一種地下氣化爐及其氣化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤炭地下氣化技術領域，具體地說，是一種地下氣化爐及其氣化方法。
【背景技術】
[0002]煤炭地下氣化就是將處于地下的煤進行可控制地燃燒，通過對煤的熱作用及化學作用而產生可燃氣體的過程。無井式地下氣化技術發展了很多年，取得了一系列的成果，然而其氣化效率和氣化方式還存在很多值得改進的方面。
[0003]地下氣化爐的形狀關系到地下氣化的效率和運行方式。傳統的地下氣化爐是由一對豎直井組成，該氣化爐型產氣量比較小，較小的燃燒區難以積聚大量熱能，相應的熱損失比較大，抵御地下水入侵氣化爐、煤層頂板冒落造成堵塞的能力弱，進而，氣化過程也難以穩定進行。定向鉆井技術的發展使地下氣化的爐型得到很大改觀，通過多個豎直井、水平定向鉆井組合形成各種類型的地下氣化爐，可以成倍地提高煤氣產量、氣化過程的穩定性、煤層的采收率，而且能夠有效降低地下水入侵、頂板冒落、熱損失等的風險。
[0004]公開號為CN103437748A的中國發明專利申請說明書公開了一種煤炭地下氣化爐、以及煤炭地下氣化方法。該煤炭地下氣化爐通過一系列豎直鉆井和其它并行排列的水平鉆井形成了一個地下氣化系統，該方法是先施工第一豎直鉆井作為出氣井、然后施工一條水平鉆井作為進氣井，在水平鉆井兩側再施工幾個豎直鉆井及一系列并排的水平鉆井，分別形成不同區段的出氣井和進氣井，最后氣化整個煤區。這種方案的缺點在于:需要鉆井的數量比較多，分別包括豎直井和水平井，經濟效益差；同時需要壓力貫通每一組進出氣井，而這種貫通的手段往往很難得到較好的效果；氣化爐打井的數量多，建爐時間較長，不能提尚經濟效益。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種鉆井數量少、建爐難度低、時間短、經濟效益高的地下氣化爐及其氣化方法。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種地下氣化爐，包括一個第一定向井和至少一個第二定向井，所述第一定向井與第二定向井呈一夾角相交并導通，其中，在點火時所述第一定向井作為進氣系統，其中一個第二定向井作為出氣系統；在生產時所述第一定向井作為出氣系統，所述第二定向井作為進氣系統。
[0007]進一步地，所述第一定向井與所述第二定向井之間的夾角為30度-90度。
[0008]進一步地，多個所述第二定向井設置在所述第一定向井的同一側或分別設置在所述第一定向井的兩側。
[0009]進一步地，多個所述第二定向井位于同一水平面上或不同水平面上。
[0010]進一步地，所述第一定向井具有一坡度，該坡度與位于不同水平面的多個所述第二定向井排布形成的坡度相適應。
[0011]進一步地，相鄰的第二定向井之間的水平距離為15-20米。
[0012]進一步地，所述第一定向井與所述第二定向井導通為直接導通或后期壓裂導通。
[0013]本發明還提供了一種地下氣化方法，包括:
[0014]建設上述的地下氣化爐；
[0015]將所述第一定向井作為進氣系統，將其中最遠端的第二定向井作為出氣系統，向第一定向井中注氣并點火，使第一定向井周圍的煤炭燃燒形成氣化通道；
[0016]將所述第一定向井作為出氣系統，將至少一個第二定向井作為進氣系統，向第二定向井中注氣并點火，使第二定向井周圍的煤炭燃燒進行氣化生產。
[0017]進一步地，建設所述氣化爐的步驟包括:
[0018]鉆井以形成所述第一定向井；
[0019]與所述第一向定向井呈一夾角鉆井以形成所述第二定向井，所述第二定向井的末端接近所述第一定向井時停止鉆井；
[0020]向第一定向井中通入高壓空氣，壓裂所述第一定向井與所述第二定向井，使第一定向井與第二定向井導通。
[0021]進一步地，向所述第一定向井和/或第二定向井中注氣時，通過下放進定向井中的注氣管進行注氣，并在煤炭燃燒過程中逐漸拖動注氣管，使注氣管的注氣口向定向井的地面端移動。
[0022]本發明通過合理的布置定向井的排列方式和氣化時間，僅采用一個第一定向井即可完成煤炭的地下氣化。一方面使得鉆井的數量大大降低，減少了壓力貫通的過程，降低了建爐難度，提高了經濟效益；另一方面減少了氣化爐的建爐時間，在氣化的過程中完成爐型的建設，進一步提高了經濟效益。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的地下氣化爐的第一實施例的結構示意圖。
[0024]圖2是本發明的地下氣化爐的第二實施例的結構示意圖。
[0025]圖中:1.第一定向井，2.第二定向井，3.注氣管，4.注氣口，5.點火位置。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好地理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0027]本發明的地下氣化爐，包括一個第一定向井I和至少一個第二定向井2，第一定向井I與第二定向井2呈一夾角相交并導通，其中，在點火時第一定向井I作為進氣系統，其中一個第二定向井2作為出氣系統；在生產時第一定向井I作為出氣系統，各第二定向井2作為進氣系統。
[0028]其中，第一定向井I與第二定向井2之間的夾角優選為30度-90度。
[0029]作為本發明的第一種優選方案，第二定向井2有多個，各第二定向井2位于不同水平面上，其中相鄰的第二定向井2之間的垂直距離為3-5米。相應地，第一定向井I具有一坡度，該坡度與第二定向井2排布形成的坡度相適應，以使每個第二定向井2均可以與第一定向井I導通。多個第二定向井2可以設置在第一定向井I的同一側，也可以分別設置在第一定向井I的兩側。
[0030]作為本發明的第二種優選方案，第二定向井2有多個，多個第二定向井2位于同一水平面上，其中相鄰的第二定向井2之間的水平距離為15-20米。相應的，第一定向井I與多個第二定向井2也在同一水平面上，以使每個第二定向井2均可以與第一定向井I直接導通。如第二定向井2與第一定向井I通過壓裂導通，則第一定向井I也可與多個第二定向井2不嚴格要求位于同一水平面，例如第一定向井I可與多個第二定向井2所在的水平面呈一微小夾角，或者第一定向井I也可與多個第二定向井2所在的平面在垂直方向上相距一較小距離。同樣，本方案中多個第二定向井2可以設置在第一定向井I的同一側，也可以分別設置在第一定向井I的兩側。
[0031]上述優選方案可以分別適用不同煤層形狀的煤礦，例如煤層形狀相對規則礦藏或者開采煤礦的中間部分時，可以選用第二種優選方案。而對于不規則形狀的礦藏或開采煤礦的邊緣部分時，可以選用第一種優選方案。同樣，第一定向井與第二定向井之間的夾角也可以根據需要靈活選擇。一般情況下，各第二定向井之間平行設置，如此可以通過最少數量的鉆井實現最充分的開采。
[0032]本發明的地下氣化方法包括:
[0033]建設上述的地下氣化爐；
[0034]將第一定向井I作為進氣系統，將其中最遠端的第二定向井2 (即離第一定向井I的地面端最遠的一個第二定向井)作為出氣系統，向第一定向井I中注氣并點火，使第一定向井I周圍的煤炭燃燒形成氣化通道；
[0035]將第一定向井I作為出氣系統，將至少一個第二定向井2作為進氣系統，向第二定向井2中注氣并點火，使第二定向井2周圍的煤炭燃燒進行氣化生產。
[0036]其中，建設氣化爐的步驟包括:
[0037]鉆井以形成第一定向井I ;
[0038]與第一向定向井I呈一夾角鉆井以形成第二定向井2，第二定向井2的末端接近第一定向井I時停止鉆井；
[0039]向第一定向井I中通入高壓空氣，壓裂第一定向井I與第二定向井2，使第一定向井I與第二定向井2導通。
[0040]當然，根據需要也可以不采用壓裂的方式將第一定向井I與第二定向井2導通，而是在鉆井時直接將第二定向井2與第一定向井I鉆通。但是這樣對鉆井的準確度要求很高，鉆井有誤差時容易出現無法鉆通的情況。而本發明以壓裂的方式導通第一定向井I與第二定向井2，對鉆井工藝要求低，可以大大降低鉆井的施工成本。
[0041]優選地，在向第一定向井I和/或第二定向井2中注氣時，通過下放進定向井中的注氣管3進行注氣，并在煤炭燃燒過程中逐漸拖動注氣管3，使注氣管3的注氣口 4向定向井的地面端移動。這樣既可以方便地控制煤層的氣化速度，又可以使煤層充分氣化，使得煤礦開采更完全，減少浪費。<