專利名稱：深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)，具體的是一種利用煤炭地下氣化技術(shù)與采油直井、水平井結(jié)合技術(shù)，進(jìn)行催化裂解、高溫、高壓、熱傳導(dǎo)聯(lián)合開(kāi)采高尖端技術(shù)，多聯(lián)組合技術(shù)開(kāi)采煤層氣和煤炭地下氣化同時(shí)在進(jìn)行催化裂解、高溫、高壓、熱傳導(dǎo)聯(lián)合開(kāi)采。
背景技術(shù)：
煤層氣是一種潔凈的新型能源，煤層氣產(chǎn)業(yè)在美國(guó)、加拿大、澳大利亞、俄羅斯、英國(guó)、捷克、德國(guó)、印度等國(guó)家發(fā)展迅猛，已經(jīng)成為常規(guī)天然氣后又一新興的天然氣產(chǎn)業(yè)。與此同時(shí)，逐漸糾正了把“煤層氣”作為“煤炭當(dāng)中有害氣體”的誤解和偏見(jiàn)。形成了科學(xué)合理利用煤層氣，接替利用煤炭資源，可以一舉收到“促進(jìn)煤炭生產(chǎn)安全、減少環(huán)境排放污染、充分利用煤層氣自然資源優(yōu)勢(shì)獲取清潔能源。煤層氣是一種儲(chǔ)存于煤層及其鄰近巖層中以自生自儲(chǔ)式為主的天然氣，包括煤層中的吸附氣、煤層外的游離氣和水溶氣，主要成分為甲烷和重?zé)N氣體，98%為甲烷氣體。目前，在煤田進(jìn)行煤炭氣化絕對(duì)可以減少煤炭開(kāi)采再加工對(duì)環(huán)境造成的重大污染；目前在我國(guó)800米以下煤炭有10萬(wàn)多億噸深層煤田基本都處于無(wú)法開(kāi)采階段，還沒(méi)有人進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，也沒(méi)有同類技術(shù)進(jìn)行深部煤炭地下氣化技術(shù)開(kāi)采和煤層氣開(kāi)采。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)。本開(kāi)采技術(shù)將深層部煤層氣開(kāi)采和深層煤炭地下氣化聯(lián)合開(kāi)發(fā)、開(kāi)采，將極大緩解我國(guó)能源緊缺的問(wèn)題，同時(shí)又是綠色環(huán)保、低碳創(chuàng)新的能源開(kāi)發(fā)新型技術(shù)，減少投資、成本低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。本發(fā)明的目的之一是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)，其特征是包括以下步驟一、必須在煤層埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，傾角小于10°，壓力10 兆帕以上，采用石油工業(yè)最先進(jìn)鉆井和固井、抗高溫、高壓完井技術(shù)，立井、水平井結(jié)合注氣、采氣聯(lián)合方法；先鉆三口立井，井間距500米；兩次井向中心井側(cè)開(kāi)鉆500以上水平井， 先采用特殊燃燒方法和技術(shù)，燃燒一條10米寬，1000米長(zhǎng)通道，供采氣和觀察、監(jiān)控等專用氣化通道，相反方向根據(jù)煤層傾角坡度鉆多支超長(zhǎng)水平井，1000-1500米，進(jìn)行分段大型壓裂；中間井位煤炭氣化井，兩側(cè)為煤層氣開(kāi)采井，由于氣化井高溫燃燒加熱兩側(cè)煤層實(shí)現(xiàn)高壓熱傳導(dǎo)，煤層中水隨余熱蒸發(fā)；煤收縮后，煤層中甲烷氣體由水平井自然采出，混合氣體中并含有油物質(zhì)；在煤層中打一口中心氣化井，兩側(cè)鉆兩口采氣水平井，采用油田先進(jìn)的鉆井方式在中心氣化井煤層部位采用擴(kuò)腔技術(shù)將煤層部位鉆井拓寬達(dá)到1米左右，形成氣化腔；在煤層偏下部位兩側(cè)各打三口 1500米的超長(zhǎng)水平井，其中一口為注氣點(diǎn)火氣化井，另外兩口水平井位置分別平行于第一口水平井，鉆井完成后采用抗高溫技術(shù)完井和先進(jìn)的壓裂技術(shù)進(jìn)行壓裂，在煤層中形成氣體通道。二、開(kāi)采煤層中的煤層氣，由于地層受地層壓力影響，煤層中的煤層氣通過(guò)水平井采出，采出煤層氣經(jīng)凈化、空分燃?xì)獍l(fā)電，供自用電及工業(yè)，發(fā)電余熱生產(chǎn)熱蒸汽回注地下， 供地下氣化使用。三、煤層氣開(kāi)采出來(lái)后，用氣化井注入熱蒸汽和電熱偶加熱煤層，改注富氧；控制注氣量、帶壓燃燒、控壓、控溫、控火點(diǎn)燃煤層控制溫度到500-70(TC，煤層燃燒高溫催化裂解后，產(chǎn)生大量的油物質(zhì)氣體，由采氣井采出，帶壓采氣，壓力控制在18兆帕左右，高溫形成熱傳導(dǎo)，燃燒帶周圍溫度迅速提升，煤層表面水及內(nèi)在水高溫蒸發(fā)，隨煤層裂解、燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳、甲烷及輕組分、煤層中游離的煤層氣合成混合氣通過(guò)水平采氣井采出。四、煤層中煤層氣采出后，加大富氧注氣量，把溫度提高到850-1200°C，讓煤炭和煤矸石可燃體類高溫全面燃燒，使煤炭進(jìn)行充分燃燒地下氣化，并噴入水蒸氣、控溫產(chǎn)生氫氣，到以一定壓力自動(dòng)通過(guò)采氣井噴出，實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化開(kāi)采最高技術(shù)組合。五、采出混合氣體分離、凈化后、空分，供壓力汽輪機(jī)組發(fā)電，生產(chǎn)煤制油及燃料油，分離出的硫化物液態(tài)處理后回注地下，真正實(shí)現(xiàn)全程封閉運(yùn)行，無(wú)污染物排放的綠色環(huán)保能源開(kāi)采。本發(fā)明利用煤炭地下氣化技術(shù)與采油直井、水平井結(jié)合技術(shù)，進(jìn)行催化裂解、高溫、高壓、熱傳導(dǎo)聯(lián)合開(kāi)采高尖端技術(shù)，多聯(lián)組合技術(shù)開(kāi)采煤層氣和煤炭地下氣化同時(shí)在進(jìn)行催化裂解、高溫、高壓、熱傳導(dǎo)聯(lián)合開(kāi)采高尖端技術(shù)，將深層部煤層氣開(kāi)采和深層煤炭地下氣化聯(lián)合開(kāi)發(fā)、開(kāi)采，將極大緩解我國(guó)能源緊缺的問(wèn)題，同時(shí)又是綠色環(huán)保、低碳創(chuàng)新的能源開(kāi)發(fā)新型技術(shù)，減少投資、成本低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大基本原理氣化過(guò)程同時(shí)包含了三個(gè)反映過(guò)程燃燒、熱解和氣化。燃燒是指煤中的碳或煤層甲烷與氧氣反應(yīng)生成C02、CO和H2O,同時(shí)放出熱量的過(guò)程，反應(yīng)方程式有:C+02 = C02、2C+02 = 2C0、2C0+02 = 2C02、CH4+02 = C02+H20o熱解過(guò)程是這樣進(jìn)行的當(dāng)煤的溫度大于100°C時(shí)，煤中的水分蒸發(fā)出；溫度升高大于200°C時(shí)，煤中結(jié)合水釋出；至400 500°C大部分煤氣和焦油析出；在450 550°C， 熱分解繼續(xù)進(jìn)行，殘留物逐漸變稠并固化形成半焦；大于550°C時(shí)，半焦繼續(xù)分解，析出余下的揮發(fā)物(主要成分是氫氣)，半焦失重同時(shí)進(jìn)行收縮，形成裂紋；溫度大于800°C，半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭。主要反應(yīng)方程式有CHxOy = (l-y)C+yC0+x/2H2CHxOy = (l-y-x/8)C+yC0+x/4H2+x/8CH4o氣化反應(yīng)方程式水蒸氣氣化C+H20 = CCHH2二氧化碳還原 C+0)2 = 2C0碳加氫氣化C+2H2 = CH4。在以上過(guò)程中，當(dāng)燃燒反應(yīng)生成了二氧化碳和足夠的熱量后，后面的反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生，期間還發(fā)生其它幾個(gè)伴隨反應(yīng)氫燃燒反應(yīng)2H2+02 = 2H20、變換反應(yīng)CCHH2O = C02+H2、 甲烷化反應(yīng)0)+3 = CH4+H20，這些過(guò)程均為放熱過(guò)程，提供了熱解與氣化所需的熱量；因?yàn)槊簩泳哂幸欢B透性，熱量和二氧化碳等會(huì)向煤層深部滲透，同時(shí)因?yàn)槿紵窃谟锌刂频臈l件下完成，因此熱解和氣化反應(yīng)發(fā)生面積要大于燃燒區(qū)域。最主要化學(xué)反映方程式C+H20 (高溫)一CCHH2CH4+H20 (高溫)一C0+3H2
C+2H20 (高溫)一C02+2H2


圖1是本發(fā)明的基本工藝路線圖；圖2是本發(fā)明的基本榔念圖；1-混合氣生產(chǎn)井、2-注富氧氣化井、3-煤層氣生產(chǎn)井、4-水平井、5-目的煤層、 6-連續(xù)管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例參見(jiàn)附圖1、2，深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)，其特征是包括以下步驟一、必須在煤層埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，傾角小于10°，壓力10 兆帕以上，采用石油工業(yè)最先進(jìn)鉆井和固井、抗高溫、高壓完井技術(shù)，立井、水平井結(jié)合注氣、采氣聯(lián)合方法；先鉆三口立井，井間距500米；兩次井向中心井側(cè)開(kāi)鉆500以上水平井， 先采用特殊燃燒方法和技術(shù)，燃燒一條10米寬，1000米長(zhǎng)通道，供采氣和觀察、監(jiān)控等專用氣化通道，相反方向根據(jù)煤層傾角坡度鉆多支超長(zhǎng)水平井，1000-1500米，進(jìn)行分段大型壓裂；中間井為煤炭氣化井，兩側(cè)為煤層氣開(kāi)采井，由于氣化井高溫燃燒加熱兩側(cè)煤層實(shí)現(xiàn)高壓熱傳導(dǎo)，煤層中水隨余熱蒸發(fā)；煤收縮后，煤層中甲烷氣體由水平井自然采出，混合氣體中并含有油物質(zhì)；在煤層中打一口中心氣化井，兩側(cè)鉆兩口采氣水平井，采用油田先進(jìn)的鉆井方式在中心氣化井煤層部位采用擴(kuò)腔技術(shù)將煤層部位鉆井拓寬達(dá)到1米左右，形成氣化腔；在煤層偏下部位兩側(cè)各打三口 1500米的超長(zhǎng)水平井，其中一口為注氣點(diǎn)火氣化井，另外兩口水平井位置分別平行于第一口水平井，鉆井完成后采用抗高溫技術(shù)完井和先進(jìn)的壓裂技術(shù)進(jìn)行壓裂，在煤層中形成氣體通道。二、開(kāi)采煤層中的煤層氣，由于地層受地層壓力影響，煤層中的煤層氣通過(guò)水平井采出，采出煤層氣經(jīng)凈化、空分燃?xì)獍l(fā)電，供自用電及工業(yè)，發(fā)電余熱生產(chǎn)熱蒸汽回注地下， 供地下氣化使用。三、煤層氣開(kāi)采出來(lái)后，用氣化井注入熱蒸汽和電熱偶加熱煤層，改注富氧；控制注氣量、帶壓燃燒、控壓、控溫、控火點(diǎn)燃煤層控制溫度到500-70(TC，煤層燃燒高溫催化裂解后，產(chǎn)生大量的油物質(zhì)氣體，由采氣井采出，帶壓采氣，壓力控制在18兆帕左右，高溫形成熱傳導(dǎo)，燃燒帶周圍溫度迅速提升，煤層表面水及內(nèi)在水高溫蒸發(fā)，隨煤層裂解、燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳、甲烷及輕組分、煤層中游離的煤層氣合成混合氣通過(guò)水平采氣井采出。四、煤層中煤層氣采出后，加大富氧注氣量，把溫度提高到850-1200°C，讓煤炭和煤矸石可燃體類高溫全面燃燒，使煤炭進(jìn)行充分燃燒地下氣化，并噴入水蒸氣、控溫產(chǎn)生氫氣，到以一定壓力自動(dòng)通過(guò)采氣井噴出，實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化開(kāi)采最高技術(shù)組合。五、采出混合氣體分離、凈化后、空分，供壓力汽輪機(jī)組發(fā)電，生產(chǎn)煤制油及燃料油，分離出的硫化物液態(tài)處理后回注地下，真正實(shí)現(xiàn)全程封閉運(yùn)行，無(wú)污染物排放的綠色環(huán)保能源開(kāi)采。
權(quán)利要求
1. 一種深層煤炭和煤層氣聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)，其特征是包括以下步驟一、必須在煤層埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，傾角小于10°，壓力10兆帕以上，采用石油工業(yè)最先進(jìn)鉆井和固井、抗高溫、高壓完井技術(shù)，立井、水平井結(jié)合注氣、采氣聯(lián)合方法；先鉆三口立井，井間距500米；兩次井向中心井側(cè)開(kāi)鉆500以上水平井，先采用特殊燃燒方法和技術(shù)，燃燒一條10米寬，1000米長(zhǎng)通道，供采氣和觀察、監(jiān)控等專用氣化通道，相反方向根據(jù)煤層傾角坡度鉆多支超長(zhǎng)水平井，1000-1500米，進(jìn)行分段大型壓裂；中間井位煤炭氣化井，兩側(cè)為煤層氣開(kāi)采井，由于氣化井高溫燃燒加熱兩側(cè)煤層實(shí)現(xiàn)高壓熱傳導(dǎo)，煤層中水隨余熱蒸發(fā)；煤收縮后，煤層中甲烷氣體由水平井自然采出，混合氣體中并含有油物質(zhì)；在煤層中打一口中心氣化井，兩側(cè)鉆兩口采氣水平井，采用油田先進(jìn)的鉆井方式在中心氣化井煤層部位采用擴(kuò)腔技術(shù)將煤層部位鉆井拓寬達(dá)到1米左右，形成氣化腔； 在煤層偏下部位兩側(cè)各打三口 1500米的超長(zhǎng)水平井，其中一口為注氣點(diǎn)火氣化井，另外兩口水平井位置分別平行于第一口水平井，鉆井完成后采用抗高溫技術(shù)完井和先進(jìn)的壓裂技術(shù)進(jìn)行壓裂，在煤層中形成氣體通道。二、開(kāi)采煤層中的煤層氣，由于地層受地層壓力影響，煤層中的煤層氣通過(guò)水平井采出，采出煤層氣經(jīng)凈化、空分燃?xì)獍l(fā)電，供自用電及工業(yè)，發(fā)電余熱生產(chǎn)熱蒸汽回注地下，供地下氣化使用。三、煤層氣開(kāi)采出來(lái)后，用氣化井注入熱蒸汽和電熱偶加熱煤層，改注富氧；控制注氣量、帶壓燃燒、控壓、控溫、控火點(diǎn)燃煤層控制溫度到500-700°C，煤層燃燒高溫催化裂解后， 產(chǎn)生大量的油物質(zhì)氣體，由采氣井采出，帶壓采氣，壓力控制在18兆帕左右，高溫形成熱傳導(dǎo)，燃燒帶周圍溫度迅速提升，煤層表面水及內(nèi)在水高溫蒸發(fā)，隨煤層裂解、燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳、甲烷及輕組分、煤層中游離的煤層氣合成混合氣通過(guò)水平采氣井采出。四、煤層中煤層氣采出后，加大富氧注氣量，把溫度提高到850-1200°C，讓煤炭和煤矸石可燃體類高溫全面燃燒，使煤炭進(jìn)行充分燃燒地下氣化，并噴入水蒸氣、控溫產(chǎn)生氫氣， 到以一定壓力自動(dòng)通過(guò)采氣井噴出，實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化開(kāi)采最高技術(shù)組合。五、采出混合氣體分離、凈化后、空分，供壓力汽輪機(jī)組發(fā)電，生產(chǎn)煤制油及燃料油，分離出的硫化物液態(tài)處理后回注地下，真正實(shí)現(xiàn)全程封閉運(yùn)行，無(wú)污染物排放的綠色環(huán)保能源開(kāi)采。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深層煤炭資源開(kāi)采技術(shù)，其特征是包括以下步驟必須在煤層埋深800米-3000米深度，厚度大于3米，傾角小于10°，壓力10兆帕以上，采用石油工業(yè)最先進(jìn)鉆井和固井、抗高溫、高壓完井技術(shù)，立井、水平井結(jié)合注氣、采氣聯(lián)合方法；先鉆三口立井，井間距500米；兩次井向中心井側(cè)開(kāi)鉆500以上水平井，先采用特殊燃燒方法和技術(shù)，燃燒一條10米寬，1000米長(zhǎng)通道，供采氣和觀察、監(jiān)控等專用氣化通道，相反方向根據(jù)煤層傾角坡度鉆多支超長(zhǎng)水平井。將深層部煤層氣開(kāi)采和深層煤炭地下氣化聯(lián)合開(kāi)發(fā)、開(kāi)采，將極大緩解我國(guó)能源緊缺的問(wèn)題，同時(shí)又是綠色環(huán)保、低碳創(chuàng)新的能源開(kāi)發(fā)新型技術(shù)，減少投資、成本低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。
文檔編號(hào)E21B43/295GK102418476SQ20111032410
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者洪兆, 鄧曉亮 申請(qǐng)人:國(guó)鼎(大連)投資有限公司