Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для розжига подземного угольного пласта, для in-situ переработки угля в газообразный продукт.
Предпосылки создания изобретения
Подземная газификация угля (ПГУ) представляет собой способ, при котором газообразный продукт получают из угольного пласта посредством нагревания угля in-situ с участием окислителя. Газообразный продукт обычно называют синтетическим газом или синтез-газом и применяют, например, в качестве исходного сырья для производства электричества или химического производства.
Переработка угля в газообразный продукт происходит в скважине, обычно содержащей канал скважины такого типа, который проходит через угольный пласт. Такой канал может быть образован одним или несколькими буровыми скважинами, пробуренными в угольном пласте, сообщающимися по текучей среде друг с другом. Канал также сообщается по текучей среде с нагнетательной скважиной, эксплуатационной скважиной, так же как и с одной или более розжиговыми или вспомогательными скважинами, проходящими от поверхности земли в канал скважины. Как правило, окислитель вводят в канал скважины через нагнетательную скважину для способствования горению. Как правило, источник розжига для инициирования горения угольного пласта вводят в канал скважины через розжиговую скважину. Горение также может быть инициировано с применением зажигательного приспособления, в результате чего зажигательное приспособление, способное разжечь уголь, вводят в канал скважины через розжиговую или нагнетательную скважину.
Подземный газогенератор угольного пласта, как правило, называют газогенератором угля. Газификация происходит рядом с зоной горения скважины/газогенератором, и уголь частично окисляется с получением газообразного продукта с низкой или средней теплотой сгорания. Горячий газообразный продукт течет из зоны газификации и выходит из земли из устья скважины эксплуатационной скважины. После сжигания или газификации угля полость газификации внутри угольного пласта разрабатывают и канал увеличивается в размерах.
Одной из основных задач ПТУ является подземное воспламенение угля, в частности, безопасным и экономически эффективным способом. Различные способы были предложены и применены. Один такой способ включает сброс горячего угля или опускание электрического устройства теплостойкости в вертикально выдающуюся розжиговую скважину, непосредственно в предполагаемую зону горения, а затем закачивание кислорода в зону горения через нагнетательную скважину, так, что горение является автогенным. Другой способ предполагает сброс летучих химических веществ, таких как триэтилборан или силан, которые спонтанно воспламеняются при контакте с воздухом, для инициирования розжига, за которым следует подача топлива для розжига и окислителя в предполагаемую зону горения, так, что горение является автогенным.
Одной из проблем, связанных с ПГУ, является то, что фронт горения, создаваемый в зоне горения, не всегда движется вдоль угольного пласта, как предполагается в теории, и практически угольный пласт, возможно, должен быть повторно разожжен в различных участках газификации вдоль угольного пласта для максимизации выработки и жизненного цикла газогенератора угля.
Одной из проблем, связанных с ПГУ, при применении канала скважины, проходящего по существу горизонтально через угольный пласт, является то, что более одной вертикально выдающейся розжиговой скважины (буровой скважины), могут быть необходимы для розжига/повторного розжига угольного пласта/газогенератора в нескольких местах, так как установка нагнетательных скважин является дорогостоящим и трудоемким процессом. Однако применение триэтилборана или силана может быть опасным для обслуживающего персонала, в связи с особенностью высокой летучести материала при контакте с воздухом, при этом любая ошибка при работе с такими материалами может привести к их контакту с воздухом, что может вызвать возгорания или привести к взрывам.
Краткое изложение сущности изобретения
Целью настоящего изобретения является создание способа или устройства для розжига (или повторного розжига) угля из подземного угольного пласта безопасным и/или экономически эффективным способом, либо обеспечение общественности полезным или коммерческим выбором.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложено устройство зажигания для розжига подземных угольных пластов изнутри канала скважины, проходящего через пласт, при этом указанное устройство содержит:
систему розжига, содержащую средства розжига и приспособление для розжига, для розжига подземных угольных пластов изнутри канала скважины; и
систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу, соединенную с приспособлением для розжига, и проходящую внутри канала скважины для размещения приспособления для розжига в желаемом месте внутри канала скважины.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложена система розжига, содержащая средства розжига и приспособление для розжига, для розжига подземного угольного пласта.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предложены средства розжига для розжига подземного угольного пласта.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, предложено приспособление для розжига для розжига подземного угольного пласта.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения, предложена система позиционирования, содержащая гибкую насосно-компрессорную трубу, проходящую внутри канала скважины для размещения приспособления для розжига в желаемом месте внутри канала скважины.
В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения, предложен способ розжига подземного угольного пласта изнутри канала скважины, проходящего через пласт, при этом указанный способ включает следующие этапы:
(1) перемещение приспособления для розжига устройства для зажигания в канал скважины; и
(2) розжиг подземного угольного пласта в одном или нескольких местах внутри канала скважины с помощью приспособления для розжига,
при этом устройство для зажигания содержит:
систему розжига, содержащую средства розжига и приспособление для розжига; и
систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу, соединенную с приспособлением для розжига, и проходящую внутри канала скважины для размещения приспособления для розжига в желаемом месте внутри канала скважины.
Числа от первого до шестого аспектов настоящего изобретения описаны ниже, в том числе подробные описания вариантов осуществления разделов изобретения.
Изобретение в частности подходит для каналов скважин, которые проходят горизонтально или по существу горизонтально, не смотря на то, что угольный пласт/газогенератор или наоборот проходят невертикально или нелинейно. Таким образом, изобретение в частности подходит для розжига зон угольных пластов, не являющихся расположенными непосредственно под, или непосредственно рядом с нижней частью нагнетательной, розжиговой или другой вспомогательной скважиной.
Средства розжига могут разжигать угольный пласт любым подходящим способом. Средства розжига могут непосредственно разжигать угольный пласт, или разжигать горючую текучую среду (например, жидкость или газ) присущую каналу скважины или подаваемую в канал скважины (например, подаваемую либо в виде жидкости, либо газа, или в твердом состоянии).
В одном варианте осуществления средства розжига содержат генератор электрической искры (например, свеча зажигания) и источник питания для генерации искры. Источник питания может быть расположен надземно или генератор искры может быть приведен в действие пластовой турбиной и трансформатором, подключенными с помощью электрического соединения к генератору искры. Средства розжига могут дополнительно содержать источник топлива для розжига и/или источник окислителя для дальнейшего инициирования и/или горения заправленного топлива.
В другом варианте осуществления средства розжига содержат электрический терморезистор (например, свеча накаливания) и источник питания для подачи электропитания на резистор. Резистор может, например, генерировать около 180 кВт тепла. Источник питания может быть расположен надземно или генератор искры может быть приведен в действие пластовой турбиной и трансформатором, подключенными с помощью электрического соединения к резистору. Средства розжига могут дополнительно содержать источник окислителя для дальнейшего инициирования и/или горения заправленного топлива.
В другом варианте осуществления средства розжига содержат по меньшей мере один тип химического реагента для розжига (источник химического реагента для розжига). Химический реагент для розжига может быть самовоспламеняющимся веществом - например, жидкостью, такой как триэтилборан, газом, таким как силан, твердым веществом, таким как фосфор, или щелочным металлом, или самовоспламеняющимся химическим реагентом и смесью углеводородов, таких как триэтилборан, испаренный в метан, или самовоспламеняющимся химическим реагентом и инертным газом, таким как триэтилборан и азот. Течение углеводорода или инертного газа помогает транспортировать/испарять самовоспламеняющийся химический реагент или пробковый/поршневой поток самовоспламеняющегося химического реагента в приспособление для розжига. Средства розжига могут также дополнительно содержать источник топлива для розжига и/или источник окислителя для дальнейшего инициирования и/или горения заправленного топлива.
В еще одном варианте осуществления средства розжига содержат чистый кислород или по существу чистый кислород, непосредственно разжигающий угольный пласт. Средства розжига могут дополнительно содержать источник окислителя для горения заправленного топлива.
Приспособление для розжига может быть любого подходящего размера, формы и конструкции и может быть выполнено из любого подходящего типа материала или материалов. В своей простейшей форме, приспособление для розжига может быть выполнено в виде концевого сопла для гибкой насосно-компрессорной трубы. В более сложной форме, приспособление для розжига может содержать средства розжига и/или другие компоненты устройства для зажигания.
Приспособление для розжига может содержать корпус приспособления. Корпус может быть единой конструкцией или может содержать две или более соединяемые части корпуса. Корпус может быть выполнен из любого подходящего материала или материалов, включая нержавеющую сталь и углеродистую сталь. Если приспособление для розжига/корпус имеет защитную часть (например, приспособление для выдавливания керна или предохранительный колпак газового баллона), то эта часть может быть выполнена из металлических или неметаллических материалов, таких как пластмассы или резины, которые можно деформировать или расплавить.
Приспособление для розжига или корпус приспособления может иметь любой подходящий наружный диаметр и длину. Например, приспособление для розжига или корпус приспособления может иметь внешний диаметр, например, примерно 2 дюйма, 3 дюйма или 4 дюйма. Предпочтительно, чтобы приспособление для розжига или корпус приспособления имели диаметр примерно 2 дюйма.
Части корпуса могут быть привинчены друг к другу. Корпус может вмещать или не вмещать средства розжига. Корпус приспособления может иметь входной конец и выходной конец, и они могут быть расположены на противоположных концах корпуса. Выходной конец корпуса может быть конической или другой формы, таким образом, чтобы уменьшить сопротивление при движении приспособления для розжига в предполагаемое место в пределах угольного пласта. Входной конец корпуса может быть приспособлен для соединения с гибкой насосно-компрессорной трубой.
Приспособление для розжига может быть соединено с гибкой насосно-компрессорной трубой любым подходящим способом. Корпус приспособления может быть соединен с гибкой насосно-компрессорной трубой герметичным или негерметичным образом. Корпус приспособления для розжига может быть соединен с возможностью отсоединения или перманентно соединен с гибкой насосно-компрессорной трубой. Предпочтительно, корпус соединен с концом гибкой насосно-компрессорной трубы с помощью винтовой резьбы или сварки.
Гибкая насосно-компрессорная труба может быть любого подходящего размера, формы и конструкции и может быть выполнена из любого подходящего материала или материалов. Более конкретно, гибкая насосно-компрессорная труба может иметь любую подходящую длину и диаметр. Предпочтительно, гибкая насосно-компрессорная труба выполнена из металла, такого как нержавеющая сталь, углеродистая сталь или медь. Гибкая насосно-компрессорная труба может быть единой конструкцией или содержать две или более подключаемые части трубы. Предпочтительным наружным диаметром для гибкой насосно-компрессорной трубы является диаметр в два дюйма.
Гибкая насосно-компрессорная труба может содержать одну трубу (трубопровод), соединенную с корпусом приспособления. Гибкая насосно-компрессорная труба может альтернативно содержать по меньшей мере одну внутреннюю трубу (внутренний трубопровод), проходящую внутри наружной трубы (внешний трубопровод), в которой одна или обе из внутренних и внешних труб соединены с корпусом приспособления. То есть гибкая насосно-компрессорная труба может содержать по меньшей мере одну внутреннюю трубу и наружную трубу, которые проходят концентрически относительно друг друга. Более одной внутренней трубы могут проходить в пределах одной наружной трубы. Предпочтительный диаметр внешней трубы составляет два дюйма, тогда как предпочтительный диаметр внутренней трубы составляет 3/4 дюйма.
Система позиционирования может дополнительно содержать барабан гибкого трубопровода, из которого разматывается гибкая насосно-компрессорная труба. Барабан гибкого трубопровода может быть любого подходящего размера, формы и конструкции и может быть выполнен из любого подходящего материала или материалов. Предпочтительно, барабан гибкого трубопровода может разматывать гибкую насосно-компрессорную трубу, имеющую длину по меньшей мере 300 м, 400 м, 500 м, 600 м, 700 м, 800 м, 900 м, 1000 м, 1100 м и 1200 м.
Источник топлива для розжига может подавать топливо для розжига к или в непосредственной близости от приспособления для розжига, либо внутри гибкой насосно-компрессорной трубы или снаружи насосно-компрессорной трубы, но в канале скважины. Топливо для розжига может находиться в твердом состоянии или в виде текучей среды, такой как газ или жидкость. Топливо для розжига может быть горючей жидкостью на углеводородной основе, такой как метан, пропан, бутан или их смеси. Топливо для розжига может быть самовоспламеняющимся газом или жидкостью. Источником топлива для розжига может быть бак/цилиндр сжатого горючего газа или сжиженного газа. Источник топлива для розжига может быть прямо или опосредованно соединен с гибкой насосно-компрессорной трубой герметичным образом.
Устройство для зажигания может содержать источник окислителя, который может подавать окислитель к или в непосредственной близости от приспособления для розжига, либо внутри гибкой насосно-компрессорной трубы, или снаружи гибкой насосно-компрессорной трубы, но в канале скважины. Окислитель может находиться в твердом или жидком состоянии, но предпочтительно, в виде текучей среды, такой как воздух (примерно 20% кислорода), воздух или другой газ/смесь газов, обогащенная кислородом (более чем приблизительно 20% кислорода, или приблизительно от 30% до 80% кислорода), или по существу чистого кислорода. Источник окислителя может содержать, например, воздушный компрессор, резервуар/цилиндр сжатого воздуха или кислорода, воздухоразделительную установку, или бак/цилиндр жидкого кислорода. Источник окислителя может быть соединен непосредственно или опосредованно с гибкой насосно-компрессорной трубой герметичным образом. Источник окислителя может быть присоединен прямо или опосредованно к устью скважины нагнетательной скважины, таким образом, что окислитель предпочтительно нагнетают в скважину, чем в гибкую насосно-компрессорную трубу.
Источник химического реагента для розжига может подавать химический реагент для розжига к или в непосредственной близости от приспособления для розжига, либо внутри гибкой насосно-компрессорной трубы, или снаружи гибкой насосно-компрессорной трубы, но в канале скважины. Как уже упоминалось, химический реагент для розжига может находиться в твердом состоянии или в виде текучей среды, такой как газ или жидкость. Источником химического реагента для розжига может быть бак/цилиндр, находящийся под давлением или не находящийся под давлением, содержащий такой химический реагент. Химический реагент для розжига может быть самовоспламеняющимся газом или жидкостью. Источник химического реагента для розжига может быть соединен непосредственно или опосредованно с гибкой насосно-компрессорной трубой герметичным образом.
Как уже упоминалось, гибкая насосно-компрессорная труба может содержать одну трубу. Труба может быть применена для передачи одного или нескольких электрических кабелей/линий (для электропитания или данных) от поверхности земли к корпусу приспособления для розжига. Труба может быть применена для подачи топлива для розжига и/или химического реагента для розжига в приспособление для розжига.
Как уже упоминалось, гибкая насосно-компрессорная труба может содержать две или более труб (трубопроводов) или более двух труб, и в этом случае трубы могут проходить концентрически (одна внутри другой). Внутренняя труба может подавать топливо для розжига и/или химический реагент для розжига в корпус приспособления для розжига. Внешняя труба может подавать окислитель в корпус приспособления для розжига. Наружная труба также может передавать электрические кабели (питания или данных) устройства для зажигания.
Для устройства для зажигания, содержащего одну трубу («одинарная гибкая насосно-компрессорная труба»), окислитель, нагнетаемый в скважину, может протекать с внешней стороны трубы. Также устройство для зажигания содержит одну трубу, при этом топливо для розжига и/или химический реагент для розжига, нагнетаемый в скважину, может протекать внутри трубы. Для устройства для зажигания, содержащего концентрические трубы («концентрическая обмотка насосно-компрессорной трубы»), окислитель, нагнетаемый в скважину, может протекать внутри наружной трубы (предпочтительно так же, как и в самой скважине, снаружи внешней трубы) и топливо для розжига может течь во внутренней трубе.
При применении одной трубы или концентрических трубок, (внешняя) труба может быть выполнена из нержавеющей стали или углеродистой стали. Если воздух применяют в качестве окислителя, внешняя труба может быть выполнена из углеродистой стали и внутренняя труба может быть выполнена из меди. Если воздух или кислород применяют в качестве окислителя, внешняя труба может быть выполнена из нержавеющей стали и внутренняя труба может быть выполнена из меди или нержавеющей стали.
Гибкая насосно-компрессорная труба может дополнительно служить для размещения других компонентов приспособления для розжига, в том числе компонентов приспособления для розжига, датчиков и, как уже упоминалось, кабелей питания или данных.
Гибкая насосно-компрессорная труба может содержать теплообменные конструкции, такие как ребра или направляющие ребра, проходящие от трубы гибкой насосно-компрессорной трубы, для охлаждения внутренней части трубы.
Гибкая насосно-компрессорная труба может содержать позиционеры, такие как ребра или направляющие ребра, которые выходят из трубы гибкой насосно-компрессорной трубы и помогают регулировать положение приспособления для розжига внутри канала скважины (или обсадного хвостовика, если он присутствует). То есть они помогают центрировать приспособление для розжига внутри канала скважины (или обсадного хвостовика, если он присутствует).
Приспособление для розжига может содержать в корпусе по меньшей мере одно впускное отверстие, находящееся в сообщении по текучей среде по меньшей мере с одной трубой из гибкой насосно-компрессорной трубы. Тем не менее, соединение не должно быть герметичным. Впускное отверстие может иметь любой подходящий размер и форму. Впускное отверстие может быть обеспечено простым отверстием в корпусе или трубе (втулке), которое проходит внутри и/или снаружи корпуса. Электрический кабель, датчик или другой компонент узла воспламенения может проходить через входное отверстие. Топливо для розжига и/или химический реагент для розжига может подаваться через входное отверстие.
Приспособление для розжига может содержать первое входное отверстие, соединенное с внутренней трубой, которая подает топливо для розжига и/или химический реагент для розжига в корпус. Приспособление для розжига может содержать второе входное отверстие, соединенное с наружной трубой, которая подает окислитель или проводит кабель (питания или датчик) или датчик к корпусу приспособления.
Приспособление для розжига может содержать по меньшей мере одно выпускное отверстие в корпусе приспособления, которое находится в сообщении по текучей среде по меньшей мере с одним входным отверстием. То есть приспособление для розжига может содержать канал, проходящий между входным отверстием и выпускным отверстием. Тем не менее, соединение не должно быть герметичным. Выпускное отверстие может иметь любой подходящий размер и форму. Выпускное отверстие может быть обеспечено простым отверстием в корпусе или трубе (втулке), которое проходит внутри и/или снаружи корпуса. Выпускное отверстие уменьшенного диаметра может, например, помочь направить пламя в сторону от корпуса приспособления.
Корпус приспособления может содержать съемный колпак или заглушку (приспособление для выдавливания керна), закрывающую выпускное отверстие корпуса, которую можно отделить от остальной части корпуса перед розжигом. Колпак или заглушка могут иметь закругленную, длинную или коническую форму. Отсоединение может быть достигнуто любым подходящим способом. Например, увеличение давления газа из-за окислителя, поток топлива для розжига или химического реагента для розжига через корпус, могут быть применены для отсоединения колпака или заглушки. Элемент колпак/заглушка может быть фрикционно посажена на остальной части корпуса приспособления. Если ствол заглушки будет в форме заглушки, то он может быть фрикционно посажен на выпускное отверстие корпуса с применением уплотнительного кольца, которое проходит вокруг ствола.
В дополнение к впускному/ым отверстию/ям и выпускному/ым отверстию/ям, приспособление для розжига может иметь один или более заборников, проходящих через корпус для нагнетания окислителя/газа из канала скважины в проход корпуса с помощью эффекта Вентури, когда топливо для розжига и/или окислитель протекают через проход к выпускному отверстию из корпуса.
Приспособление для розжига может содержать смесительную камеру, расположенную внутри корпуса приспособления, в которой топливо для розжига, окислитель и/или химический реагент для розжига смешиваются. Смешивание может быть достигнуто любым подходящим способом. Как правило, способом, включающим обеспечение завихрения и/или сопротивления току газов через камеру смешивания. С этой целью смесительная камера может содержать по меньшей мере одну смесительную структуру или устройство, такое как устройство Вентури, одну или несколько перегородок (например, спиралей) или другие создатели завихрений, расположенные внутри смесительной камеры (которые создают перепад давления для смешивания двух газовых потоков) или которые определяют стенки смесительной камеры. Смесительная структура или устройство может быть, например, одним целым с корпусом приспособления или может быть отдельным компонентом, вставляемым в корпус приспособления. В одном варианте смесительная структура или устройство выполнено в виде устройства Вентури, расположенного внутри смесительной камеры.
Приспособление для розжига может содержать диффузор, предназначенный для контроля характеристик смеси газов, выходящих из выпускного отверстия корпуса приспособления. Любой подходящий тип диффузора, например перфорированная пластина, может быть применен.
Приспособление для розжига может содержать перегородки, проходящие от наружной поверхности корпуса приспособления, для отклонения потока газа (такого как окислитель) от нижней области корпуса приспособления, таким образом, что нижняя область не охлаждается потоком газа.
Приспособление для розжига может содержать теплообменные конструкции, такие как ребра или направляющие ребра, проходящие от корпуса приспособления, для охлаждения выпускного отверстия из и/или внутри корпуса.
Смесительная камера может быть определена корпусом приспособления и пластиной диффузора, проходящими в поперечном направлении поперек корпуса приспособления вблизи выпускного отверстия корпуса.
Приспособление для розжига может содержать опору для удерживания средств розжига или других компонентов внутри корпуса приспособления или снаружи корпуса. Может быть применен любой подходящий тип опоры. Опора может быть, например, выполнена как одно целое с корпусом приспособления или может быть отдельным компонентом, вставляемым в корпус приспособления. В одном варианте осуществления опора выполнена в виде распорной втулки или распорного болта, которые плотно прилегают внутри корпуса приспособления и поддерживают средства розжига внутренней области втулки.
Приспособление для розжига может содержать невозвратный/возвратный клапан (шаровой и пружинный, заслонку подпружиненного клапана и т.п.) для предотвращения обратного потока топлива для розжига и газообразного продукта (синтез-газа) вверх по гибкой насосно-компрессорной трубе.
Гибкая насосно-компрессорная труба может содержать невозвратный/возвратный клапан (шаровой и пружинный, заслонку подпружиненного клапана и т.п.), установленный внутри трубы для предотвращения обратного потока газообразного продукта (синтез-газа) вверх по трубе.
Приспособление для розжига может содержать один или более датчиков для определения и отчета о состояниях в приспособлении для розжига, прилегающем приспособлении для розжига, канала скважины и/или прилегающего угольного пласта. Может быть применен любой подходящий тип датчика. Например, датчик может быть: термопарой для измерения температуры в канале скважины, угольном пласте или приспособлении для розжига и т.п.; газовым датчиком для измерения природы газа в скважине/канале скважины; датчиком давления для измерения давления в скважине/канале скважины; оптическим датчиком для наблюдения за скважиной, каналом скважины или угольным пластом; или датчиком положения для сообщения о расположении приспособления для розжига в скважине/канале скважины. Датчик может быть соединен с внешним корпусом приспособления для розжига или размещен внутри трубы корпуса приспособления для розжига или гибкой насосно-компрессорной трубы, или обеих. Электрический кабель датчика может проходить внутри гибкой насосно-компрессорной трубы и внутри или снаружи корпуса приспособления.
Устройство для зажигания может содержать контроллер, действующий с возможностью инициирования розжига, включая обеспечение электрической энергии или топлива для розжига, окислителя или испускание горючего химического реагента для розжига. Контроллер может содержать шкаф управления. Контроллер может содержать систему трубопроводов, соединенную по текучей среде с гибкой насосно-компрессорной трубой и химическим реагентом для розжига, топливом для розжига и источником окислителя.
Контроллер может управляться удаленно приспособлением для розжига для (1) контроля соотношения в смеси топлива для розжига/химического реагента для розжига и окислителя, (2) мониторинга сгорания смеси и (3) контроля подачи электрической энергии к розжигу. Контроллер может содержать устройство измерения величины напряжения и силы тока и устройство управления, подключенное к электрическому зажигательному приспособлению посредством электрического кабеля, проходящего через гибкую насосно-компрессорную трубу.
Контроллер может состоять из регулировочного, невозвратного и запорного клапанов, устройств для измерения расхода и устройств для сброса давления. Такие устройства позволяют измерять и контролировать расход при нагнетании окислителя и топлива для розжига соответственно. Также он позволяет продувку топлива для розжига с применением инертных газов, таких как азот. Смесь окислителя/топлива для розжига может регулироваться с помощью устройства для измерения расхода, такие устройства могут быть либо приведены в действие пневматическим приводом, заглушены вручную, поворотом на 90 градусов, либо приведены в действие электроприводом.
Контроллер может содержать устройства защиты от избыточного давления, фильтрации, устройства для измерения расхода в дополнение к изолирующему клапану. Устройство логического управления может позволить окислителю/топливу для розжига течь согласно требуемым параметрам. В случае сбоя в подаче электропитания или потери окислителя устройство логического управления может остановить поток топлива для розжига.
Источник окислителя (например, компрессор для воздуха или жидкости или бак-накопитель газообразного кислорода или генератор и т.д.), топлива для розжига (например, сжатый газ или водяные цилиндры и т.д.) и химического реагента для розжига (например, сжатый газ или водяные цилиндры и т.д.) может быть подключен к системе трубопроводов коллектора и дополнительно к гибкой насосно-компрессорной трубе и к устью скважины нагнетательной скважины. Источник питания (генератор) может быть соединен с помощью электрического соединения с контроллером и дополнительно с электрическим кабелем и кабелем датчика, проходящим через гибкую насосно-компрессорную трубу. Контроллер может быть смонтирован на салазках для удобства транспортировки.
Контроллер может поставлять электрическую энергию в приспособление для розжига для: разжигания топлива для розжига/химического реагента для розжига/окислительной смеси; мониторинга за состоянием воспламеняющей смеси и постепенного увеличения потока окислителя, так же как и газообразного топлива для розжига вверх или вниз, при повторном розжиге смеси, если розжиг гаснет до того, как воспламенение достигнуто в угольном пласте; и, как только розжиг становится незатухающим, происходит постепенное увеличение потока топлива для розжига, а затем и окислителя, или наоборот, в зависимости от соотношения, достигнутого для устойчивого розжига, до тех пор, пока воспламенение не будет достигнуто в угольном пласте.
Контроллер управляет соотношением топлива/окислителя между нижним пределом воспламеняемости (LFL) топлива и верхним пределом воспламеняемости (UFL) топлива. Это гарантирует, не только то, что газовая смесь в приспособлении для розжига может быть разожжена, но и что воспламенение будет устойчивым.
После того как горение было достигнуто, способ в соответствии с изобретением дополнительно включает этап поддержания окислителя на таком уровне, чтобы поддерживать горение.
Для того чтобы продолжать осуществление способа подземной газификации угля через угольный пласт, может быть необходимым переместить приспособления для розжига на новое место розжига, где уголь в непосредственной близости от нового места розжига может разжигаться и создавать новую зону горения для продолжения розжига вдоль угольного пласта и получения оптимального расхода угольного ресурса. На новом месте розжига энергия, произведенная во время процесса газификации, является достаточной для поддержания температуры в новой зоне горения на уровне, который способствует протеканию химических реакций.
Таким образом, чтобы поддерживать, в частности, движение зоны горения гибкая насосно-компрессорная труба и приспособление для розжига могут быть вытянуты вдоль угольного пласта и периодического повторного розжига, не только для поддержания горения в зоне горения, но и также для инициирования последующей зоны горения в угольном пласте. Следовательно, способ в соответствии с изобретением дополнительно включает этап перемещения приспособления для розжига вдоль угольного пласта. Хотя это наиболее применимо по существу к горизонтальным скважинам/каналам скважины, изобретение может быть также применено с вертикальной или наклонной скважиной или скважинами, которые имеют сочетание конструкций.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описаны посредством примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы.
Краткое описание графических материалов
На фиг.1 изображены общие особенности устройства для зажигания, сконфигурированного для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
На фиг.2 изображены части устройств для зажигания (с применением одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
На фиг.3 изображены части устройств для зажигания (с применением концентрических гибких насосно-компрессорных труб) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
На фиг.4 изображены части устройств для зажигания (с применением одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
На фиг.5 изображена часть устройства для зажигания (с применением одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
На фиг.6 изображена часть устройства для зажигания (с применением одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
На фиг.7 изображена часть устройства для зажигания (с применением одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
На фиг.8 изображена часть устройства для зажигания (с применением одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
На фиг.9 изображена часть устройства для зажигания (с применением одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
На фиг.10 изображена часть устройства для зажигания (с применением концентрических гибких насосно-компрессорных труб) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
На фиг.11 изображена часть устройства для зажигания (с применением концентрических гибких насосно-компрессорных труб) для розжига подземного угольного пласта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления
На графических материалах подобные номера позиций обозначают подобные особенности.
Ссылаясь сначала на фиг.1, изображено устройство 150 для зажигания, предназначенное для розжига подземного угольного пласта 151. Там показана нагнетательная скважина 152, имеющая устье 153 скважины и канал 154 скважины, проходящий от верхней точки наклонного участка скважины 152 через угольный пласт 151.
Устройство 150 для зажигания содержит систему розжига, систему позиционирования, датчик 170 и контроллер 165.
Система розжига содержит средства розжига и приспособление 155 для розжига подземного угольного пласта 151 в канале 154 скважины (или обсадной хвостовик, заключенный в канале 154 скважины).
Система позиционирования содержит гибкую насосно-компрессорную трубу 156, подключенную к приспособлению 155 для розжига, и проходящие через устье 153 скважины в канале 154 скважины для размещения приспособления 155 для розжига в желаемом месте внутри канала 154 скважины. Система позиционирования дополнительно содержит барабан 157 гибкого трубопровода для транспортировки и выдачи гибких насосно-компрессорных труб 156.
Гибкая насосно-компрессорная труба 156 системы позиционирования может содержать одну трубу («одинарная гибкая насосно-компрессорная труба») или концентрически расположенные внутреннюю и внешнюю трубы («концентрическая обмотка насосно-компрессорной трубы»), и конец каждой трубы соединен с концом приспособления 155 для розжига напрямую или посредством переходника, приваренного к концу каждой трубы, и обычно, либо приваренного, либо привинченного к концу приспособления 155 для розжига. Предпочтительный диаметр внешней трубы составляет два дюйма, тогда как предпочтительный диаметр внутренней трубы составляет 3/4 дюйма.
Гибкая насосно-компрессорная труба 156 также находится в сообщении по текучей среде с системой 171 трубопроводов контроллера 165 с помощью шлангов 172 и дополнительно сообщается по текучей среде с источником текучих сред 162, 163 (химический реагент для розжига, топливо для розжига и окислитель - в зависимости от возможной ситуации).
Одинарную или внешнюю трубу из гибкой насосно-компрессорной трубы 156 применяют для передачи электрических кабелей и/или кабелей датчиков (например, от датчика/термопары 170) от приспособления 155 для розжига к контроллеру 165 с помощью электрических линий 173, которые проходят от барабана 157 гибкого трубопровода.
Средства розжига могут непосредственно разжигать сам угольный пласт 151, или разжигать горючую текучую среду (газ, жидкость), либо постоянно находящуюся в канале скважины/обсадном хвостовике, или поступающую в канал скважины/обсадной хвостовик в виде газа, жидкости или в твердом состоянии.
В одном варианте осуществления концентрической гибкой насосно-компрессорной трубы, средства розжига содержат генератор 160 электрической искры (например, свеча зажигания), подключенный с помощью электрического соединения электрическим кабелем к источнику питания (генератор - не показан) для генерации искры. В другом варианте осуществления концентрической гибкой насосно-компрессорной трубы, средства зажигания содержат электрический терморезистор 160 тепла (например, свеча накаливания), подключенный с помощью электрического соединения электрическим кабелем к источнику питания (не показан) для подачи электропитания на резистор. Резистор может, например, генерировать около 180 кВт тепла. Для обоих вариантов осуществления средства розжига дополнительно содержат источник топлива для розжига (сжатый газ или водяные цилиндры 162, содержащие, например, углеводороды, такие как метан) и окислитель источника (например, воздушный компрессор 163) для горения заправленного топлива. Топливо для розжига подается в приспособление 155 для розжига через внутреннюю трубу гибкой насосно-компрессорной трубы 156, и окислитель подают в приспособление 155 для розжига через внешнюю трубу гибкой насосно-компрессорной трубы 156. Генератор электрической искры/электрический терморезистор 160 тепла расположен внутри приспособления 155 для розжига (или, возможно, снаружи приспособления 155 для розжига), и на пути смеси горючих газов (топлива для розжига и окислителя), которая проходит через приспособление 155 для розжига. В варианте осуществления одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы только лишь топливо для розжига может течь через трубу к приспособлению 155 для розжига.
В еще одном варианте осуществления концентрической гибкой насосно-компрессорной трубы средства розжига содержат по меньшей мере один тип химического реагента для розжига и источник химического реагента для розжига (например, сжатый газ или водяные цилиндры 162). Химический реагент для розжига может быть самовоспламеняющимся веществом - например, жидкостью, такой как триэтилборан, газом, таким как силан, твердым веществом, таким как фосфор или щелочной металл, самовоспламеняющимся химическим реактивом и углеводородной смесью, такой как триэтилборан, испаряющейся в метане, или самовоспламеняющимся химическим реактивом и инертным газом, таким как триэтилборан и азот. Поток углеводорода или инертного газа может помочь в транспортировке/испарении самовоспламеняющегося материала или пробкового/поршневого потока самовоспламеняющегося химического реактива в приспособление 155 для розжига. Средства розжига могут дополнительно содержать источник окислителя (например, воздушный компрессор 163) для розжига заправленного топлива и горения. Химический реагент для розжига специфически взаимодействует с окислителем (воздухом или кислородом) внутри канала скважины или угольного пласта, для розжига угольного пласта. Химический реагент для розжига может быть специально выпущен при включении приспособления 155 для розжига в желаемом месте скважины/канала скважины. Химический реагент для розжига может быть подан в приспособление 155 для розжига из цилиндров 162 через внутреннюю трубу, тогда как окислитель может быть подан в приспособление 155 для розжига из воздушного компрессора 163 через внешнюю трубу. В варианте осуществления одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы химический реагент для розжига сам по себе может течь через трубу в приспособление 155 для розжига.
В варианте осуществления одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы средства розжига могут содержать чистый кислород или по существу чистый кислород (цилиндры 162), подаваемый через трубу из гибкой насосно-компрессорной трубы и приспособление 155 для розжига. Кислород непосредственно разжигает угольный пласт. Средства розжига могут дополнительно содержать источник окислителя (воздушный компрессор 163) для горения заправленного топлива.
Обобщая, для устройства для зажигания, содержащего одинарную гибкую насосно-компрессорную трубу, окислитель, нагнетаемый в канал скважины, может проходить с внешней стороны трубы гибких насосно-компрессорных труб. Однако для устройства для зажигания, содержащего одну гибкую насосно-компрессорную трубу, топливо для розжига и/или химический реагент для розжига, нагнетаемый в канал скважины, может проходить внутри трубы. Для устройства для зажигания, содержащего концентрические трубы, окислитель, нагнетаемый в канал скважины, может проходить внутри наружной трубы (желательно, так же как и в самом канале скважины, снаружи внешней трубы) и топливо для розжига/химический реагент для розжига может течь внутри внутренней трубы.
При применении одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы (имеющей одну трубу) или концентрической гибкой насосно-компрессорной трубы (имеющих внутреннюю и внешнюю трубы), (внешняя) труба может быть выполнена из нержавеющей стали или углеродистой стали. Если воздух применяют в качестве окислителя, внешняя труба может быть выполнена из углеродистой стали и внутренняя труба может быть выполнена из меди. Если воздух или кислород применяют в качестве окислителя, внешняя труба может быть выполнена из нержавеющей стали и внутренняя труба может быть выполнена из меди или нержавеющей стали.
Приспособление 155 для розжига может быть выполнено в основном из нержавеющей стали или из углеродистой стали. Защитная часть приспособления для розжига, такая как приспособление для выдавливания керна (как описано выше), может быть выполнена из нетеплостойких материалов, таких как алюминий, пластмасса или резина. Приспособление для розжига или корпус приспособления может иметь любой подходящий наружный диаметр и длину. Например, приспособление для розжига или корпус приспособления могут иметь внешний диаметр, например, примерно 2 дюйма, 3 дюйма или 4 дюйма. Предпочтительно, приспособление для розжига или корпус приспособления имеет диаметр примерно 2 дюйма.
Контроллер 165 (салазки) действует для инициации розжига, включая обеспечение электрической энергией или топливом для розжига, окислителем или для выпускания горючего химического реагента для розжига. Контроллер 165 содержит шкаф 169 управления. Контроллер 165 содержит систему 171 трубопроводов, соединенную по текучей среде с гибкой насосно-компрессорной трубой 156 и химическим реагентом для розжига, топливом для розжига и источником 162, 163 окислителя.
Контроллер 165 дополнительно содержит регулировочный, невозвратный и запорный клапаны, устройство для измерения потока и устройство для сброса давления. Такие управляющие устройства позволяют соответственно измерять и контролировать объем при нагнетании окислителя и газообразного топлива для розжига. Также они позволяют продувку топлива для розжига с помощью инертных газов, таких как азот. Смесь окислителя/топлива для розжига может регулироваться с применением устройства для измерения расхода, такие устройства приведены в действие пневматическим приводом, заглушены вручную, поворотом на 90 градусов, либо приведены в действие электроприводом. Контроллер 165 может содержать устройства защиты от избыточного давления, фильтрацию, устройства для измерения расхода, в дополнение к изолирующему клапану. Устройство логического управления может позволить окислителю/топливу для розжига течь согласно требуемым параметрам. В случае сбоя в подаче электропитания или потери окислителя устройство логического управления может остановить поток газообразного топлива для розжига. Контроллер 165 позволяет применять летучие химические вещества, такие как триэтилборан, силан или смеси любого типа.
Контроллер может поддерживать соотношение газообразного окислителя и топлива для розжига в предопределенных пределах, которые предпочтительно являются верхним пределом воспламеняемости и нижним пределом воспламеняемости для топлива, для розжига и действуют на основании стехиометрического соотношения окислителя к топливу для розжига.
Контроллер сконфигурирован для подачи электропитания на электрическое зажигательное приспособление, когда топливный коэффициент находится между нижним пределом воспламеняемости и верхним пределом воспламеняемости. Термопара на приспособлении для розжига отображает, что воспламенение отсутствует и воспламенение необходимо либо для поддержания, либо для инициирования горения в месте розжига.
Подачей электропитания и измерением температуры для системы мониторинга можно управлять через многоядерный электрический кабель, проходящий внутри трубы к приспособлению для розжига. Система мониторинга температуры отображает посредством термопары, зафиксированной на приспособлении для розжига, является ли розжиг успешным, и дополнительно подтверждает наличие воспламенения внутри зоны горения угольного пласта.
Розжиг поддерживается подачей топлива для розжига и окислителем, при этом коэффициент газообразного топлива регулируется надземно. Соответствующее регулирование окислителя к топливному коэффициенту выполняют в зависимости от подтверждения розжига угля в угольном пласте. Предпочтительно соотношение поддерживают около нижнего предела воспламеняемости газообразного топлива для обеспечения достаточного количества окислителя, предусмотренного для инициирования горения внутри зоны горения. После того как розжиг произошел, горючие газы, так же как и летучие газы, испускаемые угольным пластом, выталкиваются из конца скважины (т.е. эксплуатационной скважины) и направляются к факелу для сжигания. Качество газообразного продукта (синтез-газа) контролируется, и, как только розжиг угля в зоне горения подтвержден, горение поддерживается, топливо для розжига, поступающее в приспособление для розжига, постепенно сокращается до тех пор, пока только окислитель нагнетают в зону горения. Гибкая насосно-компрессорная труба затем может быть убрана из буровой скважины/скважины и нагнетание окислителя может быть увеличено вплоть до объема, необходимого для полной газификации угля в условиях эксплуатации.
Розжиг угольного пласта может происходить при любой температуре воспламенения. Это позволяет дополнительно повторно разжечь угольный пласт, просто убрав приспособление для розжига вдоль угольного пласта, и повторно инициировать процесс розжига. Это может быть выполнено либо когда процесс горения в предшествующей зоне горения уже завершен, или во время того, как подземная газификация угля происходит в других местах вдоль угольного пласта. Способность убирать и повторно разжигать угольный пласт является преимущественной в том, что у нее есть способность уменьшать стоимость подземной газификации, позволяя получить более длинную величину растяжения горизонтальной буровой скважины/канала скважины внутри пласта для розжига. Это позволяет поддерживать горение в угольном пласте на протяжении более длительного времени, таким образом увеличивая продуктивный период скважины и амортизируя затраты на протяжении более длительного периода производства.
Для того чтобы установить устройство для зажигания, приспособление для розжига вместе с гибкой насосно-компрессорной трубой вводят в буровую скважину/скважину, которая выровнена с защитным кожухом. Защитный кожух проходит, по меньшей мере, к части буровой скважины/каналу скважины, который является по существу горизонтальным, наклоненным или вертикальным внутри угольного пласта. Приспособление для розжига, во-первых, соответствует наконечнику гибкой насосно-компрессорной трубы вместе с кабелями, действующими внутри трубы/трубок. Приспособление для розжига вместе с гибкой насосно-компрессорной трубой спускают в буровую скважину/скважину и устанавливают в предопределенное место или место розжига внутри угольного пласта. Топливо для розжига и окислитель поступают через гибкую насосно-компрессорную трубу, и пространство/интервал скважины между насосно-компрессорной трубой и защитным кожухом буровой скважины является предопределенного размера. Этот размер определен с помощью соотношения необходимого окислителя к топливу для розжига и тепла, необходимого для розжига угольного пласта. Как только топливо для розжига и окислитель достигают приспособления для розжига, электрическое зажигательное приспособление активизирует розжиг топлива, для розжига и окислитель в приспособлении для розжига.
Устройство позволяет происходить розжигу угольного пласта при любой предопределенной температуре воспламенения. Это позволяет дополнительно повторно разжечь угольный пласт, просто убрав приспособление для розжига вдоль угольного пласта, и повторно инициировать процесс розжига. Это может быть выполнено либо когда процесс горения в предшествующей зоне горения уже завершен, или во время того, как подземная газификация угля происходит в других местах вдоль угольного пласта.
Варианты осуществления различных одинарных гибких насосно-компрессорных труб дополнительно изображены на фиг.2.
На фиг.2, в общем, изображены части устройства 110 (110a, b, c) для зажигания для розжига подземного угольного пласта 111 изнутри канала 112 скважины (показана заключенной в обсадной хвостовик), проходящей через пласт 111. Каждое устройство 110 для зажигания содержит систему розжига, содержащую средства розжига, и приспособление 113 (113a, b, c) для розжига, для розжига подземного угольного пласта 111 изнутри канала 112 скважины. Каждое устройство 110 для зажигания дополнительно содержит систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу 114 (114a, b, c), соединенную с приспособлением 113 для розжига, и проходит внутри канала 112 скважины для установки приспособления 113 для розжига в желаемом месте внутри канала 112 скважины. Другие компоненты каждого устройства 110, не показанные на фиг.2, могут быть выяснены из фиг.1.
Система позиционирования содержит гибкую насосно-компрессорную трубу 114, содержащие одну трубу 114, и конец трубы 114 соединен с концом приспособления 113 для розжига, либо непосредственно, или с помощью переходника. Для гибкой насосно-компрессорной трубы 114, содержащей одну трубу 114, окислитель будет обычно нагнетаться в скважину и течь снаружи гибкой насосно-компрессорной трубы/трубы 114, но внутри канала 112 скважины.
Как объяснялось ранее, устройство 110 для зажигания может иметь различные средства розжига.
На фиг.2(a) средства розжига содержат электрический нагреватель (свеча накаливания) 116 и электрический кабель 117, проходящий от нагревателя 116 через трубу 114a к поверхности, к энергетическому контроллеру. Топливо для розжига (например, углеводород, такой как метан) подается из надземного источника через трубу 114a и через приспособление 113а для розжига к электрическому нагревателю 116 для розжига и для дополнительного горения окислителя внутри канала 112 скважины для того, чтобы разжечь угольный пласт 111.
На фиг.2 (b) средства розжига содержат химический реагент 117 для розжига (например, самовоспламеняющийся газ), который подается из надземного источника через трубу 114b и полностью через приспособление 113b для розжига, где при смешивании с окислителем он разжигает угольный пласт 111.
На фиг.2 (с) средства розжига содержат электрический нагреватель 118, и электрический кабель 119 проходит из нагревателя 118 через трубу 114с к поверхности энергетического контроллера. Когда нагреватель 118 приводится в действие, он разжигает окислитель и угольный пласт 111. В этом варианте осуществления, течение газа через трубу 114с не происходит. Точнее, труба 114с только вмещает электрический кабель 119.
На Фиг.3, в общем, изображены части устройств 120 для зажигания (120a, b, c), для розжига подземного угольного пласта 121 изнутри канала 122 скважины (показан заключенным в обсадной хвостовик), который проходит через пласт 121. Каждое устройство 120 для зажигания содержит систему розжига, содержащую средства розжига и приспособление 123 (123a, b, c) для розжига, для розжига подземного угольного пласта 121 изнутри канала 122 скважины. Каждое устройство 120 для зажигания дополнительно содержит систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу 124 (124a, b, c), соединенную с приспособлением для розжига 123 и проходящую внутри канала 122 скважины, для установки приспособления для розжига 123 в желаемом месте внутри канала 122 скважины. Другие компоненты каждого устройства 120 могут быть понятны из фиг.1.
Система позиционирования содержит гибкую насосно-компрессорную трубу 124, содержащую двойные концентрически расположенные трубы, и конец каждой трубы соединен с концом приспособления 123 для розжига, либо непосредственно, или с помощью переходника. Внутренняя труба 125 (125a, b, c) проходит внутри внешней трубы 126 (126a, b, c).
Для концентрической гибкой насосно-компрессорной трубы 124 топливо для розжига (такое как углеводород, газ, метан) и/или химический реагент для розжига (такой как самовоспламеняющийся газ) обычно подается из надземного источника через внутреннюю трубу 125 и через приспособление 123 для розжига. Окислитель (такой как воздух или кислород) обычно подается из надземного источника через внешнюю трубу 126 и через приспособление 123 для розжига. Окислитель может также подаваться из надземного источника снаружи внешней трубы 126, но внутри канала 122 скважины.
Как объяснялось ранее, устройство 120 для зажигания может иметь различные средства розжига.
На фиг.3 (a) средства розжига содержат зажигательное приспособление 130a в виде электрического нагревателя (свеча накаливания) или генератора искры (свеча зажигания), и электрический кабель 131 проходит из приспособления 130 через внешнюю трубу 126a к энергетическому контроллеру. Топливо для розжига подается из надземного источника через внутреннюю трубу 125a и во входную трубу 133 зажигательного приспособления 130. Окислитель подается из надземного источника через внешнюю трубу 126a в зажигательное приспособление 130, где он смешивается с топливом для розжига. После смешивания, розжига и прохождения через пластину 132 диффузора приспособления 123a для розжига, воспламенение разжигает угольный пласт 121.
На фиг.3 (b) средства розжига содержат химический реагент для розжига 135 (например, самовоспламеняющийся газ), который подается из надземного источника через внутреннюю трубу 125b во входную трубу 135 приспособления 123b для розжига. Окислитель подается из надземного источника через внешнюю трубу 126b (так же как и внутри скважины снаружи внешней трубы 126b) в приспособление 123b для розжига. После остановки приспособления 123b, окислитель смешивается с химическим реагентом для розжига и разжигает угольный пласт 121.
На фиг.3 (c) средства розжига содержат зажигательное приспособление 140 в виде электрического нагревателя (свеча накаливания) или генератора искры (свеча зажигания), и электрический кабель 141 проходит от приспособления 140 через внешнюю трубу 126c к энергетическому контроллеру. Топливо для розжига подается из надземного источника через внутреннюю трубу 125c и из распыляющей форсунки 141 к зажигательному приспособлению 140. Окислитель подается из надземного источника через внешнюю трубу 126c к зажигательному приспособлению 140. Перед розжигом с помощью зажигательного приспособления 140, газы проходят через смесительную камеру 142, содержащую устройство 143 Вентури, и тщательно смешиваются. После смешивания, розжига и прохождения через пластину 147 диффузора приспособления 123 с для розжига, воспламенение подвергается воздействию дополнительного источника окислителя и разжигает угольный пласт 121.
Еще одни дополнительные примеры устройств 200 (200a, b, c, d) для зажигания, содержащих концентрически расположенные трубы/гибкие насосно-компрессорные трубы 201 (201a, b, c, d), соединенные с приспособлениями 202 (202a, b, c, d) для розжига, показаны на фиг.4. В каждом случае средства розжига содержат электрическое зажигательное приспособление 203 (203a, b, c, d) в виде электрического нагревателя (свеча накаливания) или генератора искры (свеча зажигания) и электрический кабель 204 (204a, b, c, d), проходящий от приспособления 203 через внешнюю трубу 205 (205a, b, c, d) к поверхности энергетического контроллера. Топливо для розжига или химический реагент для розжига (газ) подается из надземного источника через внутреннюю трубу 206 (206a, b, c, d) к зажигательному приспособлению 203 через входные трубы 218 (218a, b, c, d) приспособления 202 для розжига. Окислитель (газ) подается из надземного источника через внешнюю трубу 205 к зажигательному приспособлению 203.
Каждое устройство 200 для зажигания также имеет датчик/термопару 210 (210a, b, c, d), и кабель, который проходит через внешнюю трубу 205. Также не полностью отмеченное, каждое приспособление 202 для розжига содержит различные части корпуса приспособления, которые привинчены один к другому и дополнительно приварены к гибкой насосно-компрессорной трубе 201. Часть 219 (219a, b, c, d) корпуса является переходником гибкой насосно-компрессорной трубы.
Перед розжигом, с помощью зажигательного приспособления 203, газы проходят через различные типы смесительных камер 211 (211a, b, c, d). Приспособление 202a для розжига по фиг.4 (a) имеет смесительную камеру 211a, содержащую спиральную перегородку или перегородки 213. Приспособление 202b для розжига по фиг.4 (b) имеет смесительную камеру 211b, содержащую пластину 214 диффузора. Приспособление 202c для розжига по фиг.4 (c) имеет смесительную камеру 211c, содержащую устройство 216 Вентури. Приспособление 202d для розжига по фиг.4 (d) имеет смесительную камеру 211d, содержащую пластину 217 диффузора, и смешиванию дополнительно содействует то, что входные трубы 218 приспособления 202d для розжига заканчиваются распыляющей форсункой.
После смешивания, розжига и выхода из приспособления 202 для розжига воспламенение подвергается воздействию дополнительного источника окислителя и разжигает угольный пласт.
Однако дополнительные примеры устройств для зажигания, содержащих одинарные трубы/одинарные гибкие насосно-компрессорные трубы, соединенные с приспособлением для розжига, показаны на фиг.5-7.
Ссылаясь теперь на фиг.5, изображено устройство 301 для зажигания для розжига подземного угольного пласта 302. Устройство 301 для зажигания содержит систему розжига, содержащую средства розжига и приспособление 304 для розжига, для розжига подземного угольного пласта 302 изнутри канала 303 скважины. Устройство 301 для зажигания дополнительно содержит систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу 305, присоединенную к приспособлению 304 для розжига и проходящую внутри канала 303 скважины для установки приспособления 304 для розжига в желаемом месте внутри канала 303 скважины. Устройство 301 для зажигания может иметь различные компоненты, показанные, в общем, на фиг.1.
Гибкая насосно-компрессорная труба 305 содержит одинарную трубу 306 (нержавеющая сталь или углеродистая сталь) и конец 307 трубы 306 является резьбовым. Гибкая насосно-компрессорная труба 305 дополнительно содержит теплообменные пластины 310, проходящие от трубы 306. Эти пластины 310 поддерживают холод внутри трубы 306 (для защиты электрических кабелей 311 средства розжига, которые проходят через трубу 306). Эти пластины 310 также помогают центрировать приспособление 304 для розжига внутри канала 303 скважины.
Приспособление 304 для розжига содержит корпус 308 приспособления, имеющий входной конец 309, который является резьбовым и который соединен с резьбовым концом 307 трубы 306. Это соединение должно быть резьбовым. Альтернативно, труба 306 и корпус 308 могут быть приварены друг к другу. Корпус 308 выполнен из металла, с высокой температурой плавления и стойкого к окислению, такого как нержавеющая сталь, инконель, монель или сплав Хастеллой.
Средства розжига содержат электрическое зажигательное приспособление 312, электрически соединенное с надземным источником питания (не показан) с помощью кабеля 311. Приспособление 312 содержит электрический электронагревательный элемент 313, намотанный вокруг непроводящего (керамического) сердечника 314. Приспособление 312 содержит две непроводящие (керамические) перегородки 315, 316, которые регулируют электронагревательный элемент 313 внутри корпуса 308. Провода (не отмеченные) электронагревательного элемента 313 проходят через перегородки 315 и устанавливают связь с кабелем 311.
Приспособление 304 для розжига содержит отверстие 317, отводящее поток, которое отводит поток окислителя от конца электронагревательного элемента 313 корпуса 308, как показано стрелками. Перегородки 313 кожухов и электрический кабель 311 предотвращают приспособление от плавления и повреждения.
Устройство 301 для зажигания дополнительно содержит термопару 319, которая проходит изнутри трубы 306 и по ходу в корпус 308 приспособления. Термопару 319 применяют для определения, достигает ли электронагревательный элемент 313 предполагаемой температуры, так же как и для наблюдения за температурой кабеля 311, чтобы он не разрушился.
Состояние механизма автоматического выключения (подачи электропитания на электронагревательный элемент 313) может быть сконфигурировано на поверхности, как только термопара 319 на электрическом кабеле 311 отображает, что управление электрическим кабелем 311 происходит при рассчитанной температуре. Электрический кабель 311 защищен с помощью воздушного потока, имеющегося вокруг трубы 306. Защита дополнительно повышается с помощью теплообменных пластин 310, которые обеспечивают большую поверхность области для охлаждения с добавлением электропроводящей пасты для улучшения установки связи между трубой 306 и электрическим кабелем 311.
При использовании, электронагревательный элемент 313 нагревает корпус 308 и излучает это тепло 320 на поверхность 302 угольного пласта до тех пор, пока уголь не достигнет своей температуры самовозгорания с участием окислителя, что приводит к горению угля. Отводящий поток 317 отводит поток окислителя от электронагревательного элемента 313, содержащего конец корпуса 308, как показано с помощью стрелок, таким образом, предотвращая чрезмерное охлаждение электронагревательного элемента 313, содержащего конец корпуса 308.
Ссылаясь теперь на фиг.6, изображен другой тип устройства 331 для зажигания. Устройство 331 для зажигания содержит систему розжига, содержащую средства розжига и приспособление 334 для розжига, для розжига подземного угольного пласта 332. Устройство 331 для зажигания дополнительно содержит систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу 335, присоединенную к приспособлению 334 для розжига и проходящую внутри канала 333 скважины для установки приспособления 334 для розжига в желаемом месте внутри канала 33 скважины. Устройство 331 для зажигания может иметь различные компоненты, показанные, в общем, на фиг.1.
Гибкая насосно-компрессорная труба 335 содержит одинарную трубу 336 (из нержавеющей стали или углеродистой стали), и конец 337 трубы 336 является резьбовым. Гибкая насосно-компрессорная труба 335 дополнительно содержит регулировочные пластины 340, помогающие центрировать приспособление 334 для розжига внутри канала 333 скважины.
Гибкая насосно-компрессорная труба 336 дополнительно содержит невозвратный/возвратный клапан 345 (шаровой и пружинный, заслонку подпружиненного клапана и т.п.), установленный внутри трубы 336, для предотвращения обратного потока топлива для розжига и газообразного продукта/синтез-газа вверх по гибкой насосно-компрессорной трубе 336, когда гибкую насосно-компрессорную трубу 335 убирают из канала 333 скважины.
Приспособление 334 для розжига содержит корпус 338, имеющий входной конец 339 (имеющий впускное отверстие 339), который является резьбовым и присоединен к резьбовому концу 337 трубы 336 герметичным образом. Этот входной конец 339 может быть нерезьбовым. Альтернативно, труба 336 и корпус 338 могут быть приварены друг к другу герметичным образом.
Корпус 338 приспособления дополнительно имеет выходной конец 341 (имеет выпускное отверстие 341). Выпускное отверстие 341 имеет уменьшенный диаметр относительно впускного отверстия 339. Выходной конец 341 корпуса 338 выполнен в форме приспособления 342 для выдавливания керна, который соединен с остальной частью корпуса 338. Приспособление 342 для выдавливания керна имеет ствол, вокруг которого проходит уплотнительное кольцо 343 круглого сечения и фрикцион уплотнительного кольца 343 круглого сечения прилегает внутри к выпускному отверстию 341. Приспособление 342 для выдавливания керна может быть выполнено из алюминия, или может альтернативно быть выполнено из дюралевой резины, или пластика. Этот материал приспособления 342 для выдавливания керна будет израсходован внутри газогенератора из-за присутствия высокой температуры. Корпус 338 выполнен из металла, с высокой температурой плавления и стойкого к окислению, такого как нержавеющая сталь, инконель, монель или сплав Хастеллой.
Труба 336 может передавать химический реагент для розжига во впускное отверстие 339 приспособления 334 для розжига, и корпус 338 приспособления предоставляет промывочный канал 344 для передачи химического реагента для розжига из трубы 336 в выпускное отверстие 341.
Устройство 331 для зажигания может дополнительно содержать термопару, присоединенную к трубе 336 и/или корпусу 338 приспособления (не показан). Однако не показано, что устройство 331 для зажигания может дополнительно содержать источник окислителя, как упоминалось в отношении фиг.1.
Однако не показано, что устройство 331 для зажигания может дополнительно содержать источник химического реагента для розжига, соединенный с трубой 336 герметичным образом. Химический реагент для розжига может быть самовоспламеняющимся химическим реагентом (например, жидкостью, такой как триэтилборан, газом, таким как силан, твердым веществом, таким как фосфор или щелочной металл), или самовоспламеняющимся химическим реагентом и смесью углеводородов (например, триэтилборан, испаренный в метан), или самовоспламеняющимся химическим реагентом и инертным газом (например, триэтилбораном и азотом). Течение 347 углеводорода или инертного газа помогает транспортировать/испарять самовоспламеняющийся химический реагент или пробковый/поршневой поток 346 самовоспламеняющегося химического реагента в приспособление 334 для розжига.
Однако не показано устройство 331 для зажигания, содержащее контроллер, действующий для инициирования розжига. Контроллер управляет нагнетанием химического реагента для розжига и т.п. в трубу 335 и скважину, и нагнетанием окислителя в скважину - как, в общем, описано для фиг.1.
При использовании самовоспламеняющийся химический реагент предоставляет тепло для розжига или альтернативно инициирует воспламенение для углеводородного материала, смешанного с ним, или следует за ним в поршневой поток 346 для поддержания воспламенения до тех пор, пока не произойдет розжиг угля. Инертный газ 347 может быть применен либо для транспортировки самовоспламеняющегося химического реагента 346 через трубу 336, либо может быть для применен для продувки инертным газом трубы 336 перед началом процесса розжига и после розжига до того, как гибкую насосно-компрессорную трубу 335 убирают из канала 333 скважины.
Нагнетаемый окислитель вокруг приспособления 334 для розжига предоставляет окислителю возможность поддержания розжига, когда окислитель и смесь самовоспламеняющегося химического реагента входят в контакт друг с другом на выходном конце 341 корпуса 338 приспособления. Тепло, генерируемое окислителем и самовоспламеняющимся химическим реагентом/реакцией экзотермической смеси химического реагента, предоставляет тепло угольной поверхности 332 для нагрева угля до тех пор, пока уголь не загорится при температурах, превышающих температуру самовозгорания угля.
Уменьшенный диаметр выпускного отверстия 341 обеспечивает большую скорость истечения самовоспламеняющегося химического реагента/смеси для отражения воспламенения от гибкой насосно-компрессорной трубы 335 и предотвращения чрезмерного тепла от попадания на выходной конец 341 корпуса.
Приспособление 334 для розжига может быть разработано с пластинчатым профилем внешней окружности корпуса 338 для того, чтобы обеспечить большую теплообменную поверхность для увеличения охлаждения корпуса 338 от введения потока окислителя вниз к затрубному пространству нагнетательной скважины, вокруг приспособления 334 для розжига.
Приспособление 342 для выдавливания керна предотвращает от попадания угольной пыли, буровой грязи или воды в приспособление 334 для розжига, когда забой скважины спущен мимо защитного кожуха 348 скважины. Приспособление 342 для выдавливания керна выталкивают из соединения с выпускным отверстием 341 с помощью потока под давлением самовоспламеняющегося химического реагента/смеси или инертного газа.
Ссылаясь теперь на фиг.7, показано устройство 351 для зажигания, для розжига подземного угольного пласта 352 изнутри канала 353 скважины, который проходит через пласт 352. Устройство 351 для зажигания содержит систему розжига, содержащую средства розжига и приспособление 354 для розжига, для розжига подземного угольного пласта 352. Устройство 351 для зажигания дополнительно содержит систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу 355, присоединенную к приспособлению 354 для розжига и проходящую внутри канала 353 скважины для установки приспособления 354 для розжига в желаемом месте внутри канала 353 скважины. Устройство 351 для зажигания может иметь различные компоненты, показанные, в общем, на фиг.1.
Система позиционирования содержит гибкую насосно-компрессорную трубу 355, содержащие одинарную трубу 356 (нержавеющая сталь или углеродистая сталь) и конец 357 трубы 356 является резьбовым.
Приспособление 354 для розжига содержит корпус 358, имеющий входной конец 359 (имеющий впускное отверстие 359), который является резьбовым и присоединен к резьбовому концу 357 трубтрубы 356 герметичным образом. Этот входной конец может быть не резьбовым.
Корпус 358 приспособления дополнительно имеет выходной конец 361 (имеет выпускное отверстие 361), которое проходит через впускное отверстие 359 с помощью промывочного канала 364. Выходной конец 361 корпуса 358 выполнен в форме приспособления 362 для выдавливания керна, соединенного с остальной частью корпуса 358. Приспособление 362 для выдавливания керна имеет ствол, вокруг которого проходит уплотнительное кольцо 363 круглого сечения, и уплотнительное кольцо 363 круглого сечения фрикционно посажено на выпускное отверстие 361, как описано для фиг.6.
Труба 356 может передавать топливо 372 для розжига, такое как метан, во впускное отверстие 359 приспособления 354 для розжига, и промывочный канал 364 передает топливо 372 для розжига из впускного отверстия 359 в выпускное отверстие 361.
Приспособление 354 для розжига содержит газовую смесительную (создающую завихрение) камеру 370, расположенную внутри корпуса 358, внутри которого смешиваются окислитель и топливо для розжига. Корпус 358 предоставляет стенку камеры 370 и пластину 371 диффузора, проходящую поперек корпуса 358, определяющую нижний конец камеры 370. Смесительная камера 370 содержит расположенное перед устройством устройство 372 Вентури. Приспособление 354 для розжига содержит заборники 373 окислителя в корпусе 358, через которые окислитель может быть введен с помощью перепада давления, вызванного устройством 372 Вентури.
Приспособление 354 для розжига дополнительно содержит невозвратный/возвратный клапан 365 (шаровой и пружинный, заслонку подпружиненного клапана и т.п.), установленный внутри промывочного канала 364, для предотвращения обратного потока топлива для розжига и газообразного продукта (синтез-газа) вверх по трубе 356.
Корпус 358 содержит четыре части корпуса, которые связаны непрерывной цепью, таким образом, что приспособление 354 для розжига может быть легко собрано из его компонентов. Три части корпуса являются резьбовыми и четвертая часть является вставленным по скользящей посадке приспособлением 362 для выдавливания керна.
Средства розжига содержат электрическое зажигательное приспособление 366, соединенное электрической связью с надземным источником питания (не показан) с кабелем 367, который, когда наэлектризован, нагревается или искрит. Зажигательное приспособление 366 может содержать двойные свечи накаливания, при этом каждая имеет электронагревательный элемент, расположенный на соответствующем конце керамического корпуса. Альтернативно, зажигательное приспособление 366 может быть генератором искры (свеча зажигания), который генерирует искры, когда наэлектризован. Тем не менее, преимуществом устройства типа свечи накаливания является то, что необходима нижняя величина напряжения, при этом происходит существенное падение величины напряжения на расстоянии от земли до угольного пласта.
Электрическое зажигательное приспособление 366 соединено с внешней поверхностью корпуса 358 приспособления. Электрический кабель 367 проходит от электрического зажигательного приспособления 366 вдоль корпуса 358, через герметичный порт 374 в промывочный канал 364 и дополнительно через трубу 356 к источнику питания.
Устройство 351 для зажигания имеет термопару 369, соединенную с внешней поверхностью корпуса 358 для измерения температуры в выпускном отверстии 361. Сигнальный кабель (не отмечен) термопары 369 проходит через порт 374 и дополнительно через трубу 356. Термопару 369 применяют для определения, достигает ли приспособление 354 для розжига верной температуры. Компрессионные фитинги (не показаны) вокруг кабеля 367 и термопары кабеля уплотняют электрические кабели 367 и обеспечивают порт 374 с герметичным уплотнением.
Приспособление 354 для розжига дополнительно содержит регулировочные пластины 360, проходящие от корпуса 358. Эти пластины 360 защищают электрические/сигнальные кабели 367 и зажигательное приспособление 366 от повреждений при использовании приспособления 354 забоя скважины. Эти пластины 360 помогают центрировать корпус приспособления 358 внутри канала 353 скважины.
Однако не показано, что устройство для зажигания может дополнительно содержать источник окислителя, как описано для фиг.1. Однако не показано, что устройство 351 для зажигания содержит контроллер, действующий для инициирования розжига, как, в общем, описано для фиг.1.
При использовании, топливо для розжига (газообразный углеводород, предпочтительно метан) подается через трубу 356 во впускное отверстие 359 приспособления, следуя за которым газ течет через невозвратный запорный клапан 365 и дополнительно через устройство 372 Вентури. Устройство 372 Вентури выполнено для создания перепада давления, необходимого для того, чтобы окислитель, окружающий приспособление 354 для розжига, был втянут в промывочный канал 364 корпуса для смешивания с топливом для розжига в смесительной камере 370 на выходе устройства 372 Вентури. Чем выше поток топлива для розжига, тем больше падение давления поперек устройства 372 Вентури, тем больше окислитель втягивается для достижения стехиометрического соотношения окислителя к топливу для розжига (в диапазоне от 5:1 до 20:1). Отсюда топливо для розжига и смесь окислителя протекают через пластину 371 диффузора, где они разжигаются зажигательным приспособлением 366 для производства воспламенения для сжигания угольного пласта 352.
Ссылаясь теперь на фиг.8, показано устройство 381 для зажигания, для розжига подземного угольного пласта 382 изнутри канала 383 скважины, который проходит через пласт 382. Устройство 381 для зажигания содержит систему розжига, содержащую средства розжига и приспособление 384 для розжига, для розжига подземного угольного пласта 382 изнутри канала 383 скважины. Устройство 381 для зажигания дополнительно содержит систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу 385, соединенную с приспособлением 384 для розжига и проходящую внутри канала скважины 383 для установки приспособления 384 для розжига в желаемом месте внутри канала 383 скважины. Устройство 381 для зажигания может иметь различные компоненты, показанные, в общем, на фиг.1.
Система позиционирования содержит гибкую насосно-компрессорную трубу 385, содержащую одинарную трубу 386 (нержавеющая сталь или углеродистая сталь) и конец 387 трубы 386 является резьбовым. Приспособление 384 для розжига содержит корпус 388, имеющий входной конец 389 (имеющий впускное отверстие 389), который является резьбовым и присоединен к резьбовому концу 387 трубы 386 герметичным образом. Соединение этого входного конца 339 может быть не резьбовым.
Корпус 388 приспособления дополнительно имеет выходной конец 391 (выпускное отверстие 391). Выходной конец 391 корпуса 388 выполнен в виде приспособления 392 для выдавливания керна, которое соединено с остальной частью корпуса 388, как описано для более ранних фигур.
Труба 386 может передавать генераторный газ, такой как воздух 393 во впускное отверстие 389 приспособления 384 для розжига, и корпус 388 приспособления имеет промывочный канал 394 для передачи генераторного газа 393 из трубы 386 в выпускное отверстие 391.
Средства розжига содержат турбину, связанную с трансформатором 397, расположенным внутри корпуса 388, через который течет генераторный газ. Средства розжига дополнительно содержат подачу сжатого воздуха, такую как воздушный компрессор, соединенную с трубой 386. Средства розжига также содержат электрическое зажигательное приспособление 400, подключенное с помощью электрического соединения к трансформатору 397. Будучи наэлектризованным с помощью трансформатора 397, устройство 400 нагревается.
Электрическое нагревательное приспособление 400 содержит электрический электронагревательный элемент 401, намотанный вокруг непроводящей части корпуса 388 приспособления. Приспособление 384 для розжига содержит защитные установочные пластины 402, 403, которые выходят из корпуса 338.
Приспособление 384 для розжига дополнительно содержит невозвратный/возвратный клапан 395 (шарового и пружинного типа, конического и пружинного типа, щиток с пружинным типом или т.п.), установленный внутри промывочного канала 394, расположенного перед турбиной и трансформатором 384 для предотвращения обратного потока топлива для розжига и газообразного продукта (синтез-газа) вверх по трубе 386.
Корпус 388 содержит части корпуса, которые связаны непрерывной цепью, таким образом, что приспособление 384 для розжига может быть легко собрано из его компонентов. Части корпуса являются резьбовыми, в отличие от вставленного по скользящей посадке приспособления 392 для выдавливания керна.
Однако не показано, что устройство 381 для зажигания может содержать термопару для контроля температуры вблизи выпускного отверстия 391. Однако не показано, что устройство для зажигания может дополнительно содержать источник окислителя.
При использовании, генераторный газ 393, такой как воздух, подается через трубу 386, и возвратный клапан 395, и турбину, и транфсорматор 384 для генерирования электропитания с тем, чтобы наэлектризовать электронагревательный элемент 400, для того, чтобы разжечь угольный пласт 382. Воздух вытесняет турбину 384 для генерирования электрической силы тока, которая может быть изменена для более высокой величины напряжения с помощью трансформатора 387.
Остаточная часть воздуха вытекает из выпускного отверстия 391 корпуса в канал скважины 383 и охлаждает выпускное отверстие 391.
Электронагревательный элемент 401 установлен снаружи корпуса 388 приспособления и может быть отделен резьбовой частью, если он считается одноразовым, так как электронагревательный элемент 401 установлен снаружи корпуса 388 приспособления.
Защитные пластины 402, 403 защищают электронагревательный элемент 401 от повреждений. Электронагревательный элемент 401 может быть покрыт восковым слоем для его защиты от влаги, при использовании в забое скважины. Альтернативно, защитная труба сгорания может быть установлена для защиты от влаги.
Электронагревательный элемент 401 будет нагревать угольный пласт 382 до примерно температуры самовоспламенения и в результате разжигать уголь с участием потока окислителя вокруг приспособления 384.
Ссылаясь теперь на фиг.9, показано приспособление 22 для розжига устройства для зажигания аналогичное изображенному на фиг.5.
Приспособление 22 для розжига содержит корпус 23 приспособления, имеющий входной конец 24 (для кабеля 29 электропитания), приваренного к концу трубы одинарной гибкой насосно-компрессорной трубы 21.
Средства розжига устройства для зажигания содержат электрическое зажигательное приспособление 25, подключенное с помощью электрического соединения к надземному источнику питания (не показан) с помощью кабеля 29 электропитания. Приспособление 25 содержит группу электрических электронагревательных элементов 26, расположенных вокруг непроводящего сердечника 27. Перегородки 30, 31 расположены на каждом конце сердечника 27.
При использовании электронагревательный элемент 26 нагревает корпус 23, и корпус излучает это тепло на поверхность угольного пласта до тех пор, пока уголь не достигнет температуры самовозгорания с участием окислителя, что приводит к горению угля.
Ссылаясь теперь на фиг.10, показана часть устройства 1 для зажигания, для розжига подземного угольного пласта. Устройство 1 для зажигания имеет приспособление 2 для розжига и концентрическую гибкую насосно-компрессорную трубу 3, которые очень похожи на показанные на фиг.3(с). Другие непоказанные компоненты устройства 1 для зажигания, в общем, описаны для фиг.1.
Приспособление 2 для розжига содержит корпус 4, зажигательное приспособление 5, опору 6 зажигательного приспособления и смесительную камеру 7.
Приспособление 2 для розжига имеет отдельные впускные отверстия для окислителя 8 и топлива 9 для розжига с одного конца корпуса 4, который соединен с концентрическими трубами 10, 11 гибкой насосно-компрессорной трубы 3 и с выпускным отверстием 12 для розжига топлива на противоположном конце корпуса 4.
Корпус 4 состоит из различных частей корпуса (не отмечены), которые связаны непрерывной цепью, таким образом, что приспособление 2 для розжига может быть легко собрано из его компонентов.
Выходной конец 12 корпуса является коническим и выполнен в форме приспособления 25 для выдавливания керна (по существу, как описано ранее). Выходной конец 8, 9 корпуса 4 приварен к гибкой насосно-компрессорной трубе 3.
Зажигательное приспособление 5 является электрическим терморезистором, подключенным с помощью электрического соединения через кабель 26 к источнику электропитания, который, когда наэлектризован, нагревается из-за его электрического сопротивления. Зажигательное приспособление 5 содержит двойные свечи 13 накаливания, при этом каждая имеет электронагревательный элемент, расположенный в соответствии с концом керамического корпуса. Свеча накаливания может, например, генерировать примерно 180 кВт тепла. Альтернативно, зажигательное приспособление 5 может в равной степени быть генератором искры, который генерирует искры, когда наэлектризован. Электрический кабель 26 проходит из источника электропитания к зажигательному приспособлению 5 через внешнюю трубу 10.
Опора 6 зажигательного приспособления содержит распорную втулку. Эта опора 6 плотно прилегает внутри корпуса 4. Керамический корпус зажигательного приспособления 5 поддерживается и проходит изнутри втулки 6 и дополнительно через отверстие в пластине 15 диффузора, которая проходит поперек корпуса 4, такие электронагревательные элементы конца свечи накаливания расположены непосредственно вблизи выпускного отверстия 12 корпуса 4.
Приспособление 2 для розжига содержит газовую смесительную (создающую завихрение) камеру 7, расположенную внутри корпуса 4, внутри которой смешиваются окислитель и топливо для розжига. Корпус 4 предоставляет стенку камеры 7 и пластину 15 диффузора, определяющую нижний конец камеры 7. Смесительная камера 7 содержит расположенное перед устройством устройство 17 Вентури для создания обратного давления. Устройство 17 Вентури выполнено в виде цилиндрической вставки, которая плотно прилегает внутри корпуса 4.
Устройство 1 для зажигания дополнительно содержит температурный датчик/термопару 18, расположенный внутри корпуса 4 вблизи зажигательного приспособления 5. Электрический кабель термопары 18 проходит внутри внешней трубы 10.
Внутренняя труба 11 подает топливо для розжига, такое как метан, пропан, бутан или их смеси (или другого типа летучего газообразного углеводорода) в смесительную камеру 7. Внешняя труба 10 подает окислитель, такой как воздух или насыщенный кислородом воздух, или по существу чистый кислород (от 20 до приблизительно 100% кислорода) также в смесительную камеру 7.
Кислород и топливо для розжига сначала соединяются внутри смесительной камеры 7. Устройство 17 Вентури гарантирует, что эти газы смешиваются перед передвижением через распорную втулку 6 и пластину 15 диффузора к электронагревательному элементу свечей накаливания. Будучи наэлектризованым, электронагревательный элемент приводит к тому, что газовая смесь разжигается и разожженная газовая смесь покидает корпус 4 через выпускное отверстие 12.
Ссылаясь теперь на фиг.11, показана часть устройства для зажигания, для розжига подземного угольного пласта. Устройство для зажигания имеет приспособление 30 для розжига и концентрическую гибкую насосно-компрессорную трубу (не показаны), аналогичные изображенным на фиг.3(b). Другие непроиллюстрированные компоненты устройства для зажигания, в общем, описаны для фиг.1 и 3(b).
Устройство для зажигания содержит систему розжига, содержащую средства розжига и приспособление 30 для розжига, для розжига подземного угольного пласта изнутри канала скважины. Устройство для зажигания содержит термопару 42 для контроля температуры. Однако не показано, что устройство для зажигания может дополнительно содержать источник окислителя и химический реагент для розжига.
Гибкая насосно-компрессорная труба содержит двойные концентрически расположенные трубы, и конец каждой трубы соединен с входным концом приспособления 30 для розжига либо непосредственно, либо с помощью переходника (но обычно с помощью сварки). Внутренняя труба проходит внутри внешней трубы.
Кабель термопары 42 вместе с электрическим кабелем 41 (но нерабочим в этом варианте осуществления) проходит через внешнюю трубу.
Приспособление 31 для розжига имеет корпус 32, имеющий входной конец 33 и выходной конец 34. Входной конец 33 имеет входную трубу 35 для получения химического реагента для розжига и второе впускное отверстие 36 вблизи входной трубы 35 для получения окислителя. Выходной конец 34 корпуса 32 находится в продувочном колпаке 37, который, будучи удаленным, раскрывает трубу 35 для канала скважины.
Средства розжига содержат химический реагент для розжига, например самовоспламеняющийся газ (и, возможно, топливо для розжига, например, метан), который подается из надземного источника через внутреннюю трубу, которая дополнительно подается в трубу 35. Окислитель подается из надземного источника через внешнюю трубу (так же как и внутри скважины, снаружи внешней трубы 33) и дополнительно во впускное отверстие 36 приспособления для розжига 30.
Приспособление для розжига содержит уплотнительное кольцо/втулку 43, которое проходит между корпусом 32 и трубой 35 и поддерживает трубу 35 в центрированном положении.
Окислитель, нагнетаемый внутри корпуса 32 из впускного отверстия 36, выходит через выпускное отверстие 50, создаваемое, когда продувочный колпак 34 убирают. Химический реагент для розжига, текущий внутри трубы 35, выходит через выпускное отверстие 51, создаваемое, когда продувочный колпак 34 убирают. На этой стадии окислитель смешивается с химическим реагентом для розжига и разжигает угольный пласт.
После того как колпак 34 убирают из остальной части корпуса 32, приспособление 30 для розжига имеет сходство с приспособлением, показанным на фиг.3(b).
Следует понимать, что раскрытое и определенное в этом описании изобретение распространяется на все альтернативные комбинации двух или более особенностей, упомянутых или очевидных из описания и графических материалов. Все из различных сочетаний составляют различные альтернативные аспекты изобретения.
Как применено в этом документе, за исключением тех мест, где контекст требует обратного, термин «содержат» и вариации термина, такие как «содержащий», «содержит» и «содержат», не предназначены для исключения дополнительных дополнений, компонентов, чисел или этапов.
Ссылки на любой уровень техники в настоящем описании не являются и не должны считаться подтвержденными, или любая форма предложений, являющихся уровнем техники, формирует часть, которая является общедоступными сведениями в Австралии или любой другой юрисдикции.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ФОРСУНКА И НАГНЕТАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ И СПОСОБ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА | 2017 |
|
RU2719853C1 |
| УСТРОЙСТВО РОЗЖИГА ДЛЯ ПРОЦЕССА ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ | 2016 |
|
RU2705662C1 |
| Подземный способ розжига угольного пласта | 1990 |
|
SU1793043A1 |
| СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ | 2022 |
|
RU2797421C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ПОДЗЕМНЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ | 2022 |
|
RU2798546C1 |
| ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАГНЕТАНИЯ ОКИСЛИТЕЛЯ В ПРОЦЕССЕ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ | 2016 |
|
RU2706498C1 |
| ОБСАДНОЙ ХВОСТОВИК ДЛЯ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ | 2012 |
|
RU2602857C2 |
| УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ТОПЛИВА | 2015 |
|
RU2595126C1 |
| Установка для подземной газификации топлива | 2020 |
|
RU2748170C1 |
| СПОСОБ ПЕРФОРАЦИИ ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОВОЙ СТРУЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1999 |
|
RU2194847C2 |
Группа изобретений относится к вариантам приспособления для розжига подземного угольного пласта и может быть применена для подземной газификации углей. Устройство содержит систему розжига, систему позиционирования, датчик и контроллер. Система розжига содержит средства розжига и приспособление для розжига подземного угольного пласта изнутри канала скважины или обсадного хвостовика, заключенного в канале скважины. Система позиционирования содержит гибкую насосно-компрессорную трубу, соединенную с приспособлением для розжига и проходящую через устье скважины внутри канала скважины для установки приспособления для розжига в желаемом месте внутри канала скважины. Система позиционирования дополнительно содержит барабан гибкого трубопровода для транспортировки и выдачи гибких насосно-компрессорных труб. Технический результат заключается в повышении надежности приспособления для розжига подземного угольного пласта. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.
1. Приспособление для розжига подземного угольного пласта изнутри канала скважины, который проходит через угольный пласт, содержащее:
a) корпус трубы, выполненный с возможностью вставки в канал скважины, содержащий конец, имеющий, по меньшей мере, одно впускное отверстие, противоположный конец, имеющий выпускное отверстие, и канал, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием;
b) смесительную камеру, расположенную внутри канала, проходящего между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы, внутри которой топливо для розжига и окислитель смешиваются; и
c) электрическое зажигательное приспособление для розжига топлива для розжига и окислительной смеси.
2. Приспособление для розжига по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно впускное отверстие содержит первое впускное отверстие, подающее топливо для розжига в канал, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы.
3. Приспособление для розжига по п.2, отличающееся тем, что первое впускное отверстие соединено с внутренней трубой, содержащей распыляющую форсунку, которая проходит внутри корпуса трубы и подает топливо для розжига в канал, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы.
4. Приспособление для розжига по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит один или более заборников окислителя, проходящих через корпус трубы для втягивания окислителя из канала скважины в канал, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы.
5. Приспособление для розжига по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно впускное отверстие содержит второе впускное отверстие, подающее окислитель в канал, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы.
6. Приспособление для розжига по п.1, отличающееся тем, что смесительная камера содержит одно или более смесительных устройств, выбранных из группы, состоящей из устройства Вентури, перегородки, спиральной перегородки, диффузорного листа и их комбинаций.
7. Приспособление для розжига по п.1, отличающееся тем, что источник питания электрического зажигательного приспособления содержит пластовую турбину и трансформатор, подключенные с помощью электрического соединения к электрическому зажигательному приспособлению.
8. Приспособление для розжига по п.7, отличающееся тем, что турбина и трансформатор расположены внутри канала, проходящего между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы.
9. Приспособление для розжига по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит одну или более термопар для определения и отчета о температуре в корпусе трубы, рядом с корпусом трубы, канале скважины, и/или угольном пласте.
10. Приспособление для розжига по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что корпус трубы дополнительно содержит ребра или направляющие ребра.
11. Приспособление для розжига подземного угольного пласта изнутри канала скважины, проходящего через угольный пласт, содержащее:
a) корпус трубы, выполненный с возможностью вставки в канал скважины, содержащий:
(i) конец, имеющий первое и второе резьбовые впускные отверстия;
(ii) противоположный конец, имеющий коническое выпускное отверстие; и
(iii) канал, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием,
при этом первое впускное отверстие соединено с внутренней трубой, содержащей распыляющую форсунку, проходящую внутри корпуса трубы и подающую топливо для розжига в канал, а второе впускное отверстие подает окислитель в канал;
b) смесительную камеру, расположенную внутри канала, проходящего между впускными отверстиями и выпускным отверстием корпуса трубы, внутри которой топливо для розжига и окислитель смешиваются, при этом смесительная камера содержит устройство Вентури, перегородку и/или диффузорную пластину;
c) электрическое зажигательное приспособление для розжига смеси топлива и окислителя, при этом электрическое зажигательное приспособление содержит генератор электрической искры или электрический терморезистор; и
d) одну или более термопар для определения и отчета о температуре в корпусе трубы, рядом с корпусом трубы, канале скважины и/или угольном пласте.
12. Приспособление для розжига по п.11, отличающееся тем, что дополнительно содержит систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу, соединенную с приспособлением для розжига и проходящую внутри канала скважины для установки приспособления для розжига в желаемом месте внутри канала скважины, при этом гибкая насосно-компрессорная труба содержит внутреннюю трубу, проходящую внутри внешней трубы, при этом и внутренняя и внешняя трубы соединены с корпусом трубы, и при этом первое впускное отверстие корпуса трубы находится в сообщении по текучей среде с внутренней трубой гибкой насосно-компрессорной трубы, и второе впускное отверстие корпуса трубы находится в сообщении по текучей среде с внешней трубой гибкой насосно-компрессорной трубы.
13. Приспособление для розжига подземного угольного пласта изнутри канала скважины, проходящего через угольный пласт, содержащее:
a) корпус трубы, выполненный с возможностью вставки в канал скважины, содержащий конец, имеющий резьбовое впускное отверстие, противоположный конец, имеющий коническое выпускное отверстие, и канал, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием, при этом впускное отверстие подает топливо для розжига в канал;
b) один или более заборников окислителя, проходящих через корпус трубы для втягивания окислителя из канала скважины в канал, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы;
c) смесительную камеру, расположенную внутри канала, проходящего между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы, внутри которой топливо для розжига и окислитель смешиваются, при этом смесительная камера содержит устройство Вентури, перегородку и/или диффузорную пластину;
d) электрическое зажигательное приспособление для розжига смеси топлива для розжига и окислителя, при этом электрическое зажигательное приспособление содержит генератор электрической искры или электрический терморезистор; и
e) одну или более термопар для определения и отчета о температуре в корпусе трубы, рядом с корпусом трубы, канале скважины и/или угольном пласте.
14. Приспособление для розжига по п.13, отличающееся тем, что источник питания электрического зажигательного приспособления является турбиной и трансформатором, расположенными внутри канала, проходящего между впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса трубы, подключенным с помощью электрического соединения к электрическому зажигательному приспособлению.
15. Приспособление для розжига по п.13 или 14, отличающееся тем, что дополнительно содержит систему позиционирования, содержащую гибкую насосно-компрессорную трубу, соединенную с приспособлением для розжига и проходящую внутри канала скважины для установки приспособления для розжига в желаемом месте внутри канала скважины, при этом гибкая насосно-компрессорная труба содержит одинарную трубу, соединенную с корпусом трубы, и при этом впускное отверстие корпуса трубы находится в соединении по текучей среде с одинарной трубой гибкой насосно-компрессорной трубы.
| US 7735554 B2, 15.06.2010 | |||
| СПОСОБ РОЗЖИГА УГОЛЬНОГО ПЛАСТА | 1991 |
|
RU2043493C1 |
| СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА | 2003 |
|
RU2251000C1 |
| Прибор для определения давления фрезы при ее работе | 1929 |
|
SU18409A1 |
| US 5117912 A, 02.06.1992 | |||
| CN 201196071 Y, 18.02.2009. | |||
