Способ нагнетательно-отсосной подземной газификации угольного пласта

 

Изобретение относится к области подземной газификации угольных пластов. Способ включает нагнетание в реакционный канал через дутьевые скважины окислителя и отсос из канала продуктов газификации через газоотводящие скважины. Отличием изобретения является то, что устанавливают соотношение между суммарными сечениями газоотводящих и дутьевых скважин в пределах 1-4 путем увеличения количества газоотводящих скважин или их диаметра. По мере выгазовывания угольного пласта это соотношение, а также количество нагнетаемого дутья и мощность устанавливаемых дымососов увеличивают. 4 ил.

Заявляемое изобретение относится к области подземной газификации угольных пластов, в первую очередь, к отработке этим методом оставленных запасов угольных шахт.

Широко известен нагнетательный способ подземной газификации угля (ПГУ), заключающийся в бурении дутьевых и газоотводящих скважин на угольный пласт, соединении их между собой реакционным каналом, нагнетании окислителя к огневому забою и извлечении под давлением продуктов газификации угля [1, 2] Известен также способ нагнетательно-отсосной газификации пласта, заключающийся в нагнетании в реакционный канал окислителя, отсосе из этого канала продуктов газификации через газоотводящую скважину [3] Устройство тракта газоотводящей скважины, выбранного в качестве прототипа заявляемому устройству, содержат на выходном коллекторе либо струйный эжектор, либо теплообменник и дымосос [3] Недостатки известного способа и устройства (тракта газоотводящей скважины) заключаются в отсутствии оптимизирующих технологических и конструктивных параметров, минимизирующих потери дутья и газа из реакционного канала подземного газогенератора. Поддержание соотношения между расходами отсасываемого газа и нагнетаемого воздуха [3] происходит естественно и без активного вмешательства эксплуатационника. Поэтому снижение потерь дутья и газа осуществляется только за счет установки в тракте газоотводящей скважины дымососа. Установка на выходе из газоотводящей скважины теплообменника (для снижения температуры газа перед входом его в дымосос) снижает эффективность отсоса газа, что обусловлено дополнительными гидравлическими потерями, а следовательно, приводит к более высокому давлению в подземном газогенераторе. Последнее вызывает более высокий уровень потерь газа.

Цель изобретения состоит в повышении эффективности нагнетательно-отсосной подземной газификации угля путем минимизации давления в реакционном канале.

Поставленная цель достигается тем, что в способе нагнетательно-отсосной подземной газификации угольного пласта, включающем нагнетание в реакционный канал окислителя (дутья) и отсос из него продуктов газификации (газа) через газоотводящую скважину, устанавливают соотношение между суммарными сечениями газоотводящих и нагнетательных дутьевых скважин в пределах 1-4 путем включения дополнительных газоотводящих скважин или увеличения их диаметра, причем увеличивают это соотношение, количество нагнетаемого дутья и мощность установленных дымососов по мере выгазовывания угольного пласта. Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для нагнетательно-отсосной подземной газификации угольного пласта, содержащем подземный газогенератор с дутьевыми и газоотводящими скважинами, а также теплообменник и дымосос в конце тракта газоотводящих скважин, согласно изобретению, теплообменник выполняют встроенным в затрубное пространство газоотводящей скважины.

Вынесение теплообменника за пределы тракта газоотвода и выполнение его встроенным в затрубное пространство газоотводящей скважины обеспечивают, согласно способу, минимальные гидравлические потери в упомянутом тракте, а, следовательно, минимальное давление в реакционном канале. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения (способ и устройство) связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены. Они вполне обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Пример осуществления способа.

На Южно-Абинской ст. "Подземгаз" на отработанном газогенераторе был сооружен опытный модуль согласно заявляемому изобретения. На оставленный предохранительный целик длиной по падению 70-90 м была пробурена одна дутьевая скважина 6200 мм и несколько газоотводящих скважин 200, 250 и 350 мм. На фиг. 1 заявляемое изобретение представлено схематично. Согласно имеющемуся набору газоотводящих скважин представилось возможным осуществлять следующие соотношения суммарных сечений газоотводящих скважин к сечению дутьевой скважины: На фиг. 1 изображен в плоскости пласта опытный модуль; на фиг.2 и 3 - графическое изображение экспериментальных данных; на фиг.4 схематично устройство газоотводящей скважины согласно изобретению.2 На опытном модуле (фиг. 1) в дутьевую скважину 1 подавалось воздушное дутье от компрессора. Газоотводящие скважины 2 соединялись на поверхности через панельный газопровод с дымососами. Реализованная нагнетательно-отсосная подземная газификация угольного пласта на опытном модуле позволила определить оптимальные режимные параметры, обеспечивающие минимальное давление в подземном газогенераторе, а следовательно, минимальные потери из него газообразных продуктов газификации.

На фиг.2 представлены полученные на опытном модуле экспериментальные данные. Согласно этим данным оптимальным соотношением между суммарным сечением газоотводящих скважин и сечением нагнетательной скважины является величина от 1 до 4. При упомянутом соотношении меньше 1 утечка газа резко возрастают из-за чрезмерно высокого давления в газогенераторе. С ростом соотношения более 4 утечки снижаются незначительно, поэтому затраты на бурение дополнительных скважин или увеличения их диаметра не компенсируются снижением потерь газа. Характерно, чем интенсивней осуществляется процесс газификации (увеличение количества нагнетаемого воздуха и извлекаемого дымососом газа), тем эффективней он становится (снижается относительные утечки газа). Экспеpиментально было показано, что энергетическая эффективность способа в этом случае возрастала, т. к. возрастала разность энергии между ее приростом за счет снижения давления нагнетания дутья и сокращения потерь газа, с одной стороны, и затратами электроэнергии на дымососы, с другой стороны.

С увеличением степени выгазовывания угольного пласта утечки газа возрастают (фиг. 3). Поэтому согласно экспериментальным данным (фиг.2 и 3) для оптимизации заявляемого способа необходимо увеличивать проходное сечение газоотводящих скважин (увеличить соотношение D²_г/D²_в), а также количество нагнетаемого дутья и отсасываемого газа. Последнее требует установки дополнительных дымососов. В эксперименте была уже достигнута степень выгазовывания 35% однако, экстраполяция опытных данных убедительно подтверждает необходимость интенсификации процесса по мере дальнейшего выгазовывания угольного пласта.

По мере выгазования угольного пласта, то есть уменьшения длины целика, соотношение между длиной целика и диаметром газоотводящей скважины должно находиться в пределах 250-285.

Основным элементом подземного газогенератора согласно заявляемому изобретению является газоотводящая скважина. Охлаждение газа в последней осуществлялось либо впрыском воды непосредственно в газоотводящую скважину [1,2] либо путем установки в тракте газоотводящей скважины вынесенного теплообменника [3] В обоих вариантах охлаждение газа обуславливает дополнительное гидравлическое сопротивление в тракте газоотвода, а следовательно, снижение эффективности работы дымососа, приводящее к росту давления в подземном газогенераторе и утечке газа из него. Согласно заявляемому изобретению, схематично представленному на фиг. 4, теплообменник 1 встраивается в затрубное пространство газоотводящей скважины. Вода по трубке 2 подается вниз кольцевого теплообменника, горячий газ бесконтактно охлаждается в трубе 3, при этом канал газоотводящей скважины имеет минимальное гидравлическое сопротивление. Это обеспечивает высокую эффективность нагнетательно-отсосной технологии согласно заявляемому изобретению.

Использование предлагаемого способа нагнетательно-отсосной подземной газификации угольного пласта позволяет, в первую очередь, разрабатывать оставленные целики угля отработанных шахт. Обычная нагнетательная подземная газификация угля в этих условиях не применима из-за утечки газа и опасности дегерметизации подземного газогенератора. Заявляемое изобретение позволит вполне эффективным и безопасным методом разрабатывать упомянутые целики угля, которых только в Российской Федерации ежегодно остается 10-15% от добываемого угля. Это позволит внести существенный вклад в топливный баланс отдельных регионов страны, что поможет снизить энергетический дефицит в них.

Формула изобретения

Способ нагнетательно-отсосной подземной газификации угольного пласта, заключающийся в нагнетании в реакционный канал через дутьевые скважины окислителя и отсоса из него продуктов газификации через газоотводящие скважины, отличающийся тем, что устанавливают соотношение между суммарными сечениями газоотводящих и дутьевых скважин в пределах 1 4 путем увеличения количества газоотводящих скважин или их диаметра, при этом по мере выгазовывания угольного пласта это соотношение и количество нагнетаемого окислителя и мощность устанавливаемых дымососов увеличивают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4