一种煤层气、煤炭地下干馏和煤炭地下气化接序开发方法与流程

本发明涉及煤炭地下干馏和煤炭地下气化，尤其涉及一种煤层气、煤炭地下干馏和煤炭地下气化接序开发方法。

背景技术：

1、煤炭地下气化(undergroundcoalgasification，简称ucg)是将建井、采煤、气化三大工艺合而为一的化学采煤技术，它通过地面控制手段使地下煤层有控制的发生热反应和化学反应，从而生产含有氢气、甲烷等可燃组分的合成气实现了物理采煤向化学产气的转变，煤炭地下气化能够将地下难以井工开采的巨量煤炭资源通过地下“人工气田”的方式进行有效开发，是未来煤炭清洁利用的重要方向。

2、煤炭地下干馏(undergroundcoalpyrolysis，简称ucp)是指在地下煤层建立热量导入和产品产出通道，使煤原位发生干馏(热解)反应，生产液态(焦油、水)和气态(甲烷、氢气为主)碳氢化合物，同时将煤中的碳元素主要以半焦形式留在地下。按照建立通道方式不同，煤炭地下干馏和煤炭地下气化都可以分为井工式和钻井式两种，本专利仅涉及钻井式开发。

3、国内在煤炭地下气化与其它化石能源一体化开发方面已经公开了一些专利，比如：

4、专利cn112127868b，公开了一种“模拟煤炭地下气化与油页岩合采试验装置及其试验方法”，提到了煤炭地下气化与油页岩合采试验装置及方法。

5、专利cn113863910b，公开了“一种煤炭地下原位气化与热能共采一体化方法”，提到通过在煤层以及与煤层间隔的热能开采地层中分别开挖进出及连通通道，向煤层中通入气化剂进行原位气化，且原位气化产生热量传导进入热能开采地层聚集并经导热物吸收开采利用，实现了煤炭地下原位气化与热能共采一体化和低碳清洁利用。

6、专利cn115287100a，公开了“一种富油煤地下原位气化-热解-余热利用一体化系统”，提出煤炭地下原位气化与热解一体化系统，针对单一地下原位技术无法有效利用富油煤块分解产生的大量热量，本发明结合富油煤地下原位气化和原位热解技术，将气化过程的放热及气化产物的能量用于富油煤的热解，使整个系统在不额外输入能量的情况下，自发地发生热解反应。最后，将反应生成的co2通入上一地块进行封存，实现了co2零排放。

7、专利cn14876428a，公开了“一种用于富油煤地下原位转化的模块化及梯级开发方法”，提供了一种用于富油煤地下原位转化的模块化及梯级开发方法，将选定的富油煤层划分为多个区块，对每个区块的富油煤进行梯级开发；用微生物对煤层进行第一级开发，提取煤层中的煤焦油和气；再通过加热流体对煤层进行第二级开发，第二次提取煤层中的煤焦油；再向煤层注入气化剂对煤层进行第三级开发，将煤层残留的固定碳转化为可燃气体；最后将径向井周围煤层气化后形成的气化空腔进行填充。

8、目前尚未检索到关于煤层气、煤炭地下干馏、煤炭地下气化接序开发工艺的专利，本专利提出一种煤层气、煤炭地下干馏和煤炭地下气化(包含超临界水气化)的具体开发工艺，以求通过石油工程的开发技术，对中深层(500～4000m)范围的煤炭资源进行充分利用，将煤炭资源“吃干榨净”的同时实现零碳排放。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种煤层气、煤炭地下干馏和煤炭地下气化接序开发工方法，首先通过排水降压开发煤层中游离气和吸附气，排水过程降低了煤层中的含水量，有利于减少煤炭地下干馏过程中的热量损失。在煤层气开发完成后，通过井下加热电缆的方式对煤层进行原位电加热，实现焦油和煤气的原位开发，干馏后的半焦层渗透率进一步提升；最后在井下通过连续油管装备在半焦层中化学点火，通过间断或者连续注入氧气和水，使得半焦层发生燃烧气化反应，产生以甲烷、氢气、一氧化碳气体为主要目标产物的煤气，煤气中的二氧化碳可以通过地面净化提纯，为煤层气开发中气驱提高煤层气产量提供气源，多余的二氧化碳还可以通过半焦层、废弃气化腔、咸水层埋存等多种方式实现“零碳排放”。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种煤层气、煤炭地下干馏和煤炭地下气化接序开发方法，所述方法包括如下步骤：

4、步骤s1、优选适合煤层气、煤炭地下干馏和煤炭地下气化的有利目标区煤层；

5、步骤s2、在所述目标区煤层钻一口或者多口u型水平井；

6、步骤s3、采用径向水力喷射的方式对所述煤层进行水平造缝，可溶支撑剂随水力喷射进入到煤层，对所述煤层气进行开发；

7、步骤s4、所述煤层气开发完毕后，通过加热方式对煤炭地下干馏进行开发；

8、步骤s5、所述煤炭地下干馏开发完毕后，对半焦层进行煤炭地下气化开发。

9、优选地，所述方法还包括如下步骤：

10、步骤s6、将所述煤炭地下气化过程中产生的二氧化碳，经过地面集输处理后进行埋存处理。

11、在一种可能的实施方式中，所述有利目标区煤层的条件包括：

12、所述有利目标区煤岩属于低阶和/或中阶煤，煤的挥发分大于20％，水分小于20％；煤层厚度大于5m；开发的煤层埋深大于500m；煤层顶底板岩性为泥岩和/或泥质粉砂岩，煤层上下100m的范围内不发育含水层。

13、在一种可能的实施方式中，所述u型水平井由工艺水平井和生产直井构成；其中，所述工艺水平井的长度为500～1500m，所述工艺水平井采用可燃筛管完井，可燃套管下入后不进行固井作业。

14、在一种可能的实施方式中，所述的采用径向水力喷射的方式对所述煤层进行水平造缝，并对所述煤层气进行开发，包括：

15、采用径向水力喷射的方式对所述煤层进行水平造缝，在水平造缝过程中加入可溶支撑剂，所述水力喷射造缝的长度范围为20～100m；所述可溶支撑剂在300℃之前保持原有的强度，在超过300℃之后强度迅速降低并因溶解破坏释放内部催化剂；所述催化剂用于降低煤炭地下干馏反应的活化能和提高化学反应速率；

16、水平造缝完成后，通过煤层排水降压的方式，开发煤层中的游离气和吸附气。

17、在一种可能的实施方式中，所述加热方式为电加热、气体对流加热和微波加热中的一种或多种组合。

18、在一种可能的实施方式中，所述煤炭地下气化开发的方式为正向气化或注入点可控后退工艺中的一种。

19、在一种可能的实施方式中，所述埋存处理的方式包括：

20、利用二氧化碳和甲烷的竞争吸附，提高煤层气的产量；

21、将二氧化碳作为气驱提高原油采收率的气源，提高生产区附近油田的采收率；

22、在煤炭地下干馏形成的半焦层或者煤炭地下气化形成的废弃气化腔内进行埋存；

23、通过有利目标区煤层附近的咸水层进行埋存。

24、本发明的技术效果和优点：

25、通过一次水平井钻完井后就能实现煤层气、煤炭地下干馏和煤炭地下气化接序开发，能够对中深层(500～4000m)煤炭资源最大化开发，减少了直接气化对有效组分的燃烧浪费；煤层气开发能够降低煤层中的水分，能够避免冷冻墙等人工封闭作业，降低了煤炭地下干馏的作业成本；煤炭地下干馏后半焦层的渗透性显著改善，有利于后期气化过程的传质传热过程，能够提高气化效率；煤炭地下干馏和煤炭地下气化产生的二氧化碳可以用于提高煤层气采收率、原油采收率或者半焦层、废弃腔、咸水层的埋存，实现整个开发过程的“零碳排放”，在将煤炭资源吃干榨净的同时实现清洁低碳开发。

26、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。