煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法与流程

1.本发明涉及煤炭开采技术领域，具体而言，涉及一种煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法。

背景技术：

2.煤炭地下气化是在地下创造适当的工艺条件，使煤炭进行有控制的燃烧，通过煤的热解以及煤与氧气、水蒸汽发生的一系列化学反应，生成氢气、一氧化碳和甲烷等可燃气体的化学采煤方法。煤炭地下气化集建井、采煤、气化三大工艺为一体，变传统的物理采煤为化学采煤，省去了煤炭开采、运输、洗选处理、气化等工艺的设备，地面无固体废弃物排放，具有安全性好、污染少、投资少、效益高等优点，是中深层难动用煤炭开采的战略发展技术。
3.煤炭地下点火起燃是地下气化的首要条件和关键技术。受煤炭特性、埋深、水文、井下空间环境等多因数影响，煤炭地下安全可靠点火起燃控制困难。目前，基于煤炭地下气化注入点可控后退工艺，在水平井段成功实施的点火方式主要有化学点火和点火两类。其中，利用连续管注入具有遇氧自燃燃料配方的化学点火方式，可以实现井下重复点火，有利于气化不间断运行。但是这种点火方式对井下环境有较高的要求，需要采取处理措施，建立环境受控的井下点火工况才能确保点火成功。
4.由上可知，现有技术中存在煤炭地下气化化学点火环境不安全可靠的问题。

技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，以解决现有技术中煤炭地下气化化学点火环境不安全可靠的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，包括：气举排液步骤：向注入井中下入连续管，同时向连续管内和生产井内注入氮气，以使注入井和生产井中的积水全部排出；单向循环建立步骤：向连续管的内管、第一环空和第二环空中注入氮气，并使氮气从生产井的气化粗煤气生产通道中排出，建立由注入井到生产井的单向流动循环通道，完成煤炭地下气化化学点火受控环境的建立。
7.进一步地，在气举排液步骤中，向注入井中下入连续管，同时向连续管内和生产井内注入氮气，以使注入井和生产井中的积水全部排出包括：向注入井中下入连续管直至连续管到达注入井的初始液面以下的预设深度，同时向连续管的内管和第一环空中以第一注入流量和第一注入压力注入氮气，以使注入井中的积水从第二环空排出。
8.进一步地，在气举排液步骤中，向注入井中下入连续管直至连续管到达注入井的初始液面以下的预设深度包括：保持第一注入流量不变，根据第一注入压力的变化判断连续管是否进入初始液面。
9.进一步地，在气举排液步骤中，向注入井中下入连续管直至连续管到达注入井的初始液面以下的预设深度还包括：根据连续管的设计注氮排量和设计注氮压力确定连续管
的预设深度。
10.进一步地，在气举排液步骤中，向注入井中下入连续管，同时向连续管内和生产井内注入氮气，以使注入井和生产井中的积水全部排出还包括：向气化粗煤气生产通道内以第二注入流量和第二注入压力注入氮气，以使生产井中的积水流入注入井内并从第二环空排出。
11.进一步地，在气举排液步骤中，随着生产井中的积水的液面的降低增大第二注入压力和第二注入流量，以使第一注入压力保持不变。
12.进一步地，在气举排液步骤中，向注入井中下入连续管，同时向连续管内和生产井内注入氮气，以使注入井和生产井中的积水全部排出还包括：当生产井中的积水的液位降至水平段时，调节第一注入流量为第三注入流量且调节第二注入流量为第四注入流量，以使水平段中的积水流向注入井。
13.进一步地，在气举排液步骤中，向注入井中下入连续管，同时向连续管内和生产井内注入氮气，以使注入井和生产井中的积水全部排出还包括：当积水的液位到达注入井的造斜段底部时，保持第三注入流量不变并增加第四注入流量，以使注入井中的积水全部排出，完成气举排液。
14.进一步地，气举排液步骤还包括：通过第一注入流量控制第二环空的排液速度，以使注入井中的积水的液位和第一注入压力保持不变。
15.进一步地，气举排液步骤还包括：根据第二环空排出的积水的体积计算生产井中的积水的液位。
16.进一步地，在煤炭地下气化化学点火受控环境的建立过程中，井底压力始终与地层压力相等。
17.应用本发明的技术方案，通过向注入井中下入连续管，同时向连续管内和生产井内注入氮气，以使注入井和生产井中的积水全部排出，从而为煤炭地下气化化学点火建立非水淹的环境，通过向连续管的内管、第一环空和第二环空中注入氮气，并使氮气从生产井的气化粗煤气生产通道中排出，建立由注入井到生产井的单向流动循环通道，从而为煤炭地下气化化学点火建立单向气体流通的环境，完成煤炭地下气化化学点火受控环境的建立，为后续化学点火、持续燃烧提供可控的井下工况。这种受控环境的建立可简化煤炭地下气化化学点火工艺，提高点火成功率，降低因点火燃烧失控造成烧损工具等事故风险，解决了现有技术中煤炭地下气化化学点火环境不安全可靠的问题。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1示出了本发明的一个实施例中的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法的流程图；以及
20.图2示出了本发明的一个实施例中的气举排液步骤的一个状态下的示意图；
21.图3示出了本发明的一个实施例中的气举排液步骤的另一个状态下的示意图；
22.图4示出了本发明的一个实施例中的气举排液步骤的另一个状态下的示意图；
23.图5示出了本发明的一个实施例中的气举排液步骤的另一个状态下的示意图；
24.图6示出了本发明的一个实施例中的单向循环建立步骤的示意图。
25.其中，上述附图包括以下附图标记：
26.10、注入井；20、生产井；30、内管；40、外管；50、第一环空；60、第一套管；70、第二环空；80、第二套管；90、气化粗煤气生产通道；100、氮气回压通道。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
28.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
29.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
30.显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
31.为了解决现有技术中煤炭地下气化化学点火环境不安全可靠的问题，本发明提供了一种煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法。
32.如图1所示，煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法包括：气举排液步骤：向注入井10中下入连续管，同时向连续管内和生产井20内注入氮气，以使注入井10和生产井20中的积水全部排出；单向循环建立步骤：向连续管的内管30、第一环空50和第二环空70中注入氮气，并使氮气从生产井20的气化粗煤气生产通道90中排出，建立由注入井10到生产井20的单向流动循环通道，完成煤炭地下气化化学点火受控环境的建立。
33.通过向注入井10中下入连续管，同时向连续管内和生产井20内注入氮气，以使注入井10和生产井20中的积水全部排出，从而为煤炭地下气化化学点火建立非水淹的环境，通过向连续管的内管30、第一环空50和第二环空70中注入氮气，并使氮气从生产井20的气化粗煤气生产通道90中排出，建立由注入井10到生产井20的单向流动循环通道，从而为煤炭地下气化化学点火建立单向气体流通的环境，完成煤炭地下气化化学点火受控环境的建立，为后续化学点火、持续燃烧提供可控的井下工况。这种受控环境的建立可简化煤炭地下气化化学点火工艺，提高点火成功率，降低因点火燃烧失控造成烧损工具等事故风险，保证了煤炭地下气化化学点火环境安全可靠。
34.如图2至图6所示，煤炭地下气化井筒包括注入井10和生产井20。注入井10由内向外分别包括连续管的内管30、外管40、第一套管60和第二套管80。其中，第一环空50为连续管的内管30与外管40之间的环空通道。第二环空70为连续管的外管40与第一套管60之间的环空通道。其中，第一套管60为可燃套管，第二套管80为技术套管。生产井20包括气化粗煤气生产通道90。所有环空和通道均通过地面控制系统完成控制，地面设备包括地面流量控制阀和地面高压泵组，每个通道的注入与排出通过地面倒流程阀门完成控制。
35.在本实施例中，在煤炭地下气化化学点火受控环境的建立过程中，井底压力始终
与地层压力相等。如果井底压力与地层压力压差过大会导致煤层过多出水或坍塌风险。
36.在本实施例中，在气举排液步骤中，分别依次对注入井10的竖直段、生产井20的竖直段、生产井20的水平段以及注入井10的造斜段进行排液。
37.如图2所示，在气举排液步骤中，向注入井10中下入连续管，同时向连续管内和生产井20内注入氮气，以使注入井10和生产井20中的积水全部排出包括：向注入井10中下入连续管直至连续管到达注入井10的初始液面以下的预设深度，同时向连续管的内管30和第一环空50中以第一注入流量和第一注入压力注入氮气，以使注入井10中的积水从第二环空70排出。具体的，通过地面流量控制阀和地面高压泵组向连续管的内管30和第一环空50中注入氮气。此外，通过连续管控制装置控制连续管的下入速度，以保证连续管到达预设深度。
38.在本实施例中，在气举排液步骤中，向注入井10中下入连续管直至连续管到达注入井10的初始液面以下的预设深度包括：保持第一注入流量不变，根据第一注入压力的变化判断连续管是否进入初始液面。具体的，当第一注入压力发生变化时，判断连续管进入注入井10的初始液面。继续通过连续管控制装置控制连续管下入，直至到达注入井10的初始液面以下的预设深度。
39.在本实施例中，气举排液步骤还包括：通过第一注入流量控制第二环空70的排液速度，以使注入井10中的积水的液位和第一注入压力保持不变。
40.在本实施例中，在气举排液步骤中，向注入井10中下入连续管直至连续管到达注入井10的初始液面以下的预设深度还包括：根据连续管的设计注氮排量和设计注氮压力确定连续管的预设深度。当连续管到达预设深度后，以此为基准保持静止不动，以维持井底压力和地层压力保持相等。
41.如图3所示，在气举排液步骤中，向注入井10中下入连续管，同时向连续管内和生产井20内注入氮气，以使注入井10和生产井20中的积水全部排出还包括：向气化粗煤气生产通道90内以第二注入流量和第二注入压力注入氮气，以使生产井20中的积水流入注入井10内并从第二环空70排出。
42.在本实施例中，在气举排液步骤中，随着生产井20中的积水的液面的降低增大第二注入压力和第二注入流量，以使第一注入压力保持不变。随着第二注入压力和第二注入流量的逐渐增加，生产井20内的积水持续流入注入井10内，并由第二环空70排出。在生产井20的竖直段中的积水下降过程中，连续管保持不动，只要维持第一注入流量和第一注入压力不变，则能够维持井底压力与地层压力相等。
43.如图4所示，在气举排液步骤中，向注入井10中下入连续管，同时向连续管内和生产井20内注入氮气，以使注入井10和生产井20中的积水全部排出还包括：当生产井20中的积水的液位降至水平段时，调节第一注入流量为第三注入流量且调节第二注入流量为第四注入流量，以使水平段中的积水流向注入井10。具体的，将第四注入流量设定在合理的范围内，能够使水平段中的积水以适当的速度向注入井10推进，避免水平段中的积水与生产井20注入的氮气分层流动，从而尽可能多的排除水平段中的积水。此外，将第三注入流量设定在合理的范围内，能够控制第二环空70的排液速度，维持注入井10的液面以及第一注入压力稳定。
44.在本实施例中，气举排液步骤还包括：根据第二环空70排出的积水的体积计算生
产井20中的积水的液位。
45.如图5所示，在气举排液步骤中，向注入井10中下入连续管，同时向连续管内和生产井20内注入氮气，以使注入井10和生产井20中的积水全部排出还包括：当积水的液位到达注入井10的造斜段底部时，保持第三注入流量不变并增加第四注入流量，以使注入井10中的积水全部排出，完成气举排液。具体的，当生产井20的液位降至水平段时，第二注入压力逐渐增大至达到最大值并保持稳定。保持第二注入压力的最大值不变，整段排出注入井10中的积水，直至第二环空70的出口处无液体返会，判断气举排液完成。
46.如图6所示，气举排液完成以后，生产井20停止注入氮气，通过地面倒流程装置改由向连续管的内管30、第一环空50和第二环空70中注入氮气，并使氮气从生产井20的气化粗煤气生产通道90中排出。此时氮气回压通道100处于封堵状态。在维持井底压力与地层压力相等的基础上控制排量，建立由注入井10到生产井20的单向流动循环通道，从而为煤层地下化学点火起燃建立非水淹、单向气体流通的受控井筒环境。
47.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过向注入井10中下入连续管，同时向连续管内和生产井20内注入氮气，以使注入井10和生产井20中的积水全部排出，从而为煤炭地下气化化学点火建立非水淹的环境，通过向连续管的内管30、第一环空50和第二环空70中注入氮气，并使氮气从生产井20的气化粗煤气生产通道90中排出，建立由注入井10到生产井20的单向流动循环通道，从而为煤炭地下气化化学点火建立单向气体流通的环境，完成煤炭地下气化化学点火受控环境的建立，为后续化学点火、持续燃烧提供可控的井下工况。这种受控环境的建立可简化煤炭地下气化化学点火工艺，提高点火成功率，降低因点火燃烧失控造成烧损工具等事故风险，保证了煤炭地下气化化学点火环境安全可靠。
48.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
49.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
50.以上所述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。

技术特征：

1.一种煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，包括：气举排液步骤：向注入井(10)中下入连续管，同时向所述连续管内和生产井(20)内注入氮气，以使所述注入井(10)和所述生产井(20)中的积水全部排出；单向循环建立步骤：向所述连续管的内管(30)、第一环空(50)和第二环空(70)中注入氮气，并使所述氮气从所述生产井(20)的气化粗煤气生产通道(90)中排出，建立由所述注入井(10)到所述生产井(20)的单向流动循环通道，完成所述煤炭地下气化化学点火受控环境的建立。2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，在所述气举排液步骤中，所述向注入井(10)中下入连续管，同时向所述连续管内和生产井(20)内注入氮气，以使所述注入井(10)和所述生产井(20)中的积水全部排出包括：向所述注入井(10)中下入所述连续管直至所述连续管到达所述注入井(10)的初始液面以下的预设深度，同时向所述连续管的内管(30)和第一环空(50)中以第一注入流量和第一注入压力注入氮气，以使所述注入井(10)中的积水从第二环空(70)排出。3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，在所述气举排液步骤中，所述向注入井(10)中下入连续管直至所述连续管到达所述注入井(10)的初始液面以下的预设深度包括：保持所述第一注入流量不变，根据所述第一注入压力的变化判断所述连续管是否进入所述初始液面。4.根据权利要求3所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，在所述气举排液步骤中，所述向注入井(10)中下入连续管直至所述连续管到达所述注入井(10)的初始液面以下的预设深度还包括：根据所述连续管的设计注氮排量和设计注氮压力确定所述连续管的所述预设深度。5.根据权利要求2所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，在所述气举排液步骤中，所述向注入井(10)中下入连续管，同时向所述连续管内和生产井(20)内注入氮气，以使所述注入井(10)和所述生产井(20)中的积水全部排出还包括：向所述气化粗煤气生产通道(90)和氮气回压通道(100)内以第二注入流量和第二注入压力注入氮气，以使所述生产井(20)中的所述积水流入所述注入井(10)内并从所述第二环空(70)排出。6.根据权利要求5所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，在所述气举排液步骤中，随着所述生产井(20)中的所述积水的液面的降低增大所述第二注入压力和所述第二注入流量，以使所述第一注入压力保持不变。7.根据权利要求5所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，在所述气举排液步骤中，所述向注入井(10)中下入连续管，同时向所述连续管内和生产井(20)内注入氮气，以使所述注入井(10)和所述生产井(20)中的积水全部排出还包括：当所述生产井(20)中的所述积水的液位降至水平段时，调节所述第一注入流量为第三注入流量且调节所述第二注入流量为第四注入流量，以使所述水平段中的所述积水流向所述注入井(10)。8.根据权利要求7所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，在所述气举排液步骤中，所述向注入井(10)中下入连续管，同时向所述连续管内和生产井
(20)内注入氮气，以使所述注入井(10)和所述生产井(20)中的积水全部排出还包括：当所述积水的液位到达所述注入井(10)的造斜段底部时，保持所述第三注入流量不变并增加所述第四注入流量，以使所述注入井(10)中的所述积水全部排出，完成气举排液。9.根据权利要求2所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，所述气举排液步骤还包括：通过所述第一注入流量控制所述第二环空(70)的排液速度，以使所述注入井(10)中的所述积水的液位和所述第一注入压力保持不变。10.根据权利要求2所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，所述气举排液步骤还包括：根据所述第二环空(70)排出的所述积水的体积计算所述生产井(20)中的所述积水的液位。11.根据权利要求1至9中任一项所述的煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法，其特征在于，在所述煤炭地下气化化学点火受控环境的建立过程中，井底压力始终与地层压力相等。

技术总结

本发明提供了一种煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法。煤炭地下气化化学点火受控环境的建立方法包括：气举排液步骤：向注入井中下入连续管，同时向连续管内和生产井内注入氮气，以使注入井和生产井中的积水全部排出；单向循环建立步骤：向连续管的内管、第一环空和第二环空中注入氮气，并使氮气从生产井的气化粗煤气生产通道中排出，建立由注入井到生产井的单向流动循环通道，完成煤炭地下气化化学点火受控环境的建立。本发明解决了现有技术中煤炭地下气化化学点火环境不安全可靠的问题。题。题。