、与煤层温差大的易增加压裂缝网复杂度特性以及高温碳与超临界水的强产氢特性，实现超临界水压裂煤层增透与增效制氢，最终在抽采井采氢；

步骤六：三口水平井当前射孔簇处的煤燃烧气化改造完毕后，注浆填充燃空区，重复上述超临界水压裂增效制氢方法以后退式进行新煤层的燃烧气化，直至所有煤层燃烧气化改造完毕。

2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化的超临界水压裂增效制氢方法，其特征在于：以埋深超过1500米的煤层作为优势改造储层，抽采井和燃烧井先垂直钻进，后经造斜在煤层形成水平井段，抽采井和燃烧井相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化的超临界水压裂增效制氢方法，其特征在于：抽采井的射孔方向为朝向两侧燃烧井，燃烧井的射孔方向为朝向抽采井。

4.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化的超临界水压裂增效制氢方法，其特征在于：步骤三中，采用低排量进行分段清水压裂，每个压裂段的泵注排量为0.5~1立方米/分钟，以持续、缓慢、保持定值波动的泵注压力曲线特征为识别形成压裂缝网条件，主缝及缝网延伸范围可根据微震监测进行识别。

5.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化的超临界水压裂增效制氢方法，其特征在于：步骤四中，还原区的温度为600 ℃~900 ℃，干馏区的温度为600 ℃以下，还原区与干馏区的高温为压裂泵注清水进入超临界态提供温度条件。

6.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化的超临界水压裂增效制氢方法，其特征在于：步骤五中，抽采井的超临界水泵注井段停止泵注液体后，两侧燃烧井控制注氧以继续燃烧煤层制气，抽采井焖井，使已注入的且在煤层中尚处于超临界态的清水与高温碳进行继续反应，充分制氢，监测抽采井泵注井段的温度，当该井段温度升高至200 ℃表明目标制气煤层基本燃烧完毕且燃烧区邻近抽采井，两侧燃烧井停止注氧气并中止燃烧，防止抽采井完整性高温损坏；继续焖井并监测制氢煤层的地层压力，若地层压力难以进一步提升，表明煤层制气达到峰值，抽采井开始抽采气体，理论上抽出的气体中氢气占70%以上，甲烷、一氧化碳、二氧化碳等其他气体占30%以内。

7.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化的超临界水压裂增效制氢方法，其特征在于：步骤五中，气体抽采完毕后，对燃烧井燃烧完毕井段扩大射孔或截断射孔套管，采用封隔泵注方法仅在燃烧井段注入水泥浆液或具有流态可凝固性的材料，充填燃空区，防止大范围燃空造成的地层沉降。