用于縮短用于地下煤氣化的注入管的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于自動地縮短用于地下煤氣化的注入井襯里的方法。提供一種設備來在氣化腔體中執(zhí)行地下煤氣化，所述設備具有注入井，所述注入井具有套管和注入井襯里且在中間具有環(huán)帶。所述注入井襯里具有一個或多個襯里部分和處于所述一個或多個襯里部分之間的一個或多個連結件部分。此外，氧化氣體的注入點被重新定位到氣化腔體中，方法是通過破壞所述注入井襯里的所述一個或多個連結件部分中的至少一個，來縮短所述注入井襯里，使得所述氧化氣體離開縮短的注入井襯里。
【專利說明】用于縮短用于地下煤氣化的注入管的方法
[0001] B. E.戴維斯 K. M.奧利里。
[0002] 優(yōu)先權要求 本申請是2013年6月21日提交的PCT專利申請No. US13/47173的國家階段申請并要 求該專利申請的優(yōu)先權，該PCT專利申請進而根據(jù)巴黎公約要求2012年6月28日提交的美 國專利申請序列號13/536, 100的優(yōu)先權，這兩個專利申請的全體內(nèi)容通過引用并入本文。
【技術領域】
[0003] 本公開總體上涉及地下煤氣化（"UCG")，并且特別涉及用于自動地縮短注入管的 方法。
【背景技術】
[0004] 眾所周知的是：地下煤可以被氣化，并且煤氣化工藝（UCG工藝）產(chǎn)生合成氣。該 工藝涉及煤層內(nèi)的平行水平鉆孔之間的氣化反應器腔體（反應器）的操作，所述煤層通過 一個鉆孔（注入井）被供給氧化劑氣體，示例為空氣、氧氣、蒸汽或這些氣體的組合。在煤 層點火之后，煤與注入氧化劑氣體之間的氣化反應形成合成氣（CO、C0 2、H2、CH4和其它氣體 的混合物），并且合成氣經(jīng)由第二鉆孔（產(chǎn)品井）被移除。
[0005] 在煤氣化工藝中，存在發(fā)生的多個反應，其生成合成氣。那些反應包括： C+H20=H2+C0 (多相水-氣轉化反應） C0+H20=H2+C02 (轉化變換） C0+3H2=CH4+H20 (甲烷化） C+2H2=CH4(氫化氣化） C+1/202=C0(部分氧化） c+o2=co2 (氧化） C+C02=2C0 (Boudouard 反應）。
[0006] 在典型的UCG工藝中，隨著煤被氣化工藝移除，腔體在尺寸上長大，并且煤面在兩 個鉆孔之間逐漸移動，因為煤被橫跨所述面流動的熱氣移除。當注入氣體經(jīng)由注入井內(nèi)的 襯里供給到反應器中時，氣體的排放點固定在注入井襯里的端部處。隨著反應器的長大，熱 的氣化反應區(qū)域移動離開氧化劑氣體的注入點，其降低氣化工藝的效率，從而導致產(chǎn)品質 量的下降。存在已知的注入點縮短工藝，其被稱作連續(xù)回縮注入點（CRIP)。
[0007] 用以維持氣體質量的當前所用方法是移動氧化劑氣體的注入點，以匹配煤氣化面 的移動，使得注入氣體總是接近新鮮的煤，從而使產(chǎn)品質量得到維持。注入井襯里的端部的 移動通常由以下方式實現(xiàn)：通過切斷一段襯里重新定位用于氧化劑氣體的輸送點來縮短襯 里，或者沿注入井向上縮回襯里，其移動注入點。切割注入井襯里或者從注入井縮回它都實 現(xiàn)注入點的再定位，但是需要顯著的后勤操作和從表面操作的專用設備，以實現(xiàn)這些目的。 希望的是能夠隨氣化面的移動而移動氧化劑氣體的注入點，而無需使用插入注入井中以及 從表面操作的裝置，比如切割器或襯里縮回設備。
[0008] 因此，希望的是提供一種方法來自動地縮短用于地下煤氣化的襯里，并且本公開 正是針對此目的。用于進行縮短的該犧牲性襯里連結件工藝可適用于需要注入點在煤層內(nèi) 的水平注入井中重新定位的所有UCG動作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1示出了一個示例的地下煤氣化設備，其中注入井襯里可以被縮短； 圖2示出了反應器和注入井的近視圖，所述注入井具有犧牲性襯里，其用于自動地縮 短襯里； 圖3示出了地下煤氣化工藝的詳情，其中氧化氣體沿注入井的環(huán)帶向下被注入； 圖4示出了地下煤氣化工藝的詳情，其中襯里的犧牲性襯里連結件部分受到UCG工藝 的火的沖擊；并且 圖5示出了地下煤氣化工藝的詳情，這時犧牲性襯里連結件部分被消除從而自動地縮 短襯里。
【具體實施方式】
[0010] 本公開特別適用于地下煤氣化工藝（UCG)，其中注入井襯里對于地下煤氣化被自 動地縮短，并且正是在此背景中本公開將被描述。
[0011] 圖1示出了一個示例的地下煤氣化設備10,其中注入井襯里可以被縮短。設備10 可以包括注入井12、生產(chǎn)井14和發(fā)起井16。在UCG工藝期間，注入井12用于將氧化氣體 (比如空氣、氧氣、蒸汽或這些氣體的組合，如淺藍色箭頭所示）注入反應器區(qū)域18 (也稱為 氣化腔體）中，其是在煤中最初通過鉆孔形成隨后通過煤的氣化膨脹的腔體。腔體形成在 注入點與煤層的頂篷之間，并橫向地生長至氣化工藝的極限。在UCG工藝期間，生產(chǎn)井14 用于抽取在UCG工藝期間形成的合成氣，如綠色箭頭所示，而發(fā)起井16用于在煤層中發(fā)起 氣化工藝，如圖1中的紅色箭頭所示。井中的每個具有：套管20(2(^是注入井的套管，20 2 是生產(chǎn)井的套管，且203是發(fā)起井的套管，但是在圖1中未示出）；和襯里22 (22i是注入井 的襯里，2?是生產(chǎn)井的襯里，且223是發(fā)起井的襯里，但是在圖1中未示出），其處于每個 套管內(nèi)。套管的典型直徑是250_，而襯里的是100?130_。在以下的公開中，我們關注 注入井襯里22 lt)在UCG工藝期間，煤被氣化，并且氣化腔體移動離開注入點，其處于注入井 襯里和注入井的端部處。在圖1中的示例中，氣化工藝的方向24是從右到左，如箭頭所示。 UCG工藝的關鍵方面是移動氧化劑氣體的注入點，以匹配煤氣化面的移動，而不必切割注入 井襯里或回縮注入井襯里，如現(xiàn)在將更詳細地描述的。
[0012] 圖2示出了用于自動地縮短襯里的犧牲性襯里連結件和反應器的近視圖。注入井 12具有點30,在此處氧化氣體被注入處于注入襯里22i的端部處的氣化腔體18中。如圖2 中示出的，注入井具有襯里22i和處于鉆孔的邊緣與襯里之間的環(huán)帶26。注入襯里22i可 以具有一個或多個襯里部分（比如圖2中的示例中的22a、22b、22c、22d)和介于襯里部分 之間的一個或多個犧牲性襯里連結件32(比如圖2中示出的示例中的襯里部分32^32 2和 333)。襯里22通常具有處于6?8米的周期性間隔處的犧牲性襯里連結件。注入襯里22i 可以由鋼（或相似材料）制成，以承受UCG工藝的嚴酷條件。鋼在低于600°C的溫度時可能 不會熔化/分解。每個犧牲性襯里部分32(其也可以被稱作連結件）可以由這樣的材料制 成，該材料在低于鋼襯里熔化/分解溫度的溫度時發(fā)生熔化/燃燒/分解。例如，每個犧牲 性襯里部分32可以由玻璃纖維或樹脂材料制成。典型樹脂是高溫環(huán)氧工具樹脂。犧牲性 襯里連結件和襯里部分通過螺紋接頭接合在一起。在圖2中示出的一個實施例中，襯里和 襯里部分具有圓形形狀（類似管），而每個犧牲性襯里部分32具有正方形或長方形形狀。 然而，每個犧牲性襯里部分32也可以具有其它形狀，包括圓形形狀，類似于其它襯里部分。 在圖2中示出的構造中，沿著注入井襯里的長度的溫度小于200攝氏度，并且襯里部分和犧 牲性襯里部分都允許氧化氣體流動至處于襯里之內(nèi)的氣化腔體。
[0013] 圖3示出了地下煤氣化工藝的詳情，其中氧化氣體沿注入鉆孔的環(huán)帶向下被注 入。在UCG工藝期間，氧化氣體40沿環(huán)帶26向下被送至氣化腔體18 (不是襯里的內(nèi)部）。 氧化氣體通過注入井的環(huán)帶的方向導致反應器的熱區(qū)域沿注入井向上移動至某點，在這里 它沖擊注入井襯里的犧牲性襯里連結件部段，其變得不穩(wěn)定并且這會將注入井襯里縮短至 該襯里故障位置。在該方法中，操作者可沿注入井的環(huán)帶向下送入氧化氣體以沿襯里向上 牽引熱區(qū)域并縮短襯里，然后在正常地下煤氣化期間向襯里內(nèi)部送入氧化氣體。當熱區(qū)域 被向上引入注入井中時，氣化腔體18具有約為800-1200攝氏度的溫度。熱區(qū)域已沖入其 中的襯里部分34(如圖3中示出的）可以處于大約600攝氏度的溫度，而熱區(qū)域未被引入 其中的注入井襯里的其余部分仍然小于200攝氏度。
[0014] 當氧化劑氣體流返回到注入井襯里內(nèi)時，氣體在新注入點處進入反應器，在所述 新注入點處，氣體可接近新鮮煤并維持產(chǎn)品氣體的高質量。
[0015] 圖4示出了地下煤氣化工藝的詳情，其中襯里的犧牲性襯里部分受到UCG工藝的 熱區(qū)域的沖擊。如圖4中示出的，已經(jīng)被氣化腔體的熱區(qū)域包住的犧牲性襯里部分發(fā)生變 形、燃燒或熔化（可能進入氣化腔體中），其導致注入井襯里的長度在適當?shù)臅r間自動地縮 短（如圖5中示出的），使得氧化劑氣體的注入點（在襯里的端部處）自動地隨煤面移動。 例如，在一個實施例中，犧牲性襯里部分可以在大約350攝氏度的溫度時熔化/分解。
[0016] 雖然前述內(nèi)容是參考本發(fā)明的特定實施例描述的，但是本領域的技術人員將理解 的是：可以在該實施例中做出變化，而不背離本公開的原理和精神，本公開的范圍由所附權 利要求書限定。
【權利要求】
1. 一種用于在UCG期間縮短注入井襯里的方法，所述方法包括： 提供用于在氣化腔體中執(zhí)行地下煤氣化的設備，所述設備具有注入井，所述注入井帶 有套管和注入井襯里且在中間具有環(huán)帶，所述注入井襯里具有一個或多個襯里部分和處于 所述一個或多個襯里部分之間的一個或多個連結件部分，并且所述一個或多個連結件部分 中的每個與所述一個或多個襯里部分中的每個相比具有不同機械性能和不同物理性能之 一；以及 重新定位氧化氣體向氣化腔體中的注入點，這是通過破壞所述注入井襯里的所述一個 或多個連結件部分中的至少一個，來縮短所述注入井襯里，使得所述氧化氣體離開縮短的 注入井襯里。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，重新定位注入點進一步包括：沿所述注入井的環(huán)帶 向下送入氧化氣體，將所述氣化腔體的熱區(qū)域向上牽引到所述注入井襯里中，并熔化所述 注入井襯里的所述一個或多個連結件部分中的至少一個，以縮短所述注入井襯里。
3. 如權利要求2所述的方法，其中，熔化所述注入井襯里的所述一個或多個連結件部 分中的至少一個進一步包括：將所述注入井襯里的所述一個或多個連結件部分中的至少一 個包在所述熱區(qū)域中，所述熱區(qū)域熔化所述注入井襯里的所述一個或多個連結件部分中的 至少一個。
4. 如權利要求1所述的方法，進一步包括：使用縮短的注入井襯里繼續(xù)所述地下煤氣 化工藝。
5. 如權利要求4所述的方法，其中，繼續(xù)地下煤氣化工藝進一步包括：在所述注入井襯 里的內(nèi)部將氧化氣體送到所述氣化腔體。
6. 如權利要求1所述的方法，其中，重新定位注入點進一步包括：通過沿所述注入井的 環(huán)帶向下送入氧化氣體來控制所述注入點的重新定位。
【文檔編號】E21B43/243GK104066926SQ201380004384
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權日:2012年6月28日
【發(fā)明者】B.E.戴維斯, K.M.奧利里 申請人:碳能源有限公司