地下含碳有机矿物储层的裂隙沟通、通道加工及地下气化方法技术

本发明专利技术涉及一种用于地下含碳有机矿物储层的裂隙沟通、通道加工及地下气化方法，其中使用CO2和O2的混合物作为所述地下气化过程的裂隙沟通步骤、通道加工步骤和/或气化步骤的介质。本发明专利技术方法通过CO2和O2的混合物开发和利用地下含碳有机矿物储层中的能量，和传统的利用方式(井工开采等)相比能量利用效率大大提高，和传统的地下气化技术相比，提高可燃气体的热值、提升和调节有效气体组成、抑制CO2生成、降低原料气生产成本，同时实现CO2捕集和资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
地下含碳有机矿物储层的裂隙沟通、通道加工及地下气化方法
本专利技术涉及一种新型地下气化工艺。更具体地，本专利技术涉及含碳有机矿物储层尤其是煤层及油页岩等的裂隙沟通、通道加工及地下气化工艺。
技术介绍
煤炭地下气化技术是将地下煤层直接转化为煤气的一种原位煤气化技术，在地下气化过程中气化剂(如空气、氧气、水蒸汽等)通过地面钻孔注入到地下煤层中，使煤层与气化剂直接进行气化反应(主要反应C+CO2→2CO、C+H2O→CO+H2等)生成煤气(主要成分CO、H2、CH4、CO2等)，而反应生成的煤气经钻孔收集至地面，作为工业燃料直接燃烧发电、供暖等，也可以作为化工原料用于合成甲醇、甲烷、化肥等。与地面煤气化技术，需要进行建井、采煤、洗选、备煤、气化、除渣等前置和后续工艺过程相比，地下气化技术将建井、采煤、气化三大工艺集成为一体，省去了庞杂的地面、地下设备，繁琐的中间过程，可减少资金投入20～40％；同时能够降低过程污染物和废弃物的排放，减少了对水资源的过度依赖等，因而与传统煤炭开采和利用方式相比，地下气化技术是一项集煤炭绿色开采与清洁转化为一体的高效洁净能源技术。利用地下气化技术生产空气煤气，基本实现了煤气热值和产量的稳定，并实现了商业化应用，如前苏联高峰时期曾经有5座地下气化站投入运营，产气规模达到25亿Nm3/yr，所产煤气主要供给热电厂发电，煤气热值850～950kcal/Nm3。生产空气煤气控制工艺相对简单，但是该地下气化工艺的煤气热值较低(600～1100kcal/Nm3)，有效组分(H2+CH4+CO)含量只有18～32％左右，而且大部分为H2(14～24％)，如用作化工合成的原料气则CO含量偏低。为了提高空气煤气热值、调控有效组分的含量，改善煤气使用品质，通常做法是采用连续供给固定组份的气化剂(如富氧气化)或分阶段供给不同组份的气化剂(如两阶段工艺)来进行煤炭地下气化技术的研究和开发利用，但是这些气化剂大部分是空气或富氧空气及添加水蒸汽，存在的主要问题包括：(1)煤气中仍含有较高组分的N2(40～60％)，增加了后续工段压缩输送的功耗，而对于N2含量要求较高的合成工段，则必须设置脱氮工段，但是煤气中N2的脱除较难，从设备投资、操作、维护和运行成本等角度考虑，从煤气中脱N2也不够经济。(2)为了控制煤气中N2含量，也有工艺采用的气化剂为纯氧添加水蒸汽，但是水蒸汽在输送过程中，由于与钻孔井壁换热会导致部分水蒸汽凝结成水，减弱了水蒸汽的调温作用，导致气化炉局部温度过高，灰分熔融阻碍气化反应进行，并且水蒸汽产生过程中需要消耗大量的热量，能量的利用率会降低。(3)地下煤层一般含水，使得出口煤气含有一定的蒸汽，而添加水蒸汽作为气化剂会造成有效出气负荷增加，地面污水处理量增大，并且由于煤气在地下气化炉内停留时间较长，会导致水煤气变换反应(CO+H2O→CO2+H2)加剧，使得出口煤气中CO含量降低。(4)作为气化过程的中间体及产物，CO2参与了一系列的氧化还原反应，是出口煤气中的重要组分，含量约占15～60％，是提升煤气热值和有效组分的重要因素，但是现有工艺通常没有考虑CO2的回收与利用。近年来，非常规油气资源(如油页岩、稠油资源等)的开发被提上日程，国际上一些大的石油公司一直致力于地下原位转化技术的研发，并取得了一定的技术成果；国内一些科研院所和企业结合资源现状，积极探索和创新原位转化技术，其中采用地下气化技术来开采油页岩、稠油资源已有试验验证，但要具备商业利用价值还需深入的探索和研究。煤炭、油页岩、稠油等均为含碳有机矿物储层，煤炭地下气化过程中存在的上述问题和解决的技术路径，对于其他含碳有机矿物储层的气化，具有同样实践参考价值和意义。从资源开发和利用的角度考虑，如果能利用地下气化技术原位转化为可燃气体或制取天然气，对于非常规油气资源的开发和利用，对于调整能源结构，促进节能减排无疑具有同样重要的经济和环境效益。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的问题和CO2在地下气化过程中的特殊作用，本专利技术的目的是提供一种新型的用于地下含碳有机矿物储层的裂隙沟通、通道加工及地下气化方法，其中以CO2和O2的混合物(本文中有时也表示为“CO2/O2或CO2富氧介质”)作为地下含碳有机矿物储层的地下气化过程的介质。为此，在一方面，本专利技术提供了CO2和O2的混合物作为介质应用在地下含碳有机矿物储层的裂隙沟通或通道加工中。在另一方面，本专利技术提供了一种用于地下含碳有机矿物储层的裂隙沟通的方法，其中所述含碳有机矿物储层设置有分别使所述含碳有机矿物储层与地面连通的至少一个进气钻孔和至少一个出气钻孔，其特征在于，所述方法包括：通过从所述进气钻孔注入作为压裂介质的CO2和O2的混合物，以在所述进气钻孔和所述出气钻孔之间的所述含碳有机矿物储层中形成连通裂隙。在另一方面，本专利技术提供了一种用于地下含碳有机矿物储层的气化通道加工的方法，其中所述含碳有机矿物储层设置有分别使所述含碳有机矿物储层与地面连通的至少一个进气钻孔和至少一个出气钻孔，并且在所述进气钻孔和所述出气钻孔之间的所述含碳有机矿物储层中已经形成连通裂隙，其特征在于，所述方法包括：采用CO2和O2的混合物作为通道加工介质对所述连通裂隙进行加工，通过增压和/或燃烧来使所述连通裂隙扩大成气化通道。在另一方面，本专利技术提供了一种用于地下含碳有机矿物储层的地下气化的方法，其中所述含碳有机矿物储层设置有分别使所述含碳有机矿物储层与地面连通的至少一个进气钻孔和至少一个出气钻孔，其特征在于，所述地下气化方法包括：对所述含碳有机矿物储层进行裂隙沟通以形成连通裂隙的裂隙沟通步骤；对所述连通裂隙进行通道加工以形成气化通道的通道加工步骤；和使所述地下含碳有机矿物储层发生气化以生成粗煤气的气化步骤，其中在所述裂隙沟通步骤、通道加工步骤和气化步骤中的至少一个中使用CO2和O2的混合物作为介质，即分别作为压裂介质(裂隙沟通介质)、通道加工介质和气化介质。在一个优选实施方式中，所述进气钻孔和所述出气钻孔是定向钻孔或垂直钻孔。在一个优选实施方式中，在所述裂隙沟通步骤之后，在所述含碳有机矿物储层中点火以建立火区，然后再进行所述通道加工步骤和气化步骤。在一个优选实施方式中，在所述裂隙沟通步骤之前，在所述含碳有机矿物储层中已建立火区，其中利用所述含碳有机矿物储层的原有火区进行裂隙沟通步骤、通道加工步骤和气化步骤。在一个优选实施方式中，在所述裂隙沟通步骤中，通过从所述进气钻孔注入CO2和O2的混合物作为压裂介质，在所述进气钻孔和所述出气钻孔之间的所述含碳有机矿物储层中形成所述连通裂隙。在一个优选实施方式中，在所述通道加工步骤中，采用CO2和O2的混合物作为通道加工介质，通过增压和/或燃烧来扩大所述连通裂隙以形成所述气化通道。在一个优选实施方式中，在所述气化步骤中，通过在所述气化通道中增加作为气化介质的CO2和O2的混合物的进气量同时进行燃烧反应，以使所述含碳有机矿物储层发生气化而生成粗煤气。在一个优选实施方式中，其特征在于，所述含碳有机矿物储层是煤层或油页岩层。在一个优选实施方式中，在所述裂隙沟通步骤中，首先通过机械钻进在所述进气钻孔和所述出气钻孔之间的所述含碳有机矿物储层中进行造隙，然后再注入所述介质而形成所述连通裂隙。在一个优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
CO2和O2的混合物作为介质应用在地下含碳有机矿物储层的裂隙沟通或通道加工中。

【技术特征摘要】
1.一种用于地下含碳有机矿物储层的地下气化的方法，其中所述含碳有机矿物储层设置有分别使所述含碳有机矿物储层与地面连通的至少一个进气钻孔和至少一个出气钻孔，其特征在于，所述地下气化方法包括：对所述含碳有机矿物储层进行裂隙沟通以形成连通裂隙的裂隙沟通步骤；对所述连通裂隙进行通道加工以形成气化通道的通道加工步骤；和使所述地下含碳有机矿物储层发生气化以生成粗煤气的气化步骤，其中在所述裂隙沟通步骤、通道加工步骤和气化步骤中的至少一个中使用CO2和O2的混合物作为介质；用于所述裂隙沟通和通道加工的所述介质中的氧气体积浓度为25％-40％，用于所述气化步骤的所述介质中的氧气体积浓度为50～70％。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：通过从所述进气钻孔注入作为压裂介质的CO2和O2的混合物，以在所述进气钻孔和所述出气钻孔之间的所述含碳有机矿物储层中形成连通裂隙。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：采用CO2和O2的混合物作为通道加工介质对所述连通裂隙进行加工，通过增压和/或燃烧来使所述连通裂隙扩大成气化通道。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进气钻孔和所述出气钻孔是定向钻孔或垂直钻孔。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述裂隙沟通步骤之后，在所述含碳有机矿物储层中点火以建立火区，然后再进行所述通道加工步骤和气化步骤。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述裂隙沟通步骤之前，在所述含碳有机矿物储层中已建立火区，利用所述含碳有机矿物储层的原有火区进行裂隙沟通步骤、通道加工步骤和气化步骤。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述裂隙沟通步骤中，通过从所述进气钻孔注入CO2和O2的混合物作为压裂介质，在所述进气钻孔和所述出气钻孔之间的所述含碳有机矿物储层中形成所述连通裂隙。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通道加工步骤中，采用CO2和O2的混合物作为通道加工介质，通过增压和/或燃烧来扩大所述连通裂隙以形成所述气化通道。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述气化步骤中，通过在所述气化通道中增加作为气化介质的CO2和O2的混合物的进气量同时进行燃烧反应，以使所述含碳有机矿物储层发生气化而生成粗煤气。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳有机矿物储层是煤层或油页岩层。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述裂隙沟通步骤中，首先通过机...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰，张树川，刘刚，庞旭林，
申请(专利权)人：新奥气化采煤有限公司，
类型：发明
国别省市：