一种煤炭地下原位热解系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤炭地下原位热解系统及方法，通过采用多层设置的水平井段，利用最下层连通的注入井和水平井段，在注入井内注入微波吸收材料，微波吸收材料吸收电磁波快速加热煤炭储层，将产出煤气与饱和空气混合注入水平井段，在气化燃烧空腔中发生化学反应为附近煤炭储层热解提供热量，最下层水平井段附近裂解生成的高温气态烃类向上运动，利用热对流加热上方煤炭储层，遇到温度较低的上层水平井段后冷凝回流，形成的液态煤油向下流动并堆积在最下层水平井段处，作为高温沸腾油加热目标矿层，充分利用热对流加热，提高纵向热量的传递效率，增大煤炭热解储层的面积，减小设备投资运输成本，配备地面多运输管道提高采集产物效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种煤炭地下原位热解系统及方法


[0001]本专利技术属于能源应用
，涉及一种通过调节温度进而获得预期油气产物的煤炭地下原位热解的绿色系统及方法，具体涉及一种煤炭地下原位热解系统及方法。

技术介绍

[0002]煤炭地下原位热解开采技术本质上是对煤炭这一常规化石能源进行干馏，地下煤炭储层在人工加热条件下，其中占比95％以上的有机质将原位受热分解为煤气、煤焦油及半焦等，前两者经一定工艺被开采输出至地面进行分离。干馏温度作为最主要影响因素之一，决定了分解产物中油气的占比，温度升高使得产物中气体产率升高，液体产率降低。一般来说，加热终温低于700℃的中低温干馏因更高的煤焦油产率而更适用于工业制油环节，高于700℃的高温干馏则目标产物主要为煤气。与成本较高且伴随气体污染的地面干馏技术相比，设备投资更少的该方法具有绿色可持续的优点，提高了废弃矿井中遗弃煤层的利用率，解决了难开采煤炭资源的含能组分提取问题。
[0003]煤炭地下气化是备受重视的研究方向，目前在中国已形成多个产业化试验场，还无直接制取煤焦油的典型应用案例，但油页岩地下原位转化以采集页岩油在理论与实践上均已取得显著成果。根据加热方式基本可分为利用反应热、热传导、热对流和辐射技术实现油页岩的低温干馏。其中真原位与改性原位燃烧技术先利用压裂或爆破技术提高地下储能岩层的渗透性，后加热点火燃烧油页岩使其裂解，属于反应热加热方式，该方法需要其他技术辅助以提前加热油页岩层，且对注入可燃性气体的控制工艺较为复杂。近临界水法油页岩原位转化技术通过进临界水将加热器的热量传导至所在的矿层，主要以水平方向流动，并携带所裂解的油气产物输出至生产井，属于对流加热方式；该方法所收集的气体产物需要分离水蒸气以获得可燃性气体，热量在地下传输过程中损失较多。现有方法未能有效提高废弃矿井中遗弃煤层的利用率，对于难开采煤炭资源的含能组分提取问题，通过温度控制油气产物比例的研究较少，对于边界轮廓不确定的煤矿，大多开采方案缺乏灵活性，需要一种绿色可调温的煤炭地下原位热解方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种煤炭地下原位热解系统及方法，以克服现有技术的不足。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种煤炭地下原位热解系统，包括地下原位热解装置、采集装置和控制装置；
[0007]所述地下原位热解装置包括水平设置于煤炭储层内的多层水平井段，最下层水平井段连通有注入井和生产井，其余水平井段连接有生产井，注入井通过电磁波传输装置连接有微波发射器，注入井内注入有微波吸收材料，与最下层连通的注入井和水平井段内设有温度传感器，最下层的水平井段内设有气化燃烧空腔，水平井段设有与微波发射器无线连接的电磁接收天线；
[0008]采集装置包括与生产井连接的油气水三相分离装置；控制装置包括与微波发射器连接的测控系统，温度传感器、油气水三相分离装置均与测控系统连接。
[0009]进一步的，一个注入井通过水平井段连通有多个生产井，水平井段与多个生产井之间设有控制阀。
[0010]进一步的，同一个注入井连接的水平井段采用散射结构。
[0011]进一步的，与注入井连通的水平井段与其上方的水平井段平行设置。
[0012]进一步的，对于方形矿区，生产井与水平井段沿对角线分布；对于圆形矿区，注入井位于圆心处，水平井段在与圆心处汇聚，生产井连接在水平井段的端部。
[0013]进一步的，水平井段一侧设置有筛孔，另一侧设有羽状设置的分支井眼。
[0014]进一步的，微波吸收材料包括环氧树脂、铁氧体和石墨。
[0015]进一步的，油气水三相分离装置通过气体运输管道连接至生产井，油气水三相分离装置的液体经过液体运输管道输送至液体储存罐；油气水三相分离装置的气体出口连接至气体储存罐；油气水三相分离装置的水蒸气出口连接有水蒸气冷凝器。
[0016]进一步的，水蒸气冷凝器的冷却出口连接至注入井，油气水三相分离装置的煤气出口连接有两路输气管路，其中一条输气管路连接至储气罐，另一路输气管路连接至注入井。
[0017]一种煤炭地下原位热解方法，包括以下步骤：
[0018]S1，由注入井注入微波吸收材料，利用微波发射器微波加热煤炭储层，并在闭环调温系统控制下将温度控制在700℃以上，煤气产物与饱和空气混合注入后在下方水平井段的气化空腔中燃烧；
[0019]S2，待煤气产率稳定后，将微波加热温度调节至700℃以下，下方水平井段附近裂解生成的高温气体冷凝回流堆积在下方水平井段处，作为高温沸腾油加热目标矿层；
[0020]S3，待煤油产率稳定后，开启水平井段的阀门，注入的高温混合气体及水平井段的沸腾油流入其余水平井段，以加热相应的目标储层，持续采集获得相应产率的油气产物。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0022]本专利技术一种煤炭地下原位热解系统，通过采用多层设置的水平井段，利用最下层连通的注入井和水平井段，通过在注入井内注入微波吸收材料，通过测控系统根据设置温度开启微波发射器，微波吸收材料吸收电磁波快速加热煤炭储层，采集产物并反馈温度，将产出煤气与饱和空气混合注入水平井段，在气化燃烧空腔中发生化学反应为附近煤炭储层热解提供热量，最下层水平井段附近裂解生成的高温气态烃类向上运动，利用热对流加热上方煤炭储层，遇到温度较低的上层水平井段后冷凝回流，形成的液态煤油向下流动并堆积在最下层水平井段处，作为高温沸腾油加热目标矿层，充分利用热对流加热，提高纵向热量的传递效率，增大煤炭热解储层的面积，减小设备投资运输成本，配备地面多运输管道提高采集产物效率。
[0023]进一步的，与注入井连通的水平井段与其上方的水平井段平行设置，能够快速升温，提高效率。
[0024]进一步的，结合两种布井方式有效覆盖煤炭开发区域，提高煤层渗透性，无需水力压裂，避免压裂液对地下水的污染，提高热解产物纯度。
[0025]本专利技术一种煤炭地下原位热解方法，初始仅注入微波吸收材料，加热速度快，无需
大量高温气体或液体注入，减少气液准备及加热环节，调温700℃以上产出煤气后混合饱和空气注入，增加反应热加热煤层方式，调温700℃以下使煤油产率提高，增加沸腾油加热煤层方式，提高加热效率，减小微波发射器用电量，节约能源；设置两种高度的水平井段，下方水平井段高温后冷凝回流的沸腾油又被加热，充分利用热对流加热，提高纵向热量的传递效率，减小微波吸收材料的注入量，实现资源的合理分配。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中可调温的煤炭原位热解系统示意图。
[0027]图2为本专利技术所涉及的煤炭原位热解系统调温程序流程图。
[0028]图3为本专利技术所涉及的方形矿区开采布井结构示意图。
[0029]图4为本专利技术所涉及的方形矿区开采布井俯视图。
[0030]图5为本专利技术所涉及的圆形矿区开采布井俯视图。
[0031]附图标记说明：1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤炭地下原位热解系统，其特征在于，包括地下原位热解装置、采集装置和控制装置；所述地下原位热解装置包括水平设置于煤炭储层内的多层水平井段，最下层水平井段连通有注入井(8)和生产井(10)，其余水平井段连接有生产井，注入井(8)通过电磁波传输装置(6)连接有微波发射器(5)，注入井(8)内注入有微波吸收材料，与最下层连通的注入井(8)和水平井段内设有温度传感器(19)，最下层的水平井段内设有气化燃烧空腔(20)，水平井段设有与微波发射器(5)无线连接的电磁接收天线(24)；采集装置包括与生产井(10)连接的油气水三相分离装置(15)；控制装置包括与微波发射器(5)连接的测控系统(3)，温度传感器(19)、油气水三相分离装置(15)均与测控系统(3)连接。2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解系统，其特征在于，一个注入井通过水平井段连通有多个生产井，水平井段与多个生产井之间设有控制阀(23)。3.根据权利要求2所述的一种煤炭地下原位热解系统，其特征在于，同一个注入井连接的水平井段采用散射结构。4.根据权利要求2所述的一种煤炭地下原位热解系统，其特征在于，与注入井连通的水平井段与其上方的水平井段平行设置。5.根据权利要求2所述的一种煤炭地下原位热解系统，其特征在于，对于方形矿区，生产井与水平井段沿对角线分布；对于圆形矿区，注入井位于圆心处，水平井段在与圆心处汇聚，生产井连接在水平井段的端部。6.根据权利要求1所述的一种煤炭地下原位热解系统，其特征在于，水平井段一侧设置有筛孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琳，梁得亮，张立石，寇鹏，焦在滨，肖国春，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：