煤炭地下气化炉型及气化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，尤其是指一种煤炭地下气化炉及气化方法。
【背景技术】
[0002]煤炭地下气化技术主要是指煤、焦炭或者半焦等固体燃料在高温常压或者加压条件下与气化剂发生反应，转化为气体产物或少量残渣的过程。所述气化剂主要是水蒸气、空气(或者氧气)或者它们的混合气。煤炭气化过程可用于生产燃料煤气，作为工业窑炉用气或者城市煤气，也可用于制造混合气，作为合成氨、合成甲醇和合成液体燃料的原料，因此煤炭气化技术是煤化工的重要技术之一。
[0003]煤炭地下气化炉通常由进气井、气化通道、出气井等组成，在所述进气井底部进行点火后，从所述进气井注入气化剂，在气化通道中与煤层发生各种化学反应，生成的煤气沿气化通道和出气井输送至地面。而地下气化炉型是指地下气化所用钻孔的类型、相互位置、气化时的用途及启动顺序等形成的通道形状。目前的气化炉已经发展成众多的钻孔通过钻孔类型(竖直井、水平定向钻井)、钻孔间距、气化时气流的走向和燃烧区走向等组合出各种类型的地下气化炉，能够成倍地提高煤气产量、气化过程的稳定性、煤层的采收率，而且能够有效降低地下水入侵、顶板冒落、热损失等的风险，因此，气化炉型是决定气化过程成败的关键因素之一。
[0004]现有中国专利(CN104594873A)公开了一种煤炭地下气化炉及气化方法，如图1所示，包括顶板1、位于顶板下方的煤层2、穿过顶板之后进入煤层的进气孔3、穿过顶板之后进入煤层的出气孔4、概呈水平的位于煤层内并连通进气孔的进气通道5及位于进气通道垂直上方的出气通道6以及穿过顶板后进入煤层并连通进、出气通道的点火孔7。上述技术虽然避免了出气通道堵塞，可以保证气化的连续性，但是仍旧存在以下缺陷:所述出气通道6的高温直接作用于煤层顶板1，从而易造成顶板受热变形、冒落的风险，影响气化炉的正常运行；再者，该炉型气化时具有一定的局限性，仅适用于煤层厚度在15米范围内的煤层，对于超厚煤层采用该炉型气化时资源浪费较严重，回采率低，经济性差。
【发明内容】
[0005]为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中气化效率低且煤层顶板易冒落等问题从而提供一种即使针对超厚煤层的气化，也能提高气化稳定性及气化效率的煤炭地下气化炉型及气化方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所述的一种煤炭地下气化炉型，包括煤层顶板以及位于所述煤层顶板下方的煤层底板，所述煤层顶板与所述煤层底板之间设有煤层，穿过所述煤层顶板且在所述煤层中设有多个定向钻井，穿过所述煤层顶板和所述煤层向所述煤层底板延伸设有一个垂直井，其中所述各个定向钻井的末端与所述垂直井相互连通，沿所述垂直井同侧依次顺序排列多个定向钻井，所述垂直井沿轴向设有多个第一侧孔和多个第二侧孔，其中任意一个第一侧孔位于所述定向钻井与所述垂直井的连接处，所述第二侧孔位于所述第一侧孔的上方。
[0007]在本发明的一个实施例中，所述垂直井的单侧分别设有多个定向钻井，且各个定向钻井的垂直段沿所述垂直井的该侧依次向远离垂直井的方向延伸排列，且所述各个定向钻井的水平段相互平行。
[0008]在本发明的一个实施例中，所述垂直井的两侧均设有多个定向钻井，且所述垂直井的同一侧中，各个定向钻井的垂直段依次向远离垂直井的方向延伸排列。
[0009]在本发明的一个实施例中，所述垂直井任意一侧的一个定向钻井的水平段与所述垂直井另一侧的在同一水平面上定向钻井的水平段通过所述第一侧孔相通。
[0010]本发明还公开了一种利用上述任意一个所述的煤炭地下气化炉型气化地下煤层的方法，包括如下步骤:步骤S1:开启任意相邻两个定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔以及位于所述两个第一侧孔中间的第二侧孔；步骤S2:对相邻两个定向钻井中竖直方向处于下方位置的定向钻井点火并进行逆向气化，使煤层燃烧产生的煤气经由所述处于下方位置的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔和位于所述第一侧孔上方的第二侧孔进入垂直井，煤气通过所述处于上方位置的定向钻井输送至地面煤气管网；步骤S3:对气化完成的由相邻两个定向钻井之间形成的燃空区进行填充与加固。
[0011 ] 在本发明的一个实施例中，对所述煤层在竖直方向由下而上逐步气化时，包括将所述垂直井两侧同一水平面的煤层同时气化的步骤。
[0012]在本发明的一个实施例中，所述垂直井一侧任意相邻两个定向钻井之间的煤层与所述垂直井另一侧在同一水平面的相邻两个定向钻井之间的煤层同时气化。
[0013]在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，对相邻两个定向钻井中竖直方向处于下方位置的定向钻井点火是通过向所述处于下方位置的定向钻井中下放注气端具有点火功能的注气装置进行通道点火。
[0014]本本发明的一个实施例中，所述定向钻井施工时，向所述定向钻井的水平通道内下入支护装置。
本本发明的一个实施例中，所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与煤层底板之间的煤层气化完成后，继续将水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与煤层顶板之间的煤层进行气化，其步骤如下:首先，开启所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔以及开启所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔上方的第二侧孔，同时打开所述垂直井；然后，对水平段距离煤层顶板最近的定向钻井点火并进行逆向气化，使生产的煤气由垂直井输送至地面煤气管网中；最后，对气化完成的由水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述煤层顶板之间形成的燃空区进行填充与加固。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明所述煤炭地下气化炉型及气化方法，采用多条相互平行的定向钻井及一条垂直井构建气化炉，煤气依次由相邻的定向钻井输出，将热量输送至上方的煤层，对上方的新鲜煤层进行了预热，从而充分利用了能源，提高了气化效率；而且可实现将两列气化炉同时并联运行，大幅度提高气化效率，此外，本发明所述煤炭地下气化炉型及气化方法对所述定向钻井气化形成的燃空区进行填充与加固，构建人工底板，保证了超厚煤层气化过程的稳定性。
【附图说明】
[0015]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是现有所述煤炭地下气化炉的平面示意图；
图2是本发明所述实施例一所述煤炭地下气化炉型的立体示意图；
图3是本发明所述实施例二所述煤炭地下气化炉型的平面示意图。
【具体实施方式】
[0016]实施例一
如图2所示，本实施例提供了一种煤炭地下气化炉型，包括煤层顶板11以及位于所述煤层顶板11下方的煤层底板13，所述煤层顶板11与所述煤层底板13之间设有煤层12，穿过所述煤层顶板11且在所述煤层12中设有多个定向钻井14，穿过所述煤层顶板11和所述煤层12向所述煤层底板13延伸设有一个垂直井15，其中所述各个定向钻井14的末端与所述垂直井15相互连通，沿所述垂直井15的一侧依次顺序排列多个定向钻井14，所述垂直井15沿轴向设有多个第一侧孔和多个第二侧孔，其中任意一个第一侧孔位于所述定向钻井14与所述垂直井15的连接处，所述第二侧孔位于所述第一侧孔的上方。
[0017]本实施所述煤炭地下气化炉型，包括煤层顶板11、位于所述煤层顶板下方的煤层底板13以及位于所述煤层顶板11与所述煤层底板13之间的煤层12，穿过所述煤层顶板11且在所述煤层12中设有多个定向钻井14，穿过所述煤层顶板11和所述煤层12向所述煤层底板13延伸设有一个垂直井15，沿所述垂直井15的一侧依次顺序排列多个定向钻井14，采用本实施例所述的炉型，不但构建炉型的速度快，成本低，而且任意相邻两个定向钻井中，一个定向钻井作为进气通道，一个定向钻井作为出气通道，可以实现逐段燃烧煤层，有利于对超厚煤层进行气化，具体地，如第一定向钻井14A、第二定向钻井14B、第三定向钻井14C、第四定向钻井14D以及第五定向钻井14E，所述各个定向钻井14的末端与所述垂直井15相互连通，从而使所述垂直井15主要用于连接进气通道和出气通道，也可以作为备用出气井；所述垂直井15沿轴向设有多个侧孔16，通过各个侧孔16的启闭来控制进气通道和出气通道，从而利于分段控制煤层的燃烧，提高煤层的燃烧率，具体地，所述侧孔16包括第一侧孔和第二侧孔，其中任意一个第一侧孔位于所述定向钻井14与所述垂直井15的连接处，如所述第一定向钻井14A与所述垂直井15的连接处设有第二个侧孔16B，所述第二定向钻井14B与所述垂直井15的连接处设有第四个侧孔16D，