Способ подземной газификации

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2521255:

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

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.

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 E21B43/295, 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, 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 E21B43/24, опубл. 20.03.2009]. Указанный способ выбираем за прототип.

Недостатком прототипа является трудоемкость способа, связанная с наличием дополнительных технологических операций, возможная токсичность электропроводного материала.

Задача изобретения - создание эффективного, экологически безопасного способа подземной газификации.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в снижении трудоемкости способа газификации, снижении экономических издержек при подготовке газификации за счет создания канала электротеплового пробоя в пласте.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе подземной газификации, включающем, как и прототип, 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, в отличие от прототипа, 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 и осуществляют нагрев пласта за счет джоулева тепла.

Изобретение поясняется иллюстрацией фиг.1, на которой показана функциональная схема реализации способа подземной газификации.

Способ подземной газификации включает бурение двух скважин 1 с поверхности грунта, проходящих в обрабатываемый интервал в подземном пласте 2 твердого горючего ископаемого и размещение внутри них электродов 3, соединенных кабелями с наземным источником тока 4 (фиг.1). Газификация осуществляется за счет нагрева пласта до температуры газовыделения твердого топлива (300-500°С). Нагрев породы производится пропусканием тока через канал электротеплового пробоя за счет джоулева тепла.

Электрическое сопротивление твердых топлив велико (10⁸÷10¹²Ом·см), поэтому джоулево тепло в породе при технически возможных значениях напряжения будет мало. Приложение к межэлектродному промежутку пласта высокого переменного напряжения вызывает появление частичных разрядов, которые образуют электропроводящие участки в месте действия разряда в объеме породы твердого топлива. Действие следующего разряда удлиняет проводящий участок. Растущая в результате разрядная структура, называемая дендритом, имеет древовидную форму и распространяется от электродов в направлении электрода другой полярности. Этот процесс, называемый триингом, продолжается до образования сквозного канала между электродами. Прикладываемое к электродам напряжение на этом этапе должно быть достаточным для образования частичных разрядов. Это напряжение зависит от расстояния между электродами и вида породы. Величину напряжения определяют экспериментальным путем на образцах породы, извлеченных на поверхность. Наличие частичных разрядов при этом устанавливают визуально, а образование проводящего канала определяют по снижению межэлектродного сопротивления. Величина напряжения должна примерно составлять 1-10 кВ/м. Необходимо использовать переменное напряжение, может быть использовано напряжение промышленной частоты. Когда дендриты, растущие с разнополярных электродов, замыкаются, образуя сквозной проводящий канал между электродами, линейное сопротивление межэлектродного промежутка становится низким (10-100 Ом/см). Для определения момента образования канала осуществляют контроль напряжения на электродах и тока между ними. При этом возможен нагрев джоулевым теплом в образованном проводящем канале. На этом этапе к электродам подключают сильноточный источник постоянного или переменного напряжения. Далее осуществляют нагрев за счет джоулева тепла в проводящем канале. Напряжение источника в этом режиме может составлять 10-100 В/м, а ток ограничен мощностью источника и может составлять 10-100 А.

Пример 1

Проведено лабораторное испытание способа в экспериментальной камере на образце горючих сланцев с расстоянием между электродами 50 см. Предварительно измеренное омическое сопротивление межэлектродного расстояния составляло ~250 кОм. На начальном этапе к электродам прикладывалось синусоидальное напряжение частотой 50 Гц и амплитудой 5 кВ. Этого напряжения достаточно для возникновения частичных разрядов, наличие которых установлено визуально. От источника потреблялась мощность ~300 Вт. Этот режим продолжался в течение 30 мин. По истечении этого времени образовался сквозной проводящий канал. Омическое сопротивление межэлектродного расстояния стало ~800 Ом. Далее через межэлектродный промежуток пропускался ток частотой 50 Гц от регулируемого источника напряжения, и нагрев производился за счет джоулева тепла в сформированном низкоомном канале. Напряжение сначала составляло сотни вольт, по мере разогрева канала его сопротивление снизилось до ~10 Ом, напряжение было уменьшено до 100 В для поддержания мощности ~1 кВт.

Пример 2

Проведено лабораторное испытание способа в экспериментальной камере на образце бурого угля с расстоянием между электродами 45 см. Предварительно измеренное омическое сопротивление межэлектродного расстояния составляло ~150 кОм. На начальном этапе к электродам прикладывалось синусоидальное напряжение частотой 50 Гц и амплитудой 8 кВ. Этого напряжения достаточно для возникновения частичных разрядов, наличие которых установлено визуально. От источника потреблялась мощность ~600 Вт. Этот режим продолжался в течение 15 мин. По истечении этого времени образовался сквозной проводящий канал. Омическое сопротивление межэлектродного расстояния стало составлять ~300 Ом. Далее через межэлектродный промежуток пропускался ток частотой 50 Гц от регулируемого источника напряжения, и нагрев производился за счет джоулева тепла в сформированном низкоомном канале. Напряжение сначала составляло сотни вольт, по мере разогрева канала его сопротивление снизилось до ~3-5 Ом, напряжение было уменьшено до 60 В для поддержания мощности ~1 кВт.

Таким образом, заявляемый способ позволяет снизить количество подготовительных работ, исключить проведение гидроразрыва пласта и использование токсичных электропроводных материалов и повысить эффективность процесса.

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 и нагрев пласта за счет джоулева тепла, отличающийся тем, что 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.

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.

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.

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.

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 подземной газификации // 2477788

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.

Способ производства водорода при подземной газификации угля // 2443857

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 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.

Способ газификации угля в недрах земли // 2535934

Изобретение относится к технологиям подземной газификации угольных пластов посредством преобразования угля на месте его залегания в горючий газ, который в качестве топлива может использоваться в энергоустановках разного типа. Способ включает бурение дутьевой и газоотводящей скважин, установку колонн труб, соединение скважин по угольному пласту гидроразрывом, заполнение образованного канала катализатором, осуществление розжига угольного пласта с нагревом его до температур 300-500 °С, подачу в канал перегретого водяного пара той же температуры, отвод через газоотводящую скважину горючего газа. При этом операции гидроразрыва и заполнения канала катализатором совмещают посредством использования в качестве материала проппанта катализатора на базе оксидов железа. Технический результат заключается в ускоренном процессе газификации угля в недрах земли при одновременном снижении стоимости получаемого горючего газа. 2 з.п. ф-лы.

Способ термической утилизации твердых бытовых отходов // 2536944

Изобретение относится к области переработки, обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. Для термической утилизации отходов бурят скважину, проводят газификацию органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом. При этом скважину бурят на полигоне захоронения отходов. Газификацию проводят непосредственно в массиве складированных отходов с помощью проложенной в скважине газовоздушной магистрали, которую перемещают внутри массива по вертикали путем погружения/извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб. Изобретение обеспечивает стабилизацию массива отходов, сокращение энергозатрат и затрачиваемого времени.

Комплекс для газификации угля // 2539055

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для газификации угля. Комплекс включает подземный газогенератор, при этом отводящая скважина размещена в центре газифицируемого участка угля, а подающие скважины размещены вокруг нее по периферии газифицируемого участка угля. Парогенерирующее оборудование включает два спиральных трубопровода, обвитых вокруг газоотводящей трубы, первый из которых выполнен на ее верхнем участке, а второй выполнен ниже первого. Приемное отверстие первого спирального трубопровода сообщено с источником воды, а его выпускное отверстие сообщено соединительным трубопроводом с приемным отверстием второго спирального трубопровода. При этом выпускное отверстие второго спирального трубопровода, размещенное в его верхней точке, сообщено с паровой турбиной посредством паропровода. Причем выход паровой турбины через узел приготовления дутья сообщен с подающей скважиной, которая дополнительно сообщена с паропроводом через обводной паропровод. Обводной паропровод пропущен через узел приготовления дутья с возможностью эжектирования его содержимого, кроме того, на поверхности размещен узел сушки углеродсодержащих твердых отходов, сообщенный с их дезинтегратором, выход которого сообщен с узлом приготовления дутья. В качестве средства утилизации CO2 использована линия по производству углекислоты или накопитель углекислоты, выполненный с возможностью ее регулируемого сброса в узел приготовления дутья. Технический результат заключается в повышении эффективности утилизации тепла исходящих газов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ комплексного освоения подземной угольной формации через скважины // 2539517

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для освоения подземной угольной формации. Эксплуатационный участок залежи угля разбивается на эксплуатационные панели, которые в определенной последовательности разбуриваются до подошвы угольного пласта скважинами среднего и большого диаметров, и которые через эти скважины последовательно отрабатываются в процессе подземной газификации угля с получением полезных продуктов - горючего газа, технологического пара, электроэнергии, и после завершения выгазовки угля с получением полезных продуктов - металла скандия из золы и биогаза из захороненных в выработанном объеме панели твердых бытовых отходов. Технический результат заключается в повышении эффективности освоения подземной угольной формации через технологические скважины за счет комплексного использования теплового ресурса процесса горения угля, минеральной части золы угля, выгазованного объема подземного газогенератора. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ подземной газификации угля в условиях многолетней мерзлоты // 2541999

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для газификации угля в условиях многолетней мерзлоты. Способ включает бурение скважин с обсаживанием их трубами с оставлением у забоя скважин необсаженного участка длиной 1,5-2,0 м. Сбойку скважин между собой производят гидроразрывом угольного пласта с помощью труднозамерзающей горючей жидкости, например керосином. Образовавшиеся щели промывают этой же жидкостью не менее 3 раз. Обсадные трубы извлекают из скважин по мере выжигания угольного пласта. Технический результат заключается в упрощении процесса подземной газификации углей и повышении надежности гидроразрыва пласта угля. 2 ил.