本發(fā)明涉及煤炭地下氣化開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地下氣化爐及其施工法以及煤炭地下氣化方法。

背景技術(shù)：

煤炭地下氣化是通過在地下賦存的煤層內(nèi)施工氣化通道，并將通道周邊煤層引燃而實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)準(zhǔn)備氣化通道的方式不同，目前地下氣化方式主要分為無井式和有井式。其中有井式地下氣化，需要人工開拓氣化通道，建爐周期長，避免不了地下勞動(dòng)，對環(huán)境有影響。無井式地下氣化，需要鉆機(jī)鉆進(jìn)氣化通道，建爐周期短，消除了地下作業(yè)，對環(huán)境無公害。目前我國及世界范圍地下氣化主推爐型以無井式為主。

為了能夠?qū)Ω鞣N不同賦存條件的煤層氣化過程實(shí)現(xiàn)有效控制，必須針對不同的煤層賦存條件，采用不同的無井式氣化爐結(jié)構(gòu)。幾十年來，發(fā)展了多種爐型，從進(jìn)、出氣點(diǎn)和氣化通道相對位置來分可把它們分為幾種基本爐型，即一線爐、v形爐、盲孔爐等，在這幾種基本爐型的基礎(chǔ)上，后來又發(fā)明了目前業(yè)內(nèi)認(rèn)可的u形對接井地下氣化爐。上述均為單一爐型，如公開號為cn103603647a的中國發(fā)明專利，其公開了一種地下氣化爐，依次連通的進(jìn)氣通道、氣化通道、出氣通道以及通入其中的管道，管道的第一端口伸出地面，第二端口位于氣化通道中；第二端口連接有清灰裝置，用于清除地下煤層煤壁上氣化附著的積灰。由此可見單一爐型需多次重復(fù)施工各類鉆孔完成建爐，同時(shí)很難滿足氣化不同厚度的煤層要求，氣化過程中一條氣化通道至少需要匹配一口進(jìn)氣井，建爐周期長，投資成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種針對不同厚度的煤層構(gòu)建多條不同層位氣化通道的地下氣化爐及其施工方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種提高氣化效率的煤炭地下氣化方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種地下氣化爐，包括：

一個(gè)進(jìn)氣井，其包括相互連通的垂直段和造斜段，井口位于所述垂直段上，所述造斜段位于所述垂直段的下方；

一個(gè)造穴，其與所述造斜段的末端相連通；

多個(gè)出氣直井，每一出氣直井與所述造穴之間通過至少一水平井相連。

作為優(yōu)選，所述造斜段的形狀為曲率為正的凹彎圓弧。

作為優(yōu)選，所述出氣直井為三個(gè)。

作為優(yōu)選，每一出氣直井與所述造穴之間通過一水平井相連。

作為優(yōu)選，所述造斜段位于煤層底板上部5-7m處。

作為優(yōu)選，所述造穴的體積為5-8m³。

作為優(yōu)選，當(dāng)所述水平井為三個(gè)時(shí)，所述造穴3的體積為5-8m³；

當(dāng)所述水平井為n個(gè)時(shí)，n＞3，所述造穴3的體積為5-8m³的1.2^n-3-1.3^n-3倍。

一種地下氣化爐的施工方法，其具體步驟如下：

a)鉆出進(jìn)氣井上的垂直段和造斜段，并進(jìn)行下套管及固井；

b)在所述造斜段的末端挖出造穴；

c)鉆出出氣直井，并進(jìn)行下套管及固井；

d)根據(jù)出氣直井的數(shù)量，以所述造穴為起點(diǎn)采用欠平衡定向鉆進(jìn)的方法鉆出與出氣直井相連通的水平井，每一出氣直井與所述造穴之間至少有一個(gè)水平井；當(dāng)一水平井鉆至一出氣直井底部0-2m范圍內(nèi)為中靶，下入打孔玻璃鋼管支護(hù)，不固井。

作為優(yōu)選，所述步驟a)中所述造斜段施工至煤層底板上部5-7m處。

作為優(yōu)選，所述步驟d)中的打孔玻璃鋼管的孔徑為2-4cm。

一種用上述任一項(xiàng)所述的地下氣化爐進(jìn)行煤炭地下氣化的方法，其具體步驟如下：

由進(jìn)氣井的井口通入助燃劑，并驅(qū)使助燃劑在造穴處擴(kuò)散到各個(gè)水平井內(nèi)，以各個(gè)出氣直井底部為點(diǎn)火點(diǎn)點(diǎn)燃煤層，將各個(gè)水平井內(nèi)氣化后的氣體經(jīng)出氣直井輸出。

本發(fā)明所提供的地下氣化爐及其施工方法，結(jié)合u形對接井技術(shù)靈活構(gòu)建，通過一個(gè)進(jìn)氣井對應(yīng)多個(gè)水平井和出氣直井，建造了一種束狀多通道地下氣化爐，大大縮短了建爐時(shí)間、節(jié)約了建爐成本。針對不同厚度的煤層構(gòu)建多條不同層位的氣化通道，多條氣化通道僅對應(yīng)一口進(jìn)氣井，立體化布置氣化通道，大大提高了不同厚度煤層資源的氣化開采利用率。使用本發(fā)明所提供的地下氣化爐進(jìn)行煤炭地下氣化，可實(shí)現(xiàn)束狀多條氣化通道同時(shí)進(jìn)行氣化，提高了氣化效率。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、一爐多用，提高不同厚度煤層資源的利用率。該爐型可針對不同厚度煤層構(gòu)建束狀氣化通道，通過分水平布置氣化通道，大大提高了不同厚度煤層資源的氣化開采利用率。

2、減少地下氣化爐的建爐時(shí)間與成本。通過一次u形井直井段和造斜段，可完成多條水平段的構(gòu)建，大大節(jié)省了地下氣化爐的建爐時(shí)間，同時(shí)，極大的減少了建爐成本。

3、實(shí)現(xiàn)一進(jìn)多出，同時(shí)氣化。將一井通入的催化氣體在地下分散到各氣化通道，呈現(xiàn)束狀多通道同時(shí)氣化狀態(tài)。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的地下氣化爐的平面示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的地下氣化爐的縱向剖視示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1、進(jìn)氣井垂直段；2、進(jìn)氣井造斜段；3、造穴；4、水平井；5、出氣直井。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設(shè)備中還存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超過”等理解為不包括本數(shù)；“以上”、“以下”、“以內(nèi)”等理解為包括本數(shù)。

如圖1和圖2所示，一種地下氣化爐，適用于不同厚度的煤層進(jìn)行大面積、層次化、高效率氣化，該爐型充分結(jié)合u形對接井技術(shù)靈活構(gòu)建一體化的束狀多通道地下氣化爐，包括進(jìn)氣井、造穴3、水平井4和出氣直井5。其中，進(jìn)氣井為一個(gè)，該進(jìn)氣井由相互連通的垂直段1和造斜段2構(gòu)成，井口位于垂直段1上，造斜段2位于垂直段1的下方，優(yōu)選地，如圖2所示，造斜段2的形狀為曲率為正的凹彎圓弧，并位于煤層底板上部5-7m處。垂直段1和造斜段2的井徑為目前通用井徑的1.5-2倍。造穴3與造斜段2的末端相連通。出氣直井5為多個(gè)，其數(shù)量取決于煤層厚度，每個(gè)出氣直井5終井位置也取決于煤層厚度，而水平井4的數(shù)量同樣取決于煤層厚度。每一出氣直井5與造穴3之間通過至少一水平井4相連，水平井4作為氣化通道。在本實(shí)施例中，出氣直井5為三個(gè)，水平井4也為三個(gè)，一出氣直井5與造穴3之間通過一水平井4相連，如此結(jié)構(gòu)，則造穴3的體積為5-8m³。以目前常見的煤層厚度看，設(shè)置三個(gè)出氣直井5和三個(gè)水平井4即可滿足需求，而煤層厚度每增加15-20m，則垂向上加增一個(gè)水平井4。垂向上增加一水平井4可對應(yīng)的新增一出氣直井5與其相連，也可將增加的水平井4與現(xiàn)有的出氣直井5相連，即一個(gè)出氣直井5對應(yīng)多個(gè)水平井4，如此可進(jìn)一步提高氣化效率。當(dāng)水平井4為n個(gè)時(shí)，n＞3，造穴3的體積為5-8m³的1.2^n-3-1.3^n-3倍，也就是說，當(dāng)有三個(gè)以上水平井4時(shí)，造穴3的體積以5-8m³為基礎(chǔ)，每增加一個(gè)水平井4，造穴3的體積則增加到1.2-1.3倍，例如，當(dāng)水平井4為四個(gè)時(shí)，則造穴3的體積為5-8m³的1.2-1.3倍；當(dāng)水平井4為五個(gè)時(shí)，則造穴3的體積為5-8m³的1.2²-1.3²倍，以此類推，則當(dāng)水平井4為n個(gè)時(shí)，n＞3，造穴3的體積為5-8m³的1.2^n-3-1.3^n-3倍。

一種上述地下氣化爐的施工方法，其具體步驟如下：

a)鉆出進(jìn)氣井上的垂直段1和造斜段2，其中，造斜段2施工至煤層底板上部5-7m處，垂直段1和造斜段2的井徑為目前通用井徑的1.5-2倍，先后對垂直段1和造斜段2進(jìn)行下套管及固井；(向井眼和套管之間的環(huán)形空間注入水泥的施工作業(yè)稱為固井)

b)在造斜段2的末端挖出造穴3，形成5-8m³的空間；

c)鉆出出氣直井5，常規(guī)井徑，并進(jìn)行下套管及固井；

d)根據(jù)出氣直井5的數(shù)量，以造穴3為起點(diǎn)采用欠平衡定向鉆進(jìn)的方法鉆出與出氣直井5相連通的水平井4，一出氣直井5與造穴3之間有一個(gè)水平井4；當(dāng)一水平井4鉆至一出氣直井5底部0-2m范圍內(nèi)為中靶，下入打孔玻璃鋼管支護(hù)，不固井，打孔玻璃鋼管的孔徑為2-4cm。

一種用上述地下氣化爐進(jìn)行煤炭地下氣化方法，其具體步驟如下：

由進(jìn)氣井的井口帶壓(3-5mpa)通入助燃劑，并驅(qū)使助燃劑在造穴3處擴(kuò)散到各個(gè)水平井4內(nèi)，以各個(gè)出氣直井5底部為點(diǎn)火點(diǎn)點(diǎn)燃煤層，將各個(gè)水平井4內(nèi)氣化后的氣體經(jīng)出氣直井5輸出。

本實(shí)施例所提供的地下氣化爐及其施工方法，結(jié)合u形對接井技術(shù)靈活構(gòu)建，通過一個(gè)進(jìn)氣井對應(yīng)多個(gè)水平井4和出氣直井5，建造了一種束狀多通道地下氣化爐，大大縮短了建爐時(shí)間、節(jié)約了建爐成本。針對不同厚度的煤層構(gòu)建多條不同層位的氣化通道(水平井4)，多條氣化通道僅對應(yīng)一口進(jìn)氣井，立體化布置氣化通道，大大提高了不同厚度煤層資源的氣化開采利用率。使用上述地下氣化爐進(jìn)行煤炭地下氣化，可實(shí)現(xiàn)束狀多條氣化通道同時(shí)進(jìn)行氣化，提高了氣化效率。

該地下氣化爐的有益效果如下：

1、一爐多用，提高不同厚度煤層資源的利用率。該爐型可針對不同厚度煤層構(gòu)建束狀氣化通道，通過分水平布置氣化通道，大大提高了不同厚度煤層資源的氣化開采利用率。

2、減少地下氣化爐的建爐時(shí)間與成本。通過一次u形井直井段和造斜段，可完成多條水平段的構(gòu)建，大大節(jié)省了地下氣化爐的建爐時(shí)間，同時(shí)，極大的減少了建爐成本。

3、實(shí)現(xiàn)一進(jìn)多出，同時(shí)氣化。將一井通入的催化氣體在地下分散到各氣化通道，呈現(xiàn)束狀多通道同時(shí)氣化狀態(tài)。

以上只通過說明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例，毋庸置疑，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，上述附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，不應(yīng)理解為對本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。