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地下气化炉

阅读：655发布：2020-05-11

IPRDB可以提供地下气化炉专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种地下气化炉，其包括：气化通道(11)和至少一个设置有固井套管的工艺井；所述工艺井位于所述气化通道(11)的一侧，并包括：朝向所述气化通道(11)延伸的造斜井段(32)，所述造斜井段(32)的底端构成所述工艺井的底端。本发明的地下气化炉能够有效地降低其中的工艺井的固井套管因地层错动而变形或损坏的可能性。，下面是地下气化炉专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种地下气化炉，包括：气化通道(11)和至少一个设置有固井套管的工艺井；

其特征在于，所述工艺井位于所述气化通道(11)的一侧，并包括：朝向所述气化通道(11)延伸的造斜井段(32)，所述造斜井段(32)的底端构成所述工艺井的底端。

2.根据权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述造斜井段(32)贯穿位于煤层上方且具有设定厚度的地层；

其中，所述设定厚度等于导水裂隙带最大高度与预定量之和或之差。

3.根据权利要求2所述的地下气化炉，其特征在于，所述预定量小于或等于10米。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的地下气化炉，其特征在于，所述工艺井还包括竖直井段(31)，所述造斜井段(32)由所述竖直井段(31)的底端延伸出。

5.根据权利要求4所述的地下气化炉，其特征在于，所述竖直井段(31)由地面向下延伸并截止于所述位于煤层上方且具有设定厚度的地层。

6.根据权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述竖直井段(31)与所述气化通道(11)之间的水平距离大于或等于10米。

7.根据权利要求6所述的地下气化炉，其特征在于，所述竖直井段(31)与所述气化通道(11)之间的水平距离位于10-40米的范围内。

8.根据权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述造斜井段(32)与所述气化通道(11)在水平面内的投影相互垂直、或者呈大于或等于45°且小于90°的夹角。

9.根据权利要求1所述的地下气化炉，其特征在于，所述至少一个工艺井构造为至少一组工艺井，所述一组工艺井包括两个关于所述气化通道(11)的轴线所在的竖直平面对称的所述工艺井。

说明书全文

地下气化炉

技术领域

[0001] 本发明涉及一种地下气化炉。

背景技术

[0002] 在石油、天然气开采钻井中，由于压裂造成地层隆起或下降，这种地层应力变化会挤压或撕裂固井套管。

[0003] 在煤炭地下气化过程中或气化后，由于煤层被气化掉形成采空区，煤层顶板及以上岩层没有支撑会局部冒落或垮塌，这种冒落或垮塌引起的地层错动会挤压煤炭地下气化炉的竖直井的固井套管，或者上述冒落或垮塌使得固井套管下部失去支撑，冒落层冲击使套管容易断裂掉落。

[0004] 具体地，现有的地下气化井结构通常包括竖直井和定向水平井，井间位置关系通常是竖直井相互平行或成“V”字形，作为工艺井的竖直井打在定向水平井所在线(即位于煤层中的气化通道)上或者线外(可与气化通道连通或不连通)，定向水平井相互交叉或平行。当气化通道周围的煤层经燃烧气化成燃空区后，这些地下气化炉的工艺井正好位于燃空区宽度的中间位置，工艺井的固井套管极易受到燃空区顶板冒落垮塌的影响，比如套管被挤压变形、撕裂、断裂掉落。其中，工艺井通常是用作进气井或出气井。

[0005] 针对以上问题，现有技术提出采用多层套管固井或者采用内外可滑动连接方式的两段式套管固井。其中，多层套管固井需要固井套管原有用量的2～3倍，大大提高了固井成本，而内外可滑动连接方式的两段式套管固井只能应对因地层上下错动而产生的应力变化，对于地层冒落塌陷等可能产生斜向冲击力没有良好的应对效果。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种地下气化炉，其可有效地降低其中的工艺井的固井套管因地层错动而变形或损坏的可能性。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种地下气化炉，包括：气化通道和至少一个设置有固井套管的工艺井，工艺井位于气化通道的一侧，并包括：朝向气化通道延伸的造斜井段，造斜井段的底端构成工艺井的底端。

[0008] 根据本发明，造斜井段贯穿位于煤层上方且具有设定厚度的地层；其中，设定厚度等于导水裂隙带最大高度与预定量之和或之差。

[0009] 根据本发明，预定量小于或等于10米。

[0010] 根据本发明，工艺井还包括竖直井段，造斜井段由竖直井段的底端延伸出。

[0011] 根据本发明，竖直井段由地面向下延伸并截止于位于煤层上方且具有设定厚度的地层。

[0012] 根据本发明，竖直井段与气化通道之间的水平距离大于或等于10米。

[0013] 根据本发明，竖直井段与气化通道之间的水平距离位于10-40米的范围内。

[0014] 根据本发明，造斜井段与气化通道在水平面内的投影相互垂直、或者呈大于或等于45°且小于90°的夹角。

[0015] 根据本发明，至少一个工艺井构造为至少一组工艺井，一组工艺井包括两个关于气化通道的轴线所在的竖直平面对称的工艺井。

[0016] 相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

[0017] 本发明的地下气化炉，其中的工艺井位于气化通道的一侧并包括朝向气化通道延伸的造斜井段，并且造斜井段的底端构成工艺井的底端。由此，在地下气化完成后，与现有技术中仅由竖直井构成的工艺井不同，工艺井并非位于燃空区的正上方，由此能够有效地降低燃空区上方地层错动对工艺井的固井套管的影响，进而有效地降低了工艺井的固井套管因地层错动而变形或损坏的可能性。并且，无需负担例如使用多层套管固井而增加的固井成本。

附图说明

[0018] 图1是本发明的地下气化炉的一个实施例的俯视示意图；

[0019] 图2是图1所示出的地下气化炉的立体示意图，其中仅示出了竖直井1、定向水平井2和工艺井3。

具体实施方式

[0020] 如下参照附图描述本发明的实施例。

[0021] 参照图1和图2，本发明的地下气化炉的一个实施例，包括气化通道11和至少一个设置有固井套管的工艺井，工艺井位于气化通道的一侧并包括朝向气化通道11延伸的造斜井段32，造斜井段32的底端构成工艺井的底端。其中，气化通道11位于煤层中。而在工艺井和气化通道在水平面上的投影中，工艺井的投影位于气化通道的投影的一侧，即为工艺井位于气化通道的一侧。本实施例所提及的水平面均为垂直于重力方向的平面。

[0022] 由此，与现有技术中仅由竖直井构成的工艺井不同，工艺井位于气化通道的一侧，因而在地下气化完成后工艺井并非位于燃空区的正上方，由此能够有效地降低燃空区上方地层错动对工艺井的固井套管的影响，进而有效地降低了工艺井的固井套管因地层错动而变形或损坏的可能性。并且，无需负担例如使用多层套管固井而增加的固井成本。

[0023] 具体地，在本实施例中，包括4组工艺井，每组工艺井均包括两个工艺井，并且该两个工艺井分别位于气化通道的两侧，即该两个工艺井在水平面的投影分别位于气化通道在该水平面的投影的两侧。在本实施例中，该两个工艺井关于气化通道11的轴线所在的竖直平面对称设置。其中，包括工艺井3、4、5、6、7、8、9、10。下面，以工艺井3为例，描述本实施例中的工艺井。本实施例中所提及的竖直平面均为垂直于水平面的平面。

[0024] 工艺井3包括竖直井段31和造斜井段32，其中，竖直井段31由地面向下延伸，并截止于位于煤层上方且具有设定厚度的地层。竖直井段31与气化通道11之间的水平距离大于或等于10米，优选地该水平距离位于10-40米的范围内，其中，以竖直井段31的轴线与气化通道11的轴线之间的水平距离为竖直井段31与气化通道11之间的水平距离。在本实施例中，竖直井段31与气化通道11之间的水平距离为20米。本发明中的竖直井段31与本领域技术人员公知的地下气化炉中的竖直井相同，其垂直于水平面。而本发明中的造斜井段32与本领域技术人员公知的地下气化炉中的造斜井相同，其与竖直平面具有大于0°且小于90°的夹角。优选地，在本实施例中，造斜井段32相对于竖直井段31弧线弯折，即至少造斜井段32与竖直井段31所构成的夹角的顶边为弧线。这样有利于套管固井的实施。

[0025] 继续参照图1，在本实施例中，造斜井段32由竖直井段31的底端延伸出，并朝向气化通道11延伸。具体地，造斜井段32贯穿上述位于煤层上方且具有设定厚度的地层，并且进入到煤层中，以使得造斜井段32的底端构成工艺井的底端。如现有技术中的工艺井，造斜井段32可与气化通道11连通或不连通。其中，在本实施例中，以由地面指向煤层的方向(即由上指向下的方向)为由顶端指向底端的方向。故造斜井段32、竖直井段31和工艺井3的底端均为其各自两个端部中位于下方的端部。

[0026] 其中，上述位于煤层上方且具有设定厚度的地层为在煤层形成燃空区时煤层上方容易发生错动的地层。而煤层上方的地层中容易发生错动的地层范围，通过以导水裂隙带最大高度为基础并考虑燃烧气化的热作用和煤灰/矸石对燃空区的充填支撑作用来确定。具体地，在煤层形成燃空区时煤层上方容易发生错动的地层的厚度(即上述设定厚度)等于导水裂隙带最大高度与预定量之和或之差，预定量小于或等于10米。上述预定量即体现了考虑燃烧气化的热作用和煤灰/矸石对燃空区的充填支撑作用。而导水裂隙带最大高度的计算通常需要煤层以上岩层的岩石抗压强度、煤层倾角、煤分层层数，对于倾角不大(倾角在0-54°的范围内)的煤层，还需要采集煤层的累计采厚数据，而对于倾角较大(倾角在
55-85°的范围内)的煤层需要采集煤层厚度和采煤工作面小阶段垂高的数据。

[0027] 可理解，竖直井段31与气化通道11具有一定的水平距离，并且造斜井段32由竖直井段31的底端朝向气化通道11倾斜地延伸，故由竖直井段31和造斜井段32所组成的工艺井3位于气化通道11的一侧，即由竖直井段31和造斜井段32所组成的工艺井3在水平面上的投影，位于气化通道11在该水平面上的投影的一侧(参考图1中所示出的)。如此在气化后，气化通道11上方地层发生冒落或垮塌时，造斜井段能够较好的承受这种地层变化造成的冲击，也使得工艺井3并非位于燃空区的正上方。从而有效地降低了工艺井的固井套管因地层错动而变形或损坏的可能性。

[0028] 另外，在本实施例中，工艺井3的造斜井段32与气化通道11在水平面内的投影呈夹角，并且该夹角大于或等于45°且小于90°。其中，以造斜井段32的轴线与气化通道11的轴线在水平面内的投影之间的夹角为造斜井段32与气化通道11在水平面内的投影之间的夹角。

[0029] 下面，叙述气化通道11和工艺井3的构建过程。

[0030] 首先，本实施例中，在内蒙实施煤田地质勘查中，发现一处水平煤层，埋深300米，单层煤层的厚度在7米，煤层顶板岩石为泥质砂岩，再往上为粘土岩层、砂质含水层、页岩层，浅土层、地表等。泥质砂岩的抗压强度在25～35MPa之间。根据上述基础地质信息，按单层煤厚能够全部气化掉，即煤层累计采厚为7米，并借助传统矿井采煤时该顶板岩石抗压强度下的导水裂隙带最大高度Hf经验公式的选择表格(表1)，选择本实施例使用的导水裂隙带最大高度Hf公式。

[0031] 表1导水裂隙带最大高度的经验公式

[0032]

[0033]

[0034] 其中，1、此表1引自煤炭工业部制定的“矿井水文地质规程”(试行)。

[0035] 2、M—累计采厚，m；n—煤分层层数；m—煤层厚度，m；h—工作面小阶段垂高，m。

[0036] 3、导水裂隙带最大高度，对缓倾斜和倾斜煤层，系指从煤层顶面算起的法向高度；对于急倾斜煤层，系指从开采上限算起的垂向高度。

[0037] 4、岩石抗压强度为饱和单轴极限强度。

[0038] 本实施例适用的导水裂隙带最大高度Hf公式为：

[0039]

[0040] 计算得到导水裂隙带最大高度为103.7米，考虑到地下气化是在煤层中进行燃烧气化，燃烧区(即：燃空区)温度较高，对采空区以上地层的热作用比传统矿井采煤时的要明显很多，会加速导水裂隙带的发育，另外，考虑地下气化后灰渣和矸石滞留在地下空间起到一定的填充作用，对冒落或垮塌下来的岩层有一定的支撑作用，热作用与支撑作用相抵消，在此不考虑增量，即上述预定量设定为0。由此，推算地下气化过程中，容易发生错动的地层的厚度等于103.7米，即煤层以上103.7米的地层容易发生错动。

[0041] 然后，从地面向地下煤层钻制竖直钻孔直至煤层中上部，对该竖直钻孔进行套管固井之后，再次钻进至煤层底部，竖直钻孔在煤层段中不进行套管固井或进行简单支护，此时构建完成竖直井1。随后，从远处的地面向煤层钻制一条水平定向钻井，水平定向钻井的水平段位于煤层中下部，水平段的末端靠近或连通竖直井1的下部。此时构建完成定向水平井2。定向水平井2的水平段构成气化通道11。

[0042] 至此，完成气化通道11的构建。

[0043] 之后，在气化通道11的一侧水平距离20米处，从地面向煤层钻进竖直钻孔，直至钻至地下196.3米处，即煤层以上103.7米。此时，竖直钻孔形成竖直井段31。

[0044] 随后，开始造斜形成造斜钻孔，进入煤层后停止钻进，进行对竖直井段31和造斜钻孔的套管固井，固井套管设置完毕后，继续将造斜钻孔继续造斜钻进至气化通道11附近，此时的造斜钻孔构成造斜井段32。其中，对竖直井段31和造斜井段32的套管固井的方法为本领域技术人员公知的，故不再赘述。

[0045] 至此，完成工艺井3的构建。

[0046] 本实施例中的工艺井4、5、6、7、8、9、10均按照上述步骤进行构建。而在具体结构上，工艺井7与工艺井3构成一组工艺井，工艺井4与工艺井8构成一组工艺井，工艺井5与工艺井9构成一组工艺井，工艺井6与工艺井10构成一组工艺井。并且，工艺井4、6的造斜井段与气化通道11在水平面内的投影相互垂直，即工艺井4、6的造斜井段的轴线与气化通道11的轴线在水平面内的投影之间的夹角为90°。工艺井5的造斜井段与气化通道11在水平面内的投影之间的夹角等于45°，并且工艺井5与工艺井3关于垂直于气化通道
11的轴线的竖直平面对称布置。

[0047] 当然，工艺井的数量和布置不局限于本实施例，在其他可选的实施例中，本领域技术人员可根据气化通道11的长度等实际需要来设置工艺井。

[0048] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
煤炭共气化方法-专利编号CN103897739A	2020-05-13	787
一种气化炉-专利编号CN104560211B	2020-05-11	736
煤炭共气化方法-专利编号CN103897739B	2020-05-13	73
地下气化炉-专利编号CN104564010A	2020-05-11	655
煤炭共气化方法-专利编号CN103897740A	2020-05-13	683
煤炭共气化方法-专利编号CN103897740B	2020-05-12	858
地下气化方法-专利编号CN104564009A	2020-05-12	448
一种气化炉-专利编号CN104560211A	2020-05-11	824
地下气化装置以及煤炭气化系统和气化方法-专利编号CN104453831A	2020-05-11	453
气化炉激冷环-专利编号CN101550360A	2020-05-12	840

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