一种煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法

摘要

本发明涉及一种煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法，针对目前普通点火方法由于初期地下空间小，存在造成点火难，点火时间长等问题，本发明对煤层进行射孔和压裂作业，并加入混合助燃剂和富氧引燃气体，增加了裂解成功率，可有效进行点火，节约了时间、人力成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法，属煤炭地下气化领域。

背景技术

煤炭地下气化(UCG)是将地下赋存的煤在煤层内燃烧气化生成合成气输送到地面，作为能源或化工原料特别适用于常规方法不可采或不经济的煤层，以及煤矿的二次或多次复采。产出气可经过处理，通过管道输送，也可直接使用煤气发电或化工合成。煤炭地下气化是一门融合多学科为一体的综合性能源生产技术，涉及到地质学、水文学、钻井技术、点火燃烧控制技术、产品气加工利用技术、生态环境保护等一系列技术，其复杂程度远超地面气化。目前普通点火方法由于初期地下空间小，造成点火难，点火时间长等问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法，采用直井水平井联合点火的方式，可实现煤炭地下气化的高效点火。

本发明涉及一种煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法，包括以下步骤：步骤1.进行煤田勘探，钻直井、水平井，水平井在煤层底部50-80cm处；步骤2.用扩筒钻头在预计点火处钻出直径为80-90cm、长为2-4m的孔洞，扩孔后，大孔洞距离下覆岩层20cm-50cm；井筒与煤层的连接采用射孔枪方式射孔；步骤3.对煤层进行高压水力压裂，压裂范围为10-15m；步骤4.通过直井向煤层中注入重量比1∶2-1∶4的由硝酸铵和氯化钾组成的混合物1-2吨，再注入15000-25000方的空气，之后注入0.5-1吨草酸；步骤5.步骤4完成后通过水平井向煤层中注入富氧引燃气体，通过电偶平衡地下煤炭点火装置进行点火，并不断注入助燃气体，在采气井监测采出气体组分中氧气含量，从而确定点火是否成功。

步骤2中井筒与煤层的连接采用射孔枪方式射孔，具体步骤包括：应用聚能爆破的原理，利用电缆或管柱将组装并密封好的油气井专用聚能射孔弹输送到井下并对准目的层，采取电磁雷管点火，投棒或加压的方式按先后顺序瞬间引爆起爆器、导爆索和聚能弹射孔弹。射孔孔径10～15mm；孔眼几何形状短轴与长轴之比为0.6-0.8；孔径轨迹须沿套管表面螺旋分布，在任一横截面只能最多有一个孔眼；孔眼密度为15～25孔/m。孔眼要尽可能穿透煤层伤害区，进入无伤区。

步骤3中采用本领域通常使用的前置液滑溜水、携砂液、清洁压裂液进行压裂施工。为了充分造缝和增强液体的携砂能力，施工采用大排量方式进行压裂，设计排量7.0-10.0m³/min，其中油管注入排量2.6～2.7m³/min，套管注入排量4.5-7.5m³/min。为了降低孔眼和裂缝内弯曲摩阻，各段前置液阶段加入2个支撑剂段塞；施工加砂采用20～40目石英砂，以提高支撑剂支撑效率，提高裂缝导流能力。

步骤5中富氧引燃气体的成分按质量百分比由60-80％氧气和20-40％氮气组成，助燃气体可为甲烷或乙烷。

与现有技术相比，本发明的煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法具有以下有益效果：

1.采用扩筒钻头，可根据不同煤层来调整空洞大小，为后续射孔、压裂提供便利条件，本方法较常规钻井更为灵活、高效。

2.对煤层进行射孔、压裂作业后能扩大助燃气体存放体积，增加点火成功率。

3.向注气井中加入混合助燃剂(硝酸铵、氯化钾、草酸)，并采用富氧引燃气体注入方式，增加了裂解成功率，可有效进行点火，节约了时间、人力成本。

4.通过对尾气中氧气进行监测，可知燃烧进度、效率，更准确得知地下燃烧状况。

5.水平井与直井组合，兼有单支水平井沟通煤层割理与直井“点”状开采煤气的特点，具有水平井及直井两个井口，可以实现排水与采气同时进行。

附图说明

图1扩孔作业示意图。

1.水平井；2.直井；3.氮气分离装置；4.富氧气体；5.压裂范围；6.扩孔作业范围；7.助燃剂；8.煤层

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1

一种煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法，包括以下步骤：步骤1.进行煤田勘探，钻直井(2)、水平井(1)，水平井(1)在煤层(8)底部65cm处；步骤2.用扩筒钻头在预计点火处钻出直径为85cm、长为2m的孔洞，扩孔后，大孔洞距离下覆岩层25cm；井筒与煤层(8)的连接采用射孔枪方式射孔；步骤3.对煤层(8)进行高压水力压裂，压裂范围为12m；步骤4.通过直井(2)向煤层(8)中注入重量比1∶2的由硝酸铵和氯化钾组成的混合物1吨，再注入17000方的空气，之后注入0.5吨草酸；步骤5.步骤4完成后通过水平井(1)向煤层(8)中注入富氧引燃气体(4)，通过电偶平衡地下煤炭点火装置进行点火，并不断注入甲烷气体，在采气井监测采出气体组分中氧气含量，从而确定点火是否成功。富氧引燃气体(4)的成分按质量百分比由80％氧气和20％氮气组成。

实施例2

一种煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法，包括以下步骤：步骤1.进行煤田勘探，钻直井(2)、水平井(1)，水平井(1)在煤层(8)底部55cm处；步骤2.用扩筒钻头在预计点火处钻出直径为80cm、长为2.5m的孔洞，扩孔后，大孔洞距离下覆岩层22cm；井筒与煤层(8)的连接采用射孔枪方式射孔；步骤3.对煤层(8)进行高压水力压裂，压裂范围为11m；步骤4.通过直井(2)向煤层(8)中注入重量比1∶3的由硝酸铵和氯化钾组成的混合物1.5吨，再注入18000方的空气，之后注入0.6吨草酸；步骤5.步骤4完成后通过水平井(1)向煤层(8)中注入富氧引燃气体(4)，通过电偶平衡地下煤炭点火装置进行点火，并不断注入甲烷气体，在采气井监测采出气体组分中氧气含量，从而确定点火是否成功。富氧引燃气体(4)的成分按质量百分比由70％氧气和30％氮气组成。

实施例3

一种煤炭地下气化开采中直井水平井联合点火的方法，包括以下步骤：步骤1.进行煤田勘探，钻直井(2)、水平井(1)，水平井(1)在煤层(8)底部70cm处；步骤2.用扩筒钻头在预计点火处钻出直径为85cm、长为3m的孔洞，扩孔后，大孔洞距离下覆岩层30cm；井筒与煤层(8)的连接采用射孔枪方式射孔；步骤3.对煤层(8)进行高压水力压裂，压裂范围为13m；步骤4.通过直井(2)向煤层(8)中注入重量比1∶4的由硝酸铵和氯化钾组成的混合物2吨，再注入20000方的空气，之后注入0.8吨草酸；步骤5.步骤4完成后通过水平井(1)向煤层(8)中注入富氧引燃气体(4)，通过电偶平衡地下煤炭点火装置进行点火，并不断注入甲烷气体，在采气井监测采出气体组分中氧气含量，从而确定点火是否成功。富氧引燃气体(4)的成分按质量百分比由70％氧气和30％氮气组成。