Способ подземной газификации

Авторы патента:

E21B43/295 - газификация полезных ископаемых, например для получения смеси горючих газов (E21B 43/243 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2477788:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Способ подземной газификации твердых ископаемых топлив может быть применен для получения газообразного энергоносителя (горючего газа) из угля или сланца на месте залегания. Способ включает бурение скважин с поверхности земли в обрабатываемый интервал в подземном пласте, размещение в скважинах электродов, приложение напряжения к электродам, пропускание электрического тока и нагрев пласта. Для обеспечения максимальной мощности тепловыделений в пласте частоту тока выбирают исходя из максимума тангенса угла диэлектрических потерь породы и осуществляют пропускание электрического тока выбранной частоты через пласт. Нагрев ведут за счет диэлектрических и резистивных потерь в пласте. В процессе нагрева пласта производят плавное изменение частоты электрического тока в соответствии с изменением максимума тангенса угла диэлектрических потерь породы. При этом скважины для размещения электродов бурят по сеточным координатам в узлах квадратной сетки, а газоотводящие скважины - в центре квадратов сетки. Технический результат заключается в упрощении способа газификации, снижении экономических издержек при подготовке газификации, увеличении скорости нагрева пласта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности, к способам подземной газификации твердых ископаемых топлив и может быть использовано для получения газообразного энергоносителя (горючего газа) из угля или сланца на месте залегания.

Известен способ подземной газификации, включающий бурение скважин, их сбойку, розжиг, подачу дутья и отвод продуктивного газа [Патент РФ №2385412, МПК Е21В 43/295, опубл. 27.03.2010].

Недостатком известного способа является низкая энергоемкость (калорийность) получаемого товарного газа вследствие наличия в нем большого количества балластного газа, возникающего в результате сжигания части органической массы в камере подземного газогенератора.

Известен способ обработки подземного пласта, содержащего твердое органическое вещество, выбранный в качестве прототипа, включающий обеспечение, по меньшей мере, одной скважины, проходящей в обрабатываемый интервал в подземном пласте, создание по меньшей мере, одного разрыва от, по меньшей мере, одной скважины, который пересекает, по меньшей мере, одну скважину, помещение электропроводного материала в разрыве, осуществление контакта двух электродов с электропроводным материалом, приложение напряжения к двум электродам для пропускания электрического тока по разрыву таким образом, что электрический ток проходит по, по меньшей мере, части электропроводного материала и достаточное тепло вырабатывают электрическим удельным сопротивлением в части электропроводного материала для осуществления пиролиза, по меньшей мере, части твердого органического вещества в извлекаемые углеводороды [Патент РФ №2349745, МПК Е21В 43/24, опубл. 20.03.2009].

Недостатком прототипа является выработка достаточного для пиролиза тепла удельным электрическим сопротивлением электропроводного материала, с чем связано большое количество подготовительных работ, заключающихся в создании разрыва пласта и помещении электропроводного материала в разрыве.

Задача изобретения - создание способа подземной газификации, позволяющего снизить количество подготовительных работ вследствие выработки тепла диэлектрическими и резистивными потерями в пласте.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в упрощении способа газификации, снижении экономических издержек при подготовке газификации, увеличении скорости нагрева пласта.

Поставленная задача решена за счет того, что способ подземной газификации, так же как в прототип, включает бурение скважин с поверхности земли, проходящих в обрабатываемый интервал в подземном пласте, размещение в скважинах электродов, приложение напряжения к электродам, пропускание тока, нагрев пласта, отвод газа через газоотводящие скважины. Согласно изобретению способ подземной газификации включает выбор частоты тока исходя из максимума тангенса угла потерь породы, пропускание тока выбранной частоты через пласт, осуществление нагрева пласта за счет резистивных и диэлектрических потерь в пласте, плавное изменение частоты электрического тока в соответствии с изменением максимума тангенса угла диэлектрических потерь породы.

Для уменьшения потерь тепловой энергии на рассеивание в окружающее пространство, целесообразно скважины для размещения электродов бурить по сеточным координатам в узлах квадратной сетки, а скважины для сбора газа в центре квадратов сетки.

Изобретение поясняется иллюстрациями, на которых на фиг.1 показана функциональная схема реализации способа подземной газификации, на фиг.2 показана типичная зависимость тангенса угла потерь от частоты воздействующего напряжения, на фиг.3 показана схема размещения скважин.

Способ подземной газификации включает бурение скважин 1 с поверхности грунта, проходящих в обрабатываемый интервал в подземном пласте 2 твердого горючего ископаемого и размещение внутри них электродов 3, соединенных высокодобротными кабелями с наземным источником переменного тока 4 (фиг.1). Для уменьшения потерь энергии на рассеяние в окружающее пространство электроды 3 размещают по сеточным координатам таким образом, чтобы обеспечить максимальную плотность электромагнитного поля (фиг.3). При этом электроды 3 размещаются в скважинах 1 для электродов. Отвод товарного газа производится через газоотводящие скважины 5.

Способ подземной газификации осуществляют следующим образом.

Газификация осуществляется за счет нагрева пласта до температуры газовыделения твердого топлива (300-500°С). Нагрев осуществляется путем пропускания через пласт высокочастотного тока от наземного источника за счет диэлектрических и резистивных потерь. Выделяемая при этом в пласте мощность должна быть достаточной для создания и поддержания необходимой температуры. При нагреве пласта выше температуры газовыделения осуществляют отвод горючих газов через газоотводящие скважины 5.

Мощность тепловыделений в пласте определяется по формуле:

;

σ - удельная проводимость сланца, Ом·м;

Е_ср - напряженность поля, В/м;

k - численный коэффициент;

ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды;

ε₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума;

f - частота, Гц;

tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь;

S - расстояние между электродами, м.

T - температура;

t - время.

Для увеличения тепловыделений в пласте необходимо подобрать частоту тока, при которой мощность диэлектрических потерь будет максимальной. Типичная зависимость тангенса угла потерь от частоты имеет релаксационный максимум ω_m, частота которого зависит от вида породы (фиг.2). Для того чтобы увеличить мощность диэлектрических потерь в пласте, частота работы генератора выбирается равной частоте максимума тангенса угла диэлектрических потерь для газифицируемой породы.

При повышении температуры характеристики породы меняются, вследствие чего изменяется частота максимума тангенса угла диэлектрических потерь. Частота пропускаемого тока при этом должна изменяться таким образом, чтобы соответствовать частоте максимума диэлектрических потерь при данной температуре.

Выделяемая в пласте мощность будет расходоваться на нагрев пласта и отвод тепла теплопроводностью, в результате чего часть энергии будет рассеиваться в окружающее пространство. Для уменьшения потерь энергии на рассеивание в окружающее пространство выгоднее использовать электродную систему, располагая электроды 3 по сеточным координатам. При этом скважины 1 для размещения электродов 3 бурят в узлах квадратной сетки, расположенных друг от друга на расстоянии S, а газоотводящие скважины 5 - в центре квадратов сетки (фиг.3).

Расстояние между электродами S влияет на мощность тепловыделений в пласте и, как следствие, на время нагрева пласта до температуры газовыделения. Расстояние S должно быть как можно большим, однако его увеличение также увеличивает время нагрева. Таким образом, расстояние S выбирается экспериментальным путем исходя из оптимального времени нагрева пласта.

Пример.

Было проведено испытание способа на экспериментальной установке с фрагментом пласта горючих сланцев, что обеспечивает адекватность эксперимента реальным условиям. Использовалось четыре электрода, расположенных в узлах квадрата со стороной S=0.4 м. К электродам был подключен генератор с выходным напряжением 10 кВ. Частота работы генератора на начальном этапе составляла 70 кГц как частота, соответствующая максимуму диэлектрических потерь для данной породы при данной температуре. За 2 часа температура в межэлектродном пространстве образца достигла 300°С. В процессе нагрева частота генератора поддерживалась соответствующей максимуму диэлектрических потерь и к концу эксперимента изменилась до 60 кГц. Полученные результаты позволяют сделать вывод о промышленной применимости метода в условиях реальных месторождений.

Способ обеспечивает максимальную мощность тепловыделений в обрабатываемом пласте вследствие выработки тепла диэлектрическими и резистивными потерями в пласте и позволяет снизить количество подготовительных работ при газификации и увеличить скорость нагрева пласта.

1. Способ подземной газификации, включающий бурение скважин с поверхности земли в обрабатываемый интервал в подземном пласте, размещение в скважинах электродов, приложение напряжения к электродам, пропускание электрического тока, нагрев пласта и отвод газов через газоотводящие скважины, отличающийся тем, что для обеспечения максимальной мощности тепловыделений в пласте частоту тока выбирают, исходя из максимума тангенса угла диэлектрических потерь породы, осуществляют пропускание электрического тока выбранной частоты через пласт и ведут нагрев за счет диэлектрических и резистивных потерь в пласте, затем в процессе нагрева пласта производят плавное изменение частоты электрического тока в соответствии с изменением максимума тангенса угла диэлектрических потерь породы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважины для размещения электродов бурят по сеточным координатам в узлах квадратной сетки, а газоотводящие скважины - в центре квадратов сетки.

Изобретение относится к области горного дела, а конкретнее к области подземной газификации угля - ПГУ и производству на ее основе водорода. .

Способ технологии управляемой подземной газификации угля // 2441980

Изобретение относится к области горного дела и может быть применено в технологии подземной газификации угля (ПГУ). .

Способ подготовки энергетического газа подземной газификации каменных и бурых углей // 2439313

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при разработке месторождений каменных и бурых углей путем подземной газификации и направлено на улучшение экологических показателей процесса подготовки энергетического газа.

Способ утилизации изношенных автомобильных шин при разработке угольных пластов методом подземной газификации // 2435954

Изобретение относится к горному делу и к переработке бытовых и (или) промышленных отходов, в частности к разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов по технологии подземной газификации, и утилизации изношенных автомобильных шин.

Способ подземной газификации угля // 2424429

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для подземной газификации целиков угля, оставшихся после применения технологии глубокой разработки угольных пластов.

Способ газификации углеводородов для получения водорода и синтез-газа // 2423608

Изобретение относится к экологически безопасным технологиям разработки месторождений и добычи углеводородов, в частности трудноизвлекаемых и нерентабельных залежей угля, сланцев, нефти и газового конденсата.

Способ газификации углеводородов для получения электроэнергии и углеродных наноматериалов // 2415262

Изобретение относится к экологически безопасным технологиям добычи углеводородов и раздельного использования продуктов их подземной газификации, в частности водорода для получения электроэнергии, а углерода для углеродных наноматериалов.

Циклический способ подземной газификации угля // 2402595

Изобретение относится к угледобывающей промышленности и может быть использовано при геотехнологических разработках маломощных угольных пластов посредством их подземной газификации с получением и выведением на поверхность энергетического газа.

Способ подземной газификации мощных угольных пластов слоями // 2398105

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к подземной газификации мощных угольных пластов. .

Способ получения водорода из угольного пласта // 2396305

Изобретение относится к угледобывающей промышленности и может быть использовано при подземной газификации для получения молекулярного водорода. .

Способ подземной газификации угля // 2490445

Изобретение относится к способам подземной газификации угольных пластов путем превращения угольной массы на месте ее залегания в горючий газ, который может использоваться в различных энергетических установках

Способ управления газовыделением при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта // 2512049

Способ относится к области горной промышленности, в частности к угольной, и может быть использован при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. В способе при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта, включающем подготовку выемочного участка парными выработками, проветривание выработок очистного участка за счет общешахтной депрессии и отвод шахтного метана из источника выделения, отвод метана осуществляют сначала через пробуренные на сближенные пласты дегазационные скважины с возможностью исключения подсосов воздуха из призабойного пространства действующего очистного забоя. Затем после сдвижения пород основной кровли отрабатываемого пласта отвод метана осуществляют через оставшуюся часть длины скважины при режимах, исключающих подсосы воздуха из призабойного пространства лавы. При этом интенсивно выделяющийся из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта вблизи забоя лавы метан отводят в дегазационную вакуумную сеть выемочного участка через пробуренные ориентированно на очистной забой пластовые скважины с концентрацией метана, пригодного для утилизации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ утилизации диоксида углерода (со2)из газа подземной газификации угля (пгу) // 2513947

Изобретение относится к области горного дела и может быть применено при подземной газификации угля. Способ заключается в том, что выделенный в поверхностном химическом комплексе СО2 делят на два потока: первый из них нагнетают в дутьевые скважины эксплуатируемого подземного газогенератора и инициируют в зонах газификации эндотермическую химическую реакцию СО2+С=2СО-q, обогащая при этом газ ПГУ горючим компонентом СО; второй поток СО2 нагнетают в отработанный подземный газогенератор. При этом количество нагнетаемого в эксплуатируемый подземный газогенератор СО2 определяют в зависимости от температурного уровня в окислительной зоне газификации и состава газа, отводимого из соседней скважины. Золошлаковую массу отработанного газогенератора пропитывают водным раствором гашеной извести [Са(ОН)2], для чего нагнетают его в скважины отработанного газогенератора до стабилизации концентрации этого раствора путем периодического отбора его проб и их химического анализа. После стабилизации концентрации гашеной извести в анализируемых пробах начинают нагнетать в скважины отработанного газогенератора второй поток СО2 с целью его химической сорбции. Нагнетание СО2 в отработанный газогенератор прекращают после возрастания его концентрации в периодически отбираемых из скважин пробах до 90%. Технический результат заключается в полной утилизации образующегося при ПГУ СО2. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ извлечения высокомолекулярного сырья нефтегазоконденсатного месторождения // 2519310

Изобретение относится к тепловым методам разработки трудноизвлекаемых тяжелых углеводородных залежей путем их нагрева. Обеспечивает создание огневой технологии воздействия на залежь тяжелых углеводородов для создания коллекторов повышенной дренирующей способности. Сущность изобретения: способ заключается в огневом воздействии на месторождение через систему поверхностных скважин путем воспламенения углеводородного сырья на вскрытом их забое, нагнетании воздуха высокого давления в залежь, создании в ней зон горения углеводородного сырья и активном прогреве залежи высокомолекулярного сырья, а следовательно, существенном снижении его вязкости и доступности извлечения через добычные скважины. Согласно изобретению на залежь высокомолекулярного сырья бурят с поверхности вертикальные скважины, центральную из которых оборудуют для розжига углеводородного сырья, а периферийные, удаленные от центральной на заранее выбранные расстояния, оборудуют для нагнетания воздуха высокого давления. При этом благодаря противоточному перемещению очага горения от центральной добычной скважины к периферийным нагнетательным скважинам образуют искусственные коллекторы повышенной дренирующей способности. Постоянно контролируют состав смеси, извлекаемой из центральной добычной скважины и при обнаружении в ней свободного кислорода в количестве более 1% об. выявляют источник его возникновения путем поочередного отключения периферийных вертикальных нагнетательных скважин. Снижают расход нагнетаемого воздуха в скважину - источник проскока кислорода. 3 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

Способ подземной газификации // 2521255

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для получения газообразного энергоносителя из угля или сланца на месте залегания. Способ включает бурение скважин с поверхности земли в обрабатываемый интервал в подземном пласте, размещение в скважинах электродов, приложение напряжения к электродам, пропускание электрического тока и нагрев пласта за счет джоулева тепла. К электродам прикладывают напряжение, достаточное для возникновения частичных разрядов и триинга до образования канала электротеплового пробоя в пласте, о моменте образования которого судят по снижению сопротивления межэлектродного пространства, затем пропускают ток через канал электротеплового пробоя в пласте. Технический результат заключается в снижении трудоемкости способа и экономических издержек при подготовке газификации. 1 ил.

Способ подземной огневой разработки залежи горючих сланцев // 2521688

Изобретение относится к области горнодобывающей промышленности, а именно к скважинным методам геотехнологии разработки месторождений горючих сланцев. Обеспечивает повышение эффективности способа при минимальных затратах на его осуществление. Сущность изобретения: способ заключается в бурении на залежь горючих сланцев серии параллельных чередующихся дутьевых и продуктоотводящих скважин, каждая из которых имеет породную, пройденную по породам с земной поверхности до сланцевой залежи, и сланцевую часть, пройденную преимущественно по подошве залежи. Забои этих скважин пересекают поперечной сбоечной скважиной. При этом породные части этих скважин обсаживают трубами и цементируют. В сланцевые части всех скважин опускают хвостовики из легкоплавкого металла. В поперечную сбоечную скважину вместе с хвостовиком опускают устройство для фиксации очага горения по длине сланцевой части. Создают на забое вертикальной розжиговой скважины очаг горения и устанавливают зависимость скорости противоточного перемещения очага горения от расхода нагнетаемого воздушного дутья. После завершения огневой проработки сланцевой части поперечной сбоечной скважины нагнетают воздушное дутье в первую продуктоотводящую скважину согласно зависимости, зафиксированной ранее на поперечной сбоечной скважине. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ подземной газификации тонких и средней мощности пластов бурого угля // 2522785

Изобретение относится к горному делу и может быть применено в подземной газификации бурого угля в тонких и средней мощности пластах. Способ включает осушение угольного пласта, нагнетание в реакционный канал окислителя по вертикальным дутьевым скважинам, отсос из него продуктов газификации через газоотводящие скважины и минимизацию давления в реакционном канале. При этом дополнительно бурят две вертикальные скважины до почвы угольного пласта и соединенные с ними две вертикальные скважины длиной 100-140 м на границах отрабатываемого участка газифицируемого угольного пласта на расстоянии 50-60 м друг от друга, а также нагнетательные скважины по центру данного участка пласта с шагом 15-20 м. В качестве окислителя используют атмосферный воздух с добавкой парокислородной смеси в количестве 20000-50000 м3/ч, поддерживают температуру огневого забоя на уровне 550-700°С, а управляют огневым забоем последовательным переключением на нагнетательную скважину, к которой подходит огневой забой, а также путем изменения количества нагнетаемого окислителя. Технический результат заключается в обеспечении устойчивого горения в огневом забое фильтрационного канала и повышении калорийности энергетического газа при подземной газификации тонких и средней мощности пластов бурого угля. 1 ил., 1 табл.

Способ комплексного освоения месторождений бурого угля // 2526953

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для комплексного освоения месторождений бурого угля. Технический результат заключается в обеспечении эффективного комплексного использования месторождений бурого угля и комплексной защите окружающей среды от воздействия технологического процесса. Способ комплексного освоения месторождений бурого угля включает деление месторождения на блоки, бурение дренажных скважин и подземную газификацию угля, растворение золошлаковых остатков угля и откачку продуктивного раствора на поверхность для последующей экстракции ценных компонентов, заполнение выработанного пространства блока закладочным материалом. Бурят 6 рядов вертикальных скважин, расположенных в блоке друг от друга на расстоянии 20…25 м, которые последовательно используют как дренажные, продуктивные для газификации угля, для растворения и извлечения золошлаковых остатков угля и для нагнетания закладочной смеси. В каждом ряду располагают 10…12 вертикальных скважин на расстоянии 15…20 м друг от друга. Откачивают подземную воду и через узел водоподготовки направляют к потребителю. Газ подземной газификации угля очищают от примесей в узле очистки энергетического газа и сжигают в локальной газовой электростанции. Образующийся диоксид углерода нагнетают в закладочный массив посредством узла аккумулирования, а продуктивный раствор очищают от твердых примесей и откачивают по трубопроводу к химико-технологическому узлу, связанному с закладочным комплексом посредством узла неутилизированных отходов. 1 ил., 2 табл.

Способ комплексного освоения угольного месторождения // 2530143

Изобретение относится к комплексному освоению угольного месторождения при подземной газификации угля. Способ комплексного освоения угольного месторождения включает бурение системы дутьевых и газоотводящих скважин, гидравлически связанных между собой по угольному пласту, осуществление через них гидродинамического воздействия с образованием зоны искусственных полостей и трещин и огневого воздействия на угольный пласт с образованием очага горения, перемещаемого от дутьевой скважины в сторону газоотводящей скважины, получение сырого генераторного газа, охлаждение его до температуры ниже температуры конденсации компонентов, входящих в состав сырого газа, и получение вместе с очищенным газом других полезных компонентов. Особенностью способа является то, что в пространстве между дутьевой и газоотводной скважинами бурят на равном расстоянии друг от друга ряд питающих скважин с поверхности в зону искусственных полостей и трещин, в очаг горения сначала по дутьевой, а потом по мере перемещения очага горения и по питающим скважинам подают пыль минерала, содержащего химически активный элемент, на выходе из газоотводящей скважины генераторный газ сепарируют, выделяя из него газообразные соединения ценных химических элементов и переводя их в жидкоподвижное состояние для извлечения ценных элементов. Технический результат заключается в повышении эффективности комплексного освоения угольного месторождения. 1 ил.

Способ комплексного освоения месторождения горючих сланцев // 2530146

Изобретение относится к комплексному освоению месторождения полезных ископаемых и может быть использовано для получения продуктов подземной газификации горючих сланцев. Способ комплексного освоения месторождения горючих сланцев включает бурение дутьевых, газоотводящих и питающих скважин. Через дутьевые скважины осуществляют огневое воздействие на пласт, через питающие - подачу углеродсодержащего материала, а получение генераторного газа - через газоотводящие скважины. При этом осуществляют управление перемещением очага горения в плоскости пласта. Особенностью способа является то, что перед огневым воздействием осуществляют разупрочнение пласта созданием вдоль траектории перемещения очага горения зоны искусственных полостей и трещин, скорость перемещения очага горения контролируют измерением температуры газов в питающих скважинах. В качестве углеродсодержащего материала используют промпродукт мокрого обогащения каменных углей, брикетированные твердые бытовые и другие промышленные отходы. Выработанное пространство заполняют негорючей частью отходов. Технический результат заключается в повышении эффективности комплексного освоения месторождения горючих сланцев. 1 ил.