Способ подземной газификации горючих полезных ископаемых

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) 00 (si)s Е 21 В 43/295

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ (21) 4772165/03 (22) 20.12.89 (46) 29.02.92. Бюл. N 8 (71) Институт горного дела им. А. А. Скочинского (72) Е. В. Крейнин (53) 662.747.6(088.8) (56) Патент США N .3562606, кл. 299-2, 1971.

Авторское свидетельство СССР

N. 925093, кл. С 10 J 5/00, 1982.

Международный симпозиум по подземной газификации угля. Амстердам, октябрь, 1989, с. 64 — 75. с (5.4) СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ГОРЮ4ИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ (57) Изобретение относится к подземной газификации углей и м.б, использовано при разработке пластов угля, нефти и сланцев, 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 пластс помощью подвижного дутьепровода, опущенного в наклонно-горизонтальную или наклонно направленную скважину. В этом случае скважина состоит из двух частей: обсаженной и необсаженной. Подвиж ной дутьепровод перемещается только йа длине необсаженной части скважины в угольном пласту, llo мере выгазовывания угольного пласта подвижной дутьепровод периодически извлекается, чем обеспечиваЦель 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 !/ 1/О,, где — длина частичного извлечения ВС, м; Voa-скорость перемещения огненного забоя навстречу нагнетаемому Д Ч оз = 0,2 — 1 м/ч. 2 ил. ется перенос точки подвода дутья к раскаленной угольной поверхности. О

Недостатком данного способа является возможность "защемления" подвижного а дутьепровода вследствие проявления гор- Ср ного давленир в необсаженной части скважины.

Известен также способ подвода дутья. при котором дутьевая скважина обсаживается на всю длину, а перемещение точки подвода дутья в угольный пласт осуществляют путем последовательной установки в обсадной колонне скважины герметизирующих пробок и прострела указанной колонны со стороны устья скважины относительно каждой установленной пробки, 1716110

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 горелкой и извлекается по мере, необходимости прожига обсадной скважины с целью перемещения огневого забоя.

Недостатком этого способа является сложность его практического осуществления и ненадежность фиксации ргневого забоя Ilo 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 обсадной колонны в угольном пласту в направлении, противоположном движению дутья.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подземной газификации горючих полезных ископаемых, включающему 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, 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

7 где t — время выдержки подачи дутья в режиме оплавления обсадной колонны, ч;

I — длина частичного извлечения внутреннего става, м; . V — скорость перемещения огневого забоя навстречу нагнетаемому дутью, Чоз=0,2 — 1,0 м/ч.

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

55 при этом в две последовательные стадии, в первой из которых — в количестве 50 — 300 м /ч в течение времени, равном l/×o, ч (!— з длина извлеченного внутреннего става труб, Чоз=0,2-1,0 — скорость перемещения очага горения по длине обсадной колон н ы, м/ч), Дутье через внутренний став труб, заканчивающийся специальным насадком, на-правляют 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.

1 сплошной линией) нагнетается умеренное количество дутья (О или Oz+Nz). Дутье движется внутри скважины вдоль обсадной колонны 1 вниз в выгазованное пространство 4 подземного газогенератора, Очаг горения 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

2 труб, 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 м /ч (чистого кисз

1716110

25 перед ним до температуры воспламенения, С увеличением расхода кислорода до 300 м /ч скорость перемещения очага горения возрастает. Однако при расходе кислорода

310 и 320 м /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 наблюдает-. ся в интервале расхода кислорода 50-300 м /ч.

На воздушном дутье не удается оплав-.лять колонну и перемещать очаг горения 40 проработанного реакционного канала. С 50

55 лорода). При этом время протекания первой стадии (s) определяется длиной (!), на которую требуется переместить очаг горения на-. встречу нагнетаемому дутью, и скорость перемещения очага горения (Vo>), сопровождающегося оплавлением обсадной колонны скважины.

Результаты экспериментов на модели представлены нафиг. 2. В качестве дутья используюттехнический кислород(95 Ог).

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 расходе дутья тепловой баланс в зоне очага горения таков, что выделяющегося тепла недостаточно для прогрева угля перед очагом горения до температуры воспламенения угля. Очаг горения не перемещается, 1 колонна не оплавляется. На расходе кисло рода 50 м /ч очаг горения начинает перемещаться (W,=0,2 м/ч), так как,.выделяющегося . тепла в его зоне недостаточно не только для оплавления колонны, но и для прогрева угля навстречу, дутью. С повышением концентрации кислорода в дутье до 40% начинается. противоточное перемещение очага горения и оплавление колонны.

Изменяя концентрацию кислорода в дутье от 40 до 95, а также его расход, возможно осуществление оплавления колонны (при противоточном перемещении очага горения) и регулирование диаметра увеличением концентрации кислорода в дутье и снижением егд расхода отмечено сокращение диаметра проработанного ре-, акционного канала, Во второй стадии способа дутье подают на газификацию направленным (в плоско5

20 сти 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, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения подачи дутья в пласт, оплавление колонны осуществляют изменением направления перемещения огневого забоя навстречу нагнетаемому дутьN 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 !

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

I — длина частичного извлечения внутреннего става, м;

Чрз — скорость перемещения огненного забоя навстречу нагнетательному дутью, ЧО3 0,2 — 1,0 м/ч.

1716110

O er.1

0,75

0 ° 50

0,2

Составитель

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор М.Петрова

Заказ 593 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

ФиаZ ии

„з уч