Способ подземной газификации горючих полезных ископаемых Советский патент 1992 года по МПК E21B43/295 

Изобретение относится к подземной газификации углей и может быть использовано при разработке не только пластов угля, но и нефти, сланцев.

Известен способ подвода дутья в угольный пласте помощью подвижного дутьепрово- да, опущенного в наклонно-горизонтальную1 или наклонно направленную скважину. В этом случае скважина состоит из двух частей: обсаженной и нёобсаженной. Подвижной дутье про вод перемещается только на длине необсаженной части скважины в угольном пласту. По мере выгазовывания угольного пласта подвижной дутьепровод периодически извлекается, чем обеспечивается перенос точки подвода дутья к раскаленной угольной поверхности.

Недостатком данного способа является возможность защемления подвижного дутьепровода вследствие проявления горного давления в необсаженной части скважины.

Известен также способ подвода дутья, при котором дутьевая скважина обсаживается на всю длину, а перемещение точки подвода дутья в угольны и пласт осуществляют путем последовательной установки в обсадной колонне скважины герметизирующих пробок и прострела указанной колонны со стороны устья скважины относительно каждой установленной пробки.

О

о

Недостатком известного способа является сложность его практического осуществления, заключающаяся в периодическом чередовании операций установки пробки, прострела колонны и нагнетании дутья во вскрытый угольный пласт.

Наиболее близким к предлагаемому является способ подвода дутья в угольный пласт, при котором внутренний став труб заканчивается метанокислородной горел- кой и извлекается по мере .необходимости прожига обсадной скважины с целью перемещения огневого забоя.

Недостатком этого способа является сложность его практического осуществле- ния и ненадежность фиксации ргневого забоя по длине скважины, так как, с одной стороны, работоспособность горелки на большой глубине (длина внутреннего става труб достигает 1000 м и более) весьма проблематична, а, с другой стороны, при подаче кислородного дутья в скважину возможно неконтролируемое перемещение огневого забоя (очага горения) и оплавление обсад- ной колонны в угольном пласту в направлении, противоположном движению дутья.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подземной газификации горючих полезных ископаемых, включаю- щему вскрытие продуктивного пласта сква- жинбй, ее оборудование обсадной колонной и внутренним ставом труб и подачу кислородсодержащего дутья в пласт по внутреннему ставу с периодическим перемещением точки ввода дутья в пласт частичным извлечением внутреннего става и оплавлением обсадной колонны, оплавление колонны осуществляют изменением направления перемещения огневого забоя навстречу нагнетаемому дутью посредством снижения расхода дутья до 50-300 м /ч и использования при этом дутья с концентрацией кислорода 40-95% с выдержкой указанного режима подачи дутья в течение времени, определяемого из зависимости

т

та1

где т- время выдержки подачи дутья в режиме оплавления обсадной колонны, ч;

I - длина частичного извлечения внутреннего става, м;

Уоз - скорость перемещения огневого забоя навстречу нагнетаемому дутью, ,2-1,OM/4.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение подачи дутья в пласт.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что дутье в скважину подают только через внутренний став труб и

при этом в две последовательные стадии, в первой из которых - в количестве 50-300 м3/ч в течение времени, равном 1/У0з ч (I - длина извлеченного внутреннего става труб, ,2-1,0 - скорость перемещения очага горения по длине обсадной колонны, м/ч).

Дутье через внутренний став труб, заканчивающийся специальным насадком, направляют потоком в плоскости угольного пласта.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - оптимальность параметров первой стадии способа.

Скважина для подвода дутья в угольный пласт содержит обсадную колонну 1, внутри которой установлен подвижной став 2 труб, заканчивающийся направляющим насадком 3.

Предлагаемый способ подвода дутья в угольный пласт осуществляют следующим образом.

Дутье подается во внутренний став 2 труб. В первой стадии (изображена на фиг.

1сплошной линией) нагнетается умеренное количество дутья (Оа или Оа+№). Дутье движется внутри скважины вдоль обсадной колонны 1 вниз в выгазованное пространство 4 подземного газогенератора. Очаг горе- ния огневого забоя перемещается навстречу этому дутью, постепенно оплавляя обсадную колонну и образуя расширенный (вместо первоначально бурового) канал 5. Тем самым образуется новая реакционная поверхность в угольном пласту. Как только оплавится оставшаяся часть обсадной колонны 6, огневой забой строго зафиксируется в сечении направляющего насадка 3, переходя к второй стадии - собственно газификации угля. Во второй стадии дутье, предпочтительно кислород или воздух, обогащенный кислородом, в смеси с перегретым водяным паром, нагнетается в скважину в больших количествах и осуществляет интенсивное выгазовывание угольного пласта. После выгазовывания угольного пласта по обе стороны от скважины примерно до состояния, представленного на фиг. 1 пунктирным положением внутреннего става

2труб, последний извлекают на требуемую длину и вновь повторяют первую стадию способа. Осуществляют оплавление части обсадной колонны и перемещение очага горения вверх по ней, образуя новую реакционную поверхность по длине бурового канала скважины, и т.д.

Экспериментально установлено, что расход нагнетаемого дутья в первой стадии должен составлять 50-300 м3/ч (чистого кислорода). При этом время протекания первой стадии (г) определяется длиной (I), на которую требуется переместить очаг горения навстречу нагнетаемому дутью, и скорость 5 перемещения очага горения (Vos), сопровождающегося оплавлением обсадной колонны скважины.

Результаты экспериментов на модели представлены на фиг. 2. В качестве дутья 10 используют технический кислород (95% 02).

На расходе кислорода 20 и 40 м/ч металлическая колонна не оплавлялась и очаг горения по углю не перемещался навстречу дутью. Это объясняется тем, что на таком 15 расходе дутья тепловой баланс в зоне очаге горения таков, что выделяющегося тепла недостаточно для прогрева угля перед очагом горения до температуры воспламенения угля. Очаг горения не перемещается, 20 колонна не оплавляется. На расходе кисло- рода 50 м3/ч очаг горения начинает перемещаться (,2 м/ч), так как, выделяющегося .. тепла в его зоне недостаточно не только для оплавления колонны, ной для прогрева угля 25 перед ним до температуры воспламенения. С увеличением расхода кислорода до 300 м3/ч скорость перемещения очага горения возрастает. Однако при расходе кислорода 310 и 320 м2/ч очаг горения перестает пере- 30 мещаться, что обусловлено превышением уноса тепла из очага горения (по направлению дутья) над теплом, необходимым для оплавления колонны и прогрева лежащего угля. Таким образом, перемещение очага 35 горения и оплавление колонны наблюдается в интервале расхода кислорода 50-300 м3/ч.

На воздушном дутье не удается оплавг, лять колонну и перемещать очаг горения 40 навстречу дутью. С повышением концентрации кислорода в дутье до 40% начинается противоточное перемещение очага горения и оплавление колонны.

Изменяя концентрацию кислорода в 45 дутье от 40 до 95%, а также его расход, возможно осуществление оплавления колонны (при противоточном перемещении очага горения) и регулирование диаметра проработанного реакционного канала. С 50 увеличением концентрации кислорода в дутье и снижением егб расхода отмечено сокращение диаметра проработанного ре-/ акционного канала.

Во второй стадии способа дутье подают 55 на газификацию направленным (в плоскости пласта) потоком, благодаря чему достигается интенсивный массо- и теплообмен между ним и реакционной поверхностью угольного пласта. Для такого метода подземной газификации характерна строгая фиксация огневого забоя, высокие КПД и теплота сгорания получаемого газа, а также высокая полнота выгазовывания угольного пласта.

Использование предлагаемого способа подвода дутья в угольный пласт по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества:

использование для подвода дутья в обеих стадиях внутреннего подвижного става труб обеспечивает его надежность;

вследствие строгой фиксации очага горения (огневого забоя) обеспечиваются высокие показатели процесса подземной газификации угля;

по сравнению с известными предлагаемый способ существенно проще в практической реализации.

Формула изобретения Способ подземной газификации горючих полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта скважиной, ее оборудование обсадной колонной и внутренним ставом труб и подачу кислородсодержащего дутья в пласт по внутреннему ставу с периодическим перемещением точки ввода дутья в пласт частичным извлечением внутреннего става и оплавлением обсадной колонны, отличающий с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения подачи дутья в пласт, оплавление колонны осуществляют изменением направления перемещения огневого забоя навстречу нагнетаемому дутью посредством снижения расхода дутья да 50-300 м/ч и использования при этом дутья с концентрацией кислорода 40-95% с выдержкой указанного режима подачи дутья в течение времени, определяемого из зависимости I

т

где т- время выдержки подачи дутья в режиме оплавления обсадной колонны, ч;

I - длина частичного извлечения внутреннего става, м;

V03 - скорость перемещения огненного забоя навстречу нагнетательному дутью, ,2-1,0 м/ч.

Изобретение относится к подземной газификации углей и м.б. использовано при разработке пластов угля, нефти и сланцев. Цель изобретения - повышение надежности и упрощение подачи дутья в пласт. Продуктивный пласт вскрывают скважиной. Последнюю оборудуют обсадной колонной с внутренним ставом (ВС) труб. По ВС в пласт подают кислородсодержащее дутье (Д). Периодически перемещают точку ввода Д частичным извлечением ВС и оплавлением нижней части обсадной колонны. Указанное оплавление осуществляют.изменением направления перемещения огневого забоя навстречу нагнетаемому Д. Для этого снижают расход Д до 50-300 м/ч при поддержании концентрации кислорода в нем 40-95%. Этот режим подачи выдерживают в течение времени т l/Voa, где I - длина частичного извлечения ВС, м; V03 скорость перемещения огненного забоя навстречу нагнетаемому Д. V оз 0,2- 1 м/ч. 2 ил. V/.. 5 Ё

V

м/ч I.О

0,75 0.50 0,25

ЗВГ. м3