一种多层煤层的气化炉和煤层气化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤炭资源开采技术领域，具体涉及一种多层煤层的气化炉和煤层气化方法。
【背景技术】
[0002]煤炭资源是人类赖以生存的自然能源之一。煤炭资源调查发现，受沉积环境、周边地区的地质构造等影响，多数煤田中的煤层呈现各种形态、各种质量的不规则状态，表现为多层煤层，部分煤田中赋存分布有多个可采煤层。随着国民经济迅速发展，我国煤炭资源开采量迅速增加，浅部易开采煤炭逐步减少，开采的深度和难度不断增加，常规的建井采煤成本越来越高。由于煤层中富含丰富的煤层气，结合对煤炭资源的开采，出现了煤层气化(UCG, Underground Coal Gasificat1n)技术。
[0003]现有UCG技术研究主要针对单一煤层进行气化开采，涉及多层煤层的开采技术研究未见相关报道。现有的UCG技术应用于地下多层煤层开采时，需要从地面钻井施工，分别在待气化煤层中建煤层气化炉，每个煤层气化炉仅能气化开采所在的单个煤层，当进行规模开采时，需要多个钻井同时在每个煤层建炉，存在钻井数量多、占地面积大的缺点，同时单井中存有可气化的煤量少，多个煤层间的煤层气化炉相互干扰，不利于对煤层的充分开米。
[0004]同时，由于现有的UCG技术受开采深度、地面环境等影响，相比于常规煤炭开采技术具有更高标准的要求，在深部煤层或复杂煤层用常规垂直井、定向井构建煤层气化炉存在成本高、施工难度大、回采率低的缺点。
【发明内容】
[0005]本发明实施例的目的是提供一种多层煤层的气化炉和煤层气化方法，通过控制多层煤层气化炉的注气和出气过程，实现多层煤层的地下气化开采，减少钻井数量，提高回采率。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种多层煤层气化炉，所述气化炉基于至少两层煤层，所述煤层气化炉包括:注气井，分支井，出气井，气化通道，封隔装置，导向装置，注气装置；其中，
[0007]所述注气井用于向所述分支井下放封隔装置、导向装置、注气装置；
[0008]所述分支井至少具有两个，且每个煤层至少具有一个分支井，所述分支井与所述注气井相连，用于通过下放的所述注气装置向待气化煤层区注入气化剂；
[0009]所述出气井用于输出通过气化通道收集的燃气；
[0010]所述气化通道同时与所述分支井和所述出气井相连，用于产生燃气并为燃气的输出提供通道；
[0011]所述封隔装置用于下放至分支井的分支窗口处，用于封隔所述分支井；
[0012]所述导向装置用于下放至分支井的分支窗口处，用于引导所述注气装置下放至所述分支井中；
[0013]所述注气装置用于注气装置所在的分支井向所述待气化煤层区相应的注气点注入气化剂。
[0014]上述方案中，所述分支井至少具有两个，并与所述注气井相连，具体为，一个注气井同时与至少两个分支井相连，或两个注气井各自与至少一个分支井相连。
[0015]上述方案中，所述煤层气化炉还包括煤层段套管，所述煤层段套管设置在所述分支井与所述气化通道的连接处，用于贯通气化通道。
[0016]上述方案中，所述煤层气化炉还包括:次分支井，所述次分支井连接于所述分支井的下端，所述每个分支井至少连接两个次分支井；
[0017]所述次分支井用于通过下放的注气装置向待气化煤层区注入气化剂。
[0018]上述方案中，所述注气装进一步用于通过注气装置调整注入气化剂的参数，保证所产生的所述燃气组分和热值的稳定。
[0019]根据本发明的另一个方面，还提供了一种多层煤层气化方法，所述煤层气化方法在基于至少两层煤层的煤层气化炉钻孔施工完成的基础上得以实现，所述方法包括:
[0020]步骤SI，贯通气化通道与出气井；
[0021]步骤S2，在第一煤层的分支井与第二煤层的分支井间下放封隔装置，在第一煤层分支井的分支窗口处下放导向装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第一煤层分支井的待气化煤层区的第一注气点；
[0022]步骤S3，注气装置向所述待气化煤层区注入气化剂；
[0023]步骤S4，通过逆向引火，引发待气化煤层区的气化过程，气化过程中所产生的燃气通过所述气化通道从出气井中输出到地面；
[0024]步骤S5，通过计算，确定待气化煤层区的气化时间，在所述气化时间结束后，通过导向装置将所述注气装置引导至所述待气化煤层区的第二注气点；
[0025]步骤S6，重复步骤S3至步骤S5，直至完成所述第一煤层所设置的所有注气点所对应的待气化煤层区的气化；
[0026]步骤S7，提出第一煤层分支井中的导向装置、注气装置及第一煤层的分支井与第二煤层的分支井间的封隔装置，在所述第一煤层分支井的分支窗口处下放封隔装置，在所述第二煤层分支井的分支窗口处下放导向装置，并通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第二煤层分支井的待气化煤层区的第一注气点；
[0027]步骤S8，重复步骤S3至S6，直至完成所述第二煤层所设置的所有注气点所对应的待气化煤层区的气化。
[0028]上述方案中，所述分支井与注气井连接，其中，一个注气井同时与至少两个分支井相连，或两个注气井各自与至少一个分支井相连。
[0029]上述方案中，所述贯通气化通道，进一步包括:在所述分支井与所述气化通道的连接处设置煤层段套管，在所述出气井下端点火，通过燃烧气化通道所在煤层贯通气化通道与出气井，通过所述气化通道收集产生的燃气并将燃气通过所述出气井输出到地面。
[0030]上述方案中，所述第一煤层的分支井下端连接至少两个次分支井，和/或，所述第二煤层的分支井下端连接至少两个次分支井；
[0031]所述步骤S2中，在第一煤层分支井的分支窗口处下放导向装置时，进一步在第一煤层分支井的第一次分支井的分支窗口处下放导向装置，在除第一煤层分支井的第一次分支井的次分支井分支窗口处下放封隔装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第一煤层的第一注气点；和/或，
[0032]步骤S7中，进一步包括:提出第一煤层分支井及次分支井中的封隔装置、导向装置及注气装置；在所述第一煤层分支井的分支窗口处下放封隔装置，在所述第二煤层分支井的分支窗口处下放导向装置后，在第二煤层分支井的第一次分支井的分支窗口处下放导向装置，在除第一煤层分支井的第一次分支井的次分支井分支窗口处下放封隔装置，通过导向装置的导向作用将注气装置下放至第二煤层的第一注气点。
[0033]上述方案中，所述步骤S4还包括:通过注气装置调整注入气化剂的参数，保证所产生的所述燃气组分和热值的稳定。
[0034]本发明实施例提供了一种多层煤层气化方法及煤层气化炉，对于多层煤层的气化，通过在注气井上设置至少两个分支井的方式，且每个煤层至少具有一个分支井，通过封隔装置对不同的分支井进行分隔控制，在导向装置作用下通过注气装置在不同分支井的不同注气点控制不同煤层区域的气化过程，通过这种方式控制气化剂的注入过程，实现对气化剂的定点、定量注入，从而实现多层煤层的气化过程可控，避免了煤层气化过程多外煤层之间的相互干扰，产气过程稳定，气体成分可控，满足对燃气进一步深加工的需求，提高了煤层回采率，减少了整个井的钻井数量。整个操作过程简单、方便、安全，同时建炉成本低廉，实现了多层煤层的规模气化开采，降低建炉钻井成本及地面建设、运营成本，同时提高了注气井寿命周期，解决了深部采煤出现建炉成本增加难题，进一步扩大了经济可采煤炭资源量，对国家能源安全意义重大。
【附图说明】
[0035]图1是本发明第一实施例的多层煤层气化炉的炉型结构示意图；
[0036]图2是图1中A-A截面图；
[0037]图3是本发明第二实施例的多层煤层气化炉的炉型结构示意图；
[0038]图4是本发明第三实施例的多层煤层气化炉的炉型结构示意图；
[0039]图5是本发明第四实施例的多层煤层气化方法流程示意图；
图6是本发明第五实施例的多层煤层气化方法流程示意图。
[0040]附图标记说明:
[0041]1、11、12-注气井；
[0042]121、122、2、3-分支井；
[0043]21、22......2m、31、32......3p-次分支井；
[0044]211、21n、221......2mn_ 注气点；
[0045]4、41、42......4χ-出气井;
[0046]5-第一煤层工作面；
[0047]6-第二煤层工作面；
[0048]7-气化通道；
[0049]8-封隔装置；
[0050]9-导向装置。
【具体实施方式】
[0051]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0052]本发明针对多层煤层的气化开采所存在的问题，结合分支井技术，提出了一种新的多层煤层气化炉及多层煤层气化方法。下面结合具体实施例及附图，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
[0053]本发明第一实施方式为多层煤层气化炉，包括三个实施例，具体说明如下:
[0054]图1所示为本发明第一实施例的多层煤层气化的煤层气化炉的炉型结构示意图。
[0055]如图1所示，本实施例的煤层气化炉基于两个煤层，即双煤层气化炉。在煤层气化炉的实际构建过程中，可能同时包含两个或两个以上的煤层气化炉，本实施例的炉型结构同样适用于两个以上煤层的情况。所述双煤层气化炉包括:
[0056]注气井1，分支井21、22，出气井4，第一煤层工作面51，第二煤