一种煤炭地下气化注采联动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及地下煤层气开采领域，公开了一种煤炭地下气化注采联动控制系统及方法，包括地层、注入井口装置、绞车、生产井口装置、主控站、井下气化与反应控制单元、气化剂生产单元、供热单元、第一放空管路、第二放空管路、井下煤气产出与状态控制单元、粗煤气处理单元和火炬系统。系统采用分布式控制系统设计，实现煤炭地下气化的注、采一体自动化控制，提高地下煤层气开采的自动化程度；并可根据不同控制工艺，更改控制方案，系统灵活性高；采用多路串级闭环控制回路，可实现对于温度、压力、流量等多变量耦合控制，并预留智能算法与预测模型接口，以解决粗煤气成分分析、数据传输过程带来的大滞后问题。的大滞后问题。的大滞后问题。

【技术实现步骤摘要】
一种煤炭地下气化注采联动控制系统及方法


[0001]本专利技术属于地下煤层气开采
，具体涉及一种煤炭地下气化注采联动控制系统及方法。

技术介绍

[0002]煤炭在我们生活中作为一种重要的固体燃料，在世界能源利用中占有非常重要的地位。然而煤炭在燃烧利用过程中会排放大量的粉尘、二氧化硫和氮氧化物等有害物质引起城市空气质量的恶化，出现雾霾和酸雨等气象灾害，危害人体健康和自然环境。因此，清洁高效地开采煤炭资源必定成为未来的发展趋势，在煤炭清洁高效开采过程中煤炭地下气化是一种重要技术，除此以外，煤炭地下气化规模化开发利用，可形成天然气能源的战略接替，解决我国天然气对外过度依存的问题，实现可气化资源的综合利用，加快能源结构转型。
[0003]我国是拥有煤气化炉技术数量和种类最多的国家，几乎主流气化技术在国内均有应用，国内也在积累丰富运行经验的基础上开发了大量具有自主特色的煤气化技术，也形成了良好的推广应用态势。但目前国内研究主要针对地上气化技术，地下气化缺少规模化开发利用，到目前为止国内自营地下气化技术尚未成功，还处于试验阶段，在实际生产过程中，煤炭地下气化注采集联动控制系统主要需要满足以下需求：
[0004]第一、煤炭地下气化过程动态变化与地面配套工艺过程一体化控制匹配，实现气化剂生产、气化剂注入、地下气化反应、粗煤气除尘脱硫、煤气处理的自动化控制；
[0005]第二、对于粗煤气产量、组分、气化腔反应过程中温度、压力以及井口装置等设备处的压力、流量、温度等数据进行实时监测，并实现反馈控制；
>[0006]第三、提供智能算法控制接口，以解决粗煤气成分分析、数据传输过程带来的大滞后问题；
[0007]第四、可实现点火器前后运动，以针对不同地下气化工艺，提供不同控制方式。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种煤炭地下气化注采联动控制系统及方法，解决煤炭地下气化过程动态变化与地面配套工艺过程一体化控制不匹配、粗煤气产量、组份波动大、地面工程适应性不够等问题。
[0009]本专利技术所采用的技术方案为：
[0010]一种煤炭地下气化注采联动控制系统，包括分别通过管道与地层的储层连接的注入井口装置和生产井口装置，注入井口装置连接有绞车；还包括主控站、注入井场、生产井场、火炬系统；所述注入井场包括井下气化与反应控制单元、气化剂生产单元、供热单元、第一放空管路；所述生产井场包括：第二放空管路、井下煤气产出与状态控制单元、粗煤气处理单元；
[0011]所述注入井口装置上设置有氮气端口和气化剂注入水端口，生产井口装置上设置
有氮气端口和喷淋水端口，绞车上设置有氧气端口和点火液端口；还包括与氧气端口连接的氧气注入系统、与氮气端口连接的氮气注入系统、与气化剂注入水端口连接的气化剂注入水系统、与点火液端口连接的点火液系统和与喷淋水端口连接的喷淋水系统；主控站分别与氧气注入系统、氮气注入系统、气化剂注入水系统、点火液系统和喷淋水系统连接；
[0012]所述主控站包括工程师站、第一操作员站、第二操作员站、气化剂生产控制器、气化剂注入控制器、供热控制器、喷淋水控制器、发电控制器、火炬燃烧控制器、循环水控制器、数据采集板卡；
[0013]所述井下气化与反应控制单元包括：注入井氮气注入回路、注入井氧气注入回路、注入水回路、点火液注入回路、第一循环水回路、注入井传感器单元；
[0014]所述气化剂生产单元包括过滤器、压缩机、换热器、空气纯化器、增压机、膨胀机、液空分离器、槽车、泵组、储罐；
[0015]所述供热单元包括电热水锅炉、燃气蒸汽锅炉、热水循环泵、锅炉给水泵、燃烧器、蒸气管网；
[0016]所述井下煤气产出与状态控制单元包括：喷淋水注入回路、生产井氮气注入回路、第二循环水回路、氮气吹扫装置、气相色谱分析仪、生产井传感器单元、补水回路；
[0017]所述粗煤气处理单元包括洗涤器、水洗塔、分离器、电加热器、变换反应器、水解反应器、水凝器、脱油罐、气液分离器、吸收塔、净化分离器、发电装置；
[0018]所述火炬系统包括放空管路接口、放空分液罐、火炬、水封罐；
[0019]其中，注入井口装置和生产井口装置安装于地层上方；绞车与井下气化与反应控制单元、注入井口装置通过管道连接；井下气化与反应控制单元与气化剂生产单元管道连接；第一放空管路、第二放空管路与火炬系统管道连接；井下煤气产出与状态控制单元与粗煤气处理单元管道连接；主控站与绞车、井下气化与反应控制单元、气化剂生产单元、供热单元、井下煤气产出与状态控制单元、粗煤气处理单元、火炬系统电连接。
[0020]作为本专利技术的优选方案，所述主控站中所述工程师站、第一操作员站、气化剂生产控制器、气化剂注入控制器、供热控制器安装于注入井场；所述第二操作员站喷淋水控制器、发电控制器、火炬燃烧控制器、循环水控制器安装于生产井场；所述数据采集板卡采集注入井传感器单元、生产井传感器单元和气相色谱分析仪处返回的数据。
[0021]作为本专利技术的优选方案，所述气化剂生产控制器控制过滤器、压缩机、换热器、空气纯化器、增压机、膨胀机、液空分离器动作，所述气化剂注入控制器控制注入井氮气注入回路、注入井氧气注入回路、注入水回路、点火液注入回路、第一循环水回路；所述供热控制器控制电热水锅炉、燃气蒸汽锅炉、热水循环泵、锅炉给水泵、燃烧器动作；所述喷淋水控制器控制喷淋水注入回路、第二循环水回路；所述发电控制器控制发电装置动作；所述火炬燃烧控制器控制放空分液罐、火炬、水封罐动作。
[0022]作为本专利技术的优选方案，所述注入井传感器单元、生产井传感器单元、气相色谱分析仪将温度、压力、流量、粗煤气组分数据通过数据采集板卡实时传输至工程师站、第一操作员站、第二操作员站；通过控制注入井氮气注入回路、生产井氮气注入回路调节反应过程压力；通过控制注入井氧气注入回路、点火液注入回路调节反应过程温度；通过控制注入水回路调控粗煤气组分；通过控制喷淋水注入回路调节生产井井口温度。
[0023]作为本专利技术的优选方案，所述氧气注入系统包括依次连接的第一隔膜阀、氧气储
罐、第一增压机、第一气化器、第一比例阀、第一传感器，第一隔膜阀并联有第二隔膜阀，第二隔膜阀远离氧气储罐的一端依次连接有第一输送泵和氧气槽车。
[0024]作为本专利技术的优选方案，所述氮气注入系统包括依次连接的第三隔膜阀、氮气储罐、第二增压机、第二气化器、第二比例阀、第二传感器，第三隔膜阀并联有第四隔膜阀，第四隔膜阀远离氮气储罐的一端依次连接有第二输送泵和氮气槽车。
[0025]作为本专利技术的优选方案，所述气化剂注入水系统包括依次连接的气化剂供水水箱、第一喂水泵、第一过滤器、第一注水泵、第一止回阀、第三比例阀、第三传感器。
[0026]作为本专利技术的优选方案，所述点火液系统包括依次连接的点火液储罐、加压泵、第四比例阀、第四传感器。
[0027]作为本专利技术的优选方案，所述喷淋水系统包括依次连接的喷淋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤炭地下气化注采联动控制系统，其特征在于，包括分别通过管道与地层(1)的储层连接的注入井口装置(2)和生产井口装置(4)，注入井口装置(2)连接有绞车(3)；还包括主控站(5)、注入井场、生产井场、火炬系统(13)；所述注入井场包括井下气化与反应控制单元(6)、气化剂生产单元(7)、供热单元(8)、第一放空管路(9)；所述生产井场包括：第二放空管路(10)、井下煤气产出与状态控制单元(11)、粗煤气处理单元(12)；所述注入井口装置(2)上设置有氮气端口(B)和气化剂注入水端口(C)，生产井口装置(4)上设置有氮气端口(B)和喷淋水端口(E)，绞车(3)上设置有氧气端口(A)和点火液端口(D)；还包括与氧气端口(A)连接的氧气注入系统、与氮气端口(B)连接的氮气注入系统、与气化剂注入水端口(C)连接的气化剂注入水系统、与点火液端口(D)连接的点火液系统和与喷淋水端口(E)连接的喷淋水系统；主控站(5)分别与氧气注入系统、氮气注入系统、气化剂注入水系统、点火液系统和喷淋水系统连接；所述主控站(5)包括工程师站(5
‑
1)、第一操作员站(5
‑
2)、第二操作员站(5
‑
3)、气化剂生产控制器(5
‑
4)、气化剂注入控制器(5
‑
5)、供热控制器(5
‑
6)、喷淋水控制器(5
‑
7)、发电控制器(5
‑
8)、火炬燃烧控制器(5
‑
9)、循环水控制器(5
‑
10)、数据采集板卡(5
‑
11)；所述井下气化与反应控制单元(6)包括注入井氮气注入回路(6
‑
1)、注入井氧气注入回路(6
‑
2)、注入水回路(6
‑
3)、点火液注入回路(6
‑
4)、第一循环水回路(6
‑
5)、注入井传感器单元(6
‑
6)；所述井下煤气产出与状态控制单元(11)包括：喷淋水注入回路(11
‑
1)、生产井氮气注入回路(11
‑
2)、第二循环水回路(11
‑
3)、氮气吹扫装置(11
‑
4)、气相色谱分析仪(11
‑
5)、生产井传感器单元(11
‑
6)、补水回路(11
‑
7)；其中，注入井口装置(2)和生产井口装置(4)安装于地层(1)上方；绞车(3)与井下气化与反应控制单元(6)、注入井口装置(2)通过管道连接；井下气化与反应控制单元(6)与气化剂生产单元(7)管道连接；第一放空管路(9)、第二放空管路(10)与火炬系统(13)管道连接；井下煤气产出与状态控制单元(11)与粗煤气处理单元(12)管道连接；主控站(5)与绞车(3)、井下气化与反应控制单元(6)、气化剂生产单元(7)、供热单元(8)、井下煤气产出与状态控制单元(11)、粗煤气处理单元(12)、火炬系统(13)电连接。2.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化注采联动控制系统，其特征在于，所述主控站(5)中所述工程师站(5
‑
1)、第一操作员站(5
‑
2)、气化剂生产控制器(5
‑
4)、气化剂注入控制器(5
‑
5)、供热控制器(5
‑
6)安装于注入井场；所述第二操作员站(5
‑
3)喷淋水控制器(5
‑
7)、发电控制器(5
‑
8)、火炬燃烧控制器(5
‑
9)、循环水控制器(5
‑
10)安装于生产井场；所述数据采集板卡(5
‑
11)采集注入井传感器单元(6
‑
6)、生产井传感器单元(11
‑
6)和气相色谱分析仪(11
‑
5)处返回的数据。3.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化注采联动控制系统，其特征在于，所述气化剂注入控制器(5
‑
5)控制注入井氮气注入回路(6
‑
1)、注入井氧气注入回路(6
‑
2)、注入水回路(6
‑
3)、点火液注入回路(6
‑
4)、第一循环水回路(6
‑
5)；所述喷淋水控制器(5
‑
7)控制喷淋水注入回路(11
‑
1)、第二循环水回路(11
‑
3)。4.根据权利要求1所述一种煤炭地下气化注采联动控制系统，其特征在于，所述注入井传感器单元(6
‑
6)、生产井传感器单元(11
‑
6)、气相色谱分析仪(11
‑
5)将温度、压力、流量、粗煤气组分数据通过数据采集板卡(5
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11)实时传输至工程师站(5
‑
1)、第一操作员站(5
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2)、第二操作员站(5
‑
3)；通过控制注入井氮气注入回路(6
‑
1)、生产井氮气注入回路(11
‑
2)
调节反...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，于建林，李唯，杜仕涛，赖晓斌，周明军，李峰，陈运强，马艳琳，徐嘉爽，陈情来，陈宇，王亚彬，
申请(专利权)人：中国石油工程建设有限公司，
类型：发明
国别省市：