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专利号: 2022110526126
申请人: 西安石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种微波能煤炭地下无氧气化方法,其特征在于,包括以下步骤:

钻注入井(2)、水平井(3)和生产井(4),水平井(3)靠近煤层(105)底部,注入井(2)和生产井(4)通过水平井(3)连通,在注入井(2)和生产井(4)分别布置注入井管道系统(5)和生产井管道系统(6),布置微波发生器(14)和粗煤气地面处理系统(10);

通过微波发生器(14)产生微波,由连续油管(51)导入微波加热煤层(105),温度达到

350~450ºC时,煤炭发生中温热解,继续加热升温到800~900℃时,通入水蒸气与煤炭发生气化反应,逐渐形成气化腔(8),中温热解和气化反应生成粗煤气,粗煤气由生产油管(61)采出;

通过连续油管内管(511)端部的温度压力监测设备(7)监控煤炭的反应过程,注入的水蒸气无法满足气化腔扩展需求时,控制连续油管(51)后退;

采用同样的方法对煤层(105)其他部分气化;

上述方法还包括步骤:在生产套管外管(63)和生产套管内管(62)的环空中通入冷却水,冷却水由生产套管内管(62)和生产油管(61)的环空中返回地面从而对粗煤气降温;或者在生产套管内管(62)和生产油管(61)的环空中通入冷却水,冷却水由生产套管外管(63)和生产套管内管(62)的环空中返回地面从而对粗煤气降温;

生产井管道系统(6)包括从内向外依次布置的生产油管(61)、生产套管内管(62)、生产套管外管(63)和生产井表层套管(64);

生产井表层套管(64)和生产井(4)的孔壁之间用生产井固井水泥(65)固井,生产井表层套管(64)的下端延伸至水层(102)以下;

粗煤气通过生产油管(61)输送至地面处理系统(10),气化过程中,向生产套管内管(62)和生产套管外管(63)之间的环空注入冷却水,冷却水从生产套管内管(62)和生产套管外管(63)之间的环空的下端进入生产套管内管(62)和生产油管(61)之间的环空的下端,再从生产套管内管(62)和生产油管(61)之间的环空向上运动,吸收粗煤气高温热量后逐步汽化形成水蒸气,水蒸气通过输送管路输送至注入井管道系统(5)。

2.根据权利要求1所述的微波能煤炭地下无氧气化方法,其特征在于:注入井管道系统(5)包括从内向外依次布置的连续油管(51)、可燃套管(52)、技术套管(53)、和注入井表层套管(54);

注入井表层套管(54)和注入井(2)的孔壁之间用注入井固井水泥(55)固井,注入井表层套管(54)的下端延伸至水层(102)以下;

连续油管(51)为单层结构或双层结构;

双层结构的连续油管(51)包括连续油管内管(511)和连续油管外管(512);利用连续油管内管(511)和连续油管外管(512)之间的环空向煤层(105)导入微波;

在连续油管内管(511)、以及连续油管外管(512)和可燃套管(52)之间的环空均分别通入水蒸气,水蒸气通入的过程中吸收微波散失的热量;

单层结构的连续油管(51)在其内部导入微波;

单层连续油管(51)在连续油管(51)和可燃套管(52)之间的环空通入水蒸气;

在可燃套管(52)和技术套管(53)之间的环空通入氮气,氮气使气化腔(8)和外部空气隔绝。

3.根据权利要求2所述的微波能煤炭地下无氧气化方法,其特征在于:在连续油管内管(511)的外壁和连续油管外管(512)的内壁镀铜,或者在单层连续油管(51)内壁镀铜;

微波在镀铜层之间的环空传输,镀铜层减少了微波传输过程中的能量损失。

4.根据权利要求3所述的微波能煤炭地下无氧气化方法,其特征在于:连续油管(51)后退过程中,可燃套管(52)随煤层(105)一起燃烧。

5.根据权利要求1所述的微波能煤炭地下无氧气化方法,其特征在于:水蒸气来源于生产井(4)冷却后形成的水蒸气、以及燃气轮机排烟余热利用后产生的水蒸气。

6.根据权利要求1所述的微波能煤炭地下无氧气化方法,其特征在于:按以下优先级对微波发生器(14)进行供电:风能发电、光能发电、电网余电、以及燃气轮机发电辅助供电系统(12)供电。

7.根据权利要求6所述的微波能煤炭地下无氧气化方法,其特征在于:地面处理系统(10)将粗煤气处理后得到燃气,将少部分燃气输送至燃气轮机发电辅助供电系统(12)进行发电;燃气轮机发电辅助供电系统(12)对微波发生器(14)进行辅助供电;

燃气轮机发电辅助供电系统(12)的低温蒸汽吸收燃气轮机的排烟余热后形成高温蒸汽,将高温蒸汽输送至注入井管道系统(5)。

8.根据权利要求2所述的微波能煤炭地下无氧气化方法,其特征在于:连续油管(51)为双层结构时,在连续油管外管(512)前部侧壁的周向设置倾斜的割缝形成微波释放结构(5121);

连续油管(51)为单层结构时,在连续油管(51)前部侧壁的周向设置倾斜的割缝形成微波释放结构(5121);

割缝的宽度小于等于0.1倍波长,长度小于等于0.5倍波长,割缝间距等于波长。