[發明專利]一種煤炭地下氣化貫通方法

有效

• 申請號: 201110388215.1
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102477857A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 龐旭林;陳峰;王世鵬;劉剛;張樹川;張明
• 申請（專利權）人: 新奧氣化采煤有限公司
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王初

技術領域

本發明涉及一種煤炭地下氣化貫通方法，本發明的方法適用于煤炭地下氣化等領域。

背景技術

煤炭地下氣化技術，是通過在地下煤層中直接構建氣化爐，通入氣化劑，有控制地使煤炭在地下進行氣化反應，使煤炭在原地自然狀態下轉化為可燃氣體并輸送至地面的過程。

貫通是地下氣化爐構建過程中的關鍵步驟之一，所謂貫通就是在氣化過程開始前，人為地在進、出氣鉆孔底部沿煤層構建高滲透性通道的過程，用以保證向煤層順暢供入氣化劑和從煤層中排出煤氣，以及提供氣化反應所必須的熱條件。

在煤炭地下氣化技術發展歷程中，國外尤其是前蘇聯等國家，針對不同煤層水文地質條件和物化特性，開發出了若干種氣化通道的貫通方法，其中迄今為止研究和應用最廣泛的方法主要有：空氣火力滲透法、水力壓裂法、電力貫通法等。這些貫通方法盡管其在原理與實施方式上存在差異但過程的本質相似，都必須借助外力增加自然煤層孔隙和裂隙之間的連通性，以提高煤層的透氣性。一旦裂隙通道形成后，必然要對煤層熱加工擴大成氣化通道，因為初期形成的裂隙通道，是不能滿足大規模氣化生產工藝要求的，因其主要存在通道斷面小、阻力大和過氣量小等問題。熱加工(通常稱為火力貫通)，是指通過供入空氣促進煤層燃燒，而煤層燃燒后進一步擴大裂隙通道斷面的過程。一般按照進氣方向與火焰前沿移動方向的關系又可以分為逆向火力貫通和正向火力貫通，其中逆向火力貫通趨于燒出狹窄的、直徑固定的通道；而正向火力貫通一般以較寬的火焰前沿向前擴展。因此，逆向火力貫通可以形成規則的通道，正向火力貫通可以擴大火源。

但受制于地質條件的多樣性和煤層自身結構的非均質性，國內外理論研究和實踐結果表明，上述方法在具體應用中存在一定的缺陷，主要表現在：

1)煤層和地層條件影響較大：如對于埋藏較深或滲透性較低的煤層，采用火力滲透法貫通氣化通道時，會遇到因地層壓力大或煤層滲透性低時導致的裂隙難形成、裂隙擴展通道方向難控制、貫通效果和效率差等問題；水力壓裂法應用于水敏煤層、松軟地層時，由于煤層遇水易泥化，容易將壓裂產生的裂隙重新堵塞，因而難以產生預期的效果；電力貫通法對含水量較高的煤層和地層則會導致過高的電流漏失等；

2)貫通距離較短：根據資料顯示貫通距離一般小于50m，如果增加貫通距離，則必須提高壓力或電流強度，但卻會導致煤層圍巖結構的破壞或增加貫通時間；

3)通道透氣性不均勻、方向性較差：由于煤層自身孔隙和裂隙結構的非均質性，上述方法不能使煤層產生均勻的裂隙，盡管在鉆孔之間能形成較高的透氣性通道，但這些通道不成直線，易造成氣化不均勻而增大煤的損失。

基于傳統貫通方法存在的上述缺陷，近幾十年來，國外研究機構和工業企業除對傳統貫通方法進行改進外，分別研究和開發出了幾種新的貫通方法，主要包括：定向鉆進法、原子能爆破法、化學液破碎法等，其中定向鉆進法由于具有：1)煤層和地層條件影響較小；2)貫通距離長；3)通道方向性強，通道斷面規整，透氣性均勻等優勢，因而在國內外煤炭地下氣化工程上得到了廣泛的應用。

從已公開的文獻資料和專利等來看，定向鉆進法利用鉆井定向和測量設備，通過實時控制鉆進鉆孔的斜度和方向，達到預計的目的層，從而在煤層中形成具有一定直徑的定向通道。該定向通道能夠代替傳統貫通法形成的狹窄裂隙通道，起到連通豎向鉆孔的作用。

現有定向鉆進法一般采用冷態對接，即先利用定向鉆進技術沿煤層施工水平井與豎向鉆孔直接連通，為了防止塌孔、縮孔，通常在水平井內下放套管。冷態對接完成之后直接實施點火和氣化，在具體實施方式上，一種方法是借助下放在井內的特殊機械裝置在定向通道內直接實施點火，并通過控制井內機械裝置進行進氣點位置的轉換，而不需要對水平井煤層進行熱加工。如美國的CRIP(控制注氣點后退)技術；一種方法是在豎向鉆孔內實施點火，并對水平井煤層進行熱加工，如專利CN101382065無井式地下氣化工藝。實踐結果表明，前者由于采取井內連續遙控點火，點火裝置復雜，操作難度大，不能保證點火的可靠性；后者對于涌水量較大煤層，必須施工額外的排水井進行疏干，才能啟動點火，但高溫、帶壓、有氣條件下，煤層排水難度大，可能導致在某些情況下無法排水，因而加劇點火過程的難度；另外，定向鉆定向通道一旦形成后，如果長時間不進行高壓和火力維護，極易發生塌孔、縮孔，從而導致通道堵塞。