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申请/专利权人：领潮能源有限公司

摘要：一种加压碱性分散体供应系统1，用于使煤层2透化，并且具体而言，用于利用包含大量细裂纹27的一个几乎水平的连结通道将煤层2中的开放区连接在一起。该系统1包括一个碱碱溶液源4、一个加压空气源5、一个供给管6和一个用于形成分散于该加压的空气内的碱雾的烟雾器7。在压缩空气连同用碱雾溶解的腐殖酸的影响下于煤层2中打开裂纹断裂27即，透化。

主权项：一种使煤层透化的方法，所述方法包括将一种加压的碱性分散体注入该煤层内以便使该煤层的煤炭透化的步骤。

全文数据：煤炭地下气化通道技术领域[0001]本发明涉及一种使煤层透化permeabilizing的方法。具体而言，本发明涉及一种利用加压的碱溶液使煤层的两个开放区以一个连结通道连接在一起的方法。背景技术[0002]煤炭地下气化UCG是这样一种过程，借助该过程，通过在氧化剂的存在下使煤炭在原位燃烧并气化来从煤层产生产品气体。该产品气体通常被称作合成气体或合成气并且例如可以用作电力或化学生产的原料。[0003]在井中进行煤炭至产品气体的转化，该井通常包含延伸穿过煤层的多类通道。这样的通道可以由钻入煤层内的彼此流体联通的一个或多个钻孔形成或者利用如下所述的非钻进方法来形成。对UCG而言，通道还与注入井和生产井流体联通。[0004]煤层面板coalseampanel通常被称作煤炭气化器。邻近井气化器的燃烧区发生气化，并且使煤炭被部分地氧化以生产低或中等热值的产品气体。热产品气体从气化区流动并从生产井的井口离开地面。当煤炭被消耗或气化时，使煤层内的气化器腔进行在尺寸上的扩展和增长。[0005]已知如下的非钻进方法，用于使煤炭透化并且通过一个连结通道将井连接连结）在一起，致使它们彼此流体联通。此类方法利用化学力、电力、热力或机械力或者其组合。通常地，使煤层的煤炭从直井或斜井的底部向外进行透化，并且形成通向另一个井或该煤层中其它类型的开放区（例如，气化器腔的多类水平连结通道。[0006]产生连结通道的一个已知方法包括仅利用煤炭的天然渗透性而烧穿煤层。还可以在通过热处理、液压或气动破裂而人工增强煤层的渗透性之后烧穿通道。[0007]-种增加矿床的断层块的渗透性的已知方法是利用液压破裂，从而在高压下将液体从井的底部注入断层块内。然而，该方法的缺点在于注入UCG气化器腔内的水可能具有猝灭效应。[0008]在井和可工作的气化器腔之间产生水平连结通道的另一种已知方法包括在直井的底部操作高压喷水器。尽管该喷水器水力监测器可以相当有效地瞄准并渗透煤层，该方法的缺点还是在于注入气化器腔内的水可能具有猝灭效应。[0009]又另一种连结方法涉及高压空气（20-40atm的注入以便进一步打开煤层中的天然裂纹断裂。该方法包括将加压的空气从直井注入煤层内。然而，该方法的缺点在于加压的空气倾向于优先作用于煤层中现有的裂纹而不是传播新裂纹。因此，通常产生不大于煤层中总体积的约15%的裂纹，并由此可能使连结不成功。另一个缺点在于，由于煤炭页岩）的低渗透性过滤），而难以产生通道。这导致了该方法的低效率。一个相关的缺点在于，需要另外安装直井，这增加了操作成本。又另一个缺点是用于注入大量空气以实现连结所需的高能量消耗。发明内容[0010]目前本发明人已开发出一种使煤层透化的方法，具体地，利用加压的碱性分散体使煤层的至少两个开放区以一个连结通道连接在一起，这克服或最小化了上文提及的缺点。[0011]根据本发明的第一个方面，提供一种使煤层透化的方法，所述方法包括将一种加压的碱性分散体注入煤层内的步骤，以便使煤层的煤炭透化。[0012]根据本发明的第二个方面，提供一种使煤层透化以使煤层的至少两个开放区以一个连结通道连接在一起的方法，所述方法包括将一种加压的碱性分散体注入煤层的第一所述开放区内的步骤，以便使煤层的煤炭透化并形成通向至少第二所述开放区的一个连结通道。[0013]根据本发明的第三个方面，提供一种加压碱性分散体供应系统，所述系统包括：[0014]-个碱源；[0015]一个加压流体源；[0016]-个供给管，该供给管具有一个连接至该加压流体源的流体进口、一个连接至该碱源的碱进口、和一个用于将加压的碱性分散体注入煤层内的可连接至井的出口；和[0017]-个烟雾器，该烟雾器与碱进口关联用于形成碱雾，该碱雾可以在该供给管内与加压的流体混合以形成一种加压的碱性分散体。[0018]根据本发明的第四个方面，提供一种加压碱性分散体供应系统，所述系统包括：[0019]-个加压碱性分散体源;和[0020]-个供给管，该供给管具有一个连接至该加压碱性分散体源的进口和一个用于将加压的碱性分散体注入煤层内的可连接至井的出口。[0021]根据本发明的第五个方面，提供一种用于使煤层透化或使煤层的至少两个开放区以一个连结通道连接在一起的加压的碱性分散体。[0022]优选地，该加压的碱性分散体包含分散于一种加压的流体内的碱，该加压的流体优选为气体它当然可以包括不同气态成分的混合物）。[0023]可以使用任何合适类型的碱（来自周期表的第I族）。特别优选类型的碱包括钠、钾、锂、或其中两种或更多种的混合物。[0024]碱可以为任何合适的形式，但是优选为液体形式，如Na0H、K0H或LiOH或其混合物）的水溶液。虽然可以使用任何合适的浓度，例如，近似5、10、15、20、25、30、35、40、45或50%重量比重量，但是优选约20%与30%重量比重量之间的碱性氢氧化物例如，NaOH。[0025]该加压的流体可以是合适类型的任何一种流体或多种流体，条件是它可以与碱混合以形成分散体并且不干涉煤层的透化也不负面地影响气化。优选地，该加压的流体是加压的空气，然而也可以使用其它气体包括气态成分的混合物）。虽然优选地在约10-30大气压之间的压力下将流体供应至煤层，但是也可以使用约5、7.5、10、15、20、25、30、35或40大气压的可能的压力。该加压流体源优选是空气压缩机或压缩空气罐。[0026]烟雾器可以为任何合适尺寸、形状和构造，而且它可以生产任何合适尺寸的碱颗粒。优选地，烟雾器本领域中也被称作制雾器或喷淋器生产具有无论何处都为约10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒。[0027]烟雾器可以受控的速率将碱溶液雾喷射至供给管内，以致比率为近似80%体积体积的加压的流体比20%体积体积的雾。然而，该比例将取决于待透化的煤层的化学和物理特性。其它合适的比率可以为，例如近似90%体积体积的加压的流体比10%体积体积的雾、70:30、60:40或50:50。[0028]该系统可以包括含有该碱源的一个碱罐，并且此罐可以为合适的尺寸、形状和构造。例如，该罐可以具有150至190公升的容量。碱进口可以从罐的底部延伸至供给管内。与碱进口关联的系统的控制阀可以控制在此穿过的碱溶液的流速。该罐可以具有用于接收压缩的流体的、连接至供给管的流体进口，以便使该碱源处于压力下以及确保罐的内容物的适当混合。与流体进口关联的控制阀可以调节压缩的流体向碱罐的流动。[0029]供给管可以为任何合适的尺寸、形状和构造。例如，供给管优选具有约150-300mm优选约160mm的内径和可以与井的井口联接的出口。可以任何合适方式实现这种联接。例如，供给管优选在约6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72、78、84、90、96、102、108、114、120、126、132、138、144、150、156、162、168、174或180小时的所需时间段上按约2-10m3min的速率供给压缩好的碱性分散体。[0030]煤层的至少两个开放区可以各自与气化器和或井、或其它类型的通道、钻孔、腔体、或在煤层内或邻近煤层延伸的开放构型进行关联。[0031]连结通道将通常包括长度可达约5mm且宽度延伸于这些开放区之间的多个细裂纹断裂。一般地，连结通道会通常水平地、或至少在某些煤层区域中水平地进行延伸。[0032]该方法特别用于将两个井或者一个井与一个具有活性的或原先具有活性的气化器的腔体连结在一起。该方法可以用于连接间隔为约l〇m、15m、20m、25m、30m、40m、50m或彼此更远的距离的开放区。[0033]该方法可以包括在注入加压的碱性分散体之前测试煤炭的等级和潜在渗透性例如，腐殖酸含量的步骤，以便确定可能需要的加压的碱性分散体的浓度和量。[0034]以下为在此提出权利要求的本发明的特别优选的实施方式。[0035]根据第一实施例，提供一种使煤层透化的方法，所述方法包括将一种加压的碱性分散体注入煤层内的步骤，以便使煤层的煤炭透化。[0036]加压的碱性分散体可以包含分散于加压的流体中的碱。加压的碱性分散体可以包含来自元素周期表第I族的至少一种类型的碱。该至少一种类型的碱可以是钠、钾或锂、或者其中两种或更多种的混合物。加压的碱性分散体可以包含分散于加压的流体中的碱性氢氧化物的水溶液。加压的碱性分散体可以包含约20%与30%重量比重量之间的碱性氢氧化物。加压的碱性分散体可以包含NaOH、KOH或LiOH、或其混合物。加压的流体可以是加压的空气。加压的碱性分散体可以包含具有约10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒。加压的碱性分散体可以包含近似80%体积体积的加压的流体比20%体积体积的碱溶液雾的比率，所述雾包含具有约10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒。[0037]煤层的经透化的煤炭可以包含长度和宽度最高达约5_的大量细裂纹断裂。从注入加压的碱性分散体的点起，可以将煤层的煤炭透化最高达约40m。可以约2-10m3min的速率将加压的碱性分散体注入煤层内。可以在约10-30大气压的压力下将加压的碱性分散体注入煤层内。可以持续至少1天、且优选约7天将加压的碱性分散体注入煤层内。[0038]该方法可以包括在注入加压的碱性分散体之前测试煤炭的等级和潜在渗透性的步骤。[0039]根据本发明的第二实施例，提供一种使煤层透化以使煤层的至少两个开放区以一个连结通道连接在一起的方法，所述方法包括将一种加压的碱性分散体注入煤层的第一所述开放区内的步骤，以便使煤层的煤炭透化并形成通向至少第二所述开放区的一个连结通道。[0040]加压的碱性分散体可以包括分散于加压的流体中的碱。加压的碱性分散体可以包含来自元素周期表第I族的至少一种类型的碱。该至少一种类型的碱可以是钠、钾或锂、或者其中两种或更多种的混合物。加压的碱性分散体可以包含分散于加压的流体中的碱性氢氧化物的水溶液。加压的碱性分散体可以包含约20%与30%重量比重量之间的碱性氢氧化物。加压的碱性分散体可以包含NaOH、Κ0Η或LiOH、或其混合物。加压的流体可以是加压的空气。加压的碱性分散体可以包含具有约10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒。加压的碱性分散体可以包含比率为近似80%体积体积的加压的流体比20%体积体积的碱溶液雾，所述雾包含具有约10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒。[0041]煤层的经透化的煤炭可以包含长度最高达约5_且宽度延伸于这些开放区之间的大量细裂纹断裂。该方法可以连接彼此间隔最高达约40m的开放区。可以约2-10m3min的速率将加压的碱性分散体注入煤层内。可以在约10-30大气压的压力下将加压的碱性分散体注入煤层内。可以持续至少1天、且优选约7天将加压的碱性分散体注入煤层内。[0042]煤层的至少两个开放区可以各自与气化器和或井、或其它类型的通道、钻孔、腔体、或在煤层内或邻近煤层延伸的开放构型进行关联。连结通道通常可以在这些开放区之间水平地延伸。该方法可以用于将两个井或者一个井与一个具有活性或原先具有活性的气化器的腔体连结在一起。该方法可以包括在注入加压的碱性分散体之前测试煤炭的等级和潜在渗透性的步骤。[0043]根据第三实施例，提供一种加压碱性分散体供应系统，所述系统包括：[0044]-个碱源；[0045]-个加压流体源；[0046]-个供给管，该供给管具有一个连接至该加压流体源的流体进口、一个连接至该碱源的碱进口、和一个用于将该加压的碱性分散体注入煤层内的可连接至井口的出口；和[0047]-个烟雾器，该烟雾器与碱进口关联用于形成碱雾，该碱雾可以在该供给管内与加压的流体混合以形成一种加压的碱性分散体。[0048]加压流体源可以是空气压缩机或压缩空气罐。烟雾器可以生产包含具有约10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒的碱雾。烟雾器可以受控的速率将碱溶液雾喷射至供给管内，以致其比率为近似80%体积体积的加压的流体比20%体积体积的雾。碱源可以包含含有碱溶液的碱罐。碱进口可以从碱罐的底部延伸至供给管内，而且与碱进口关联的系统的控制阀可以控制穿过其中的碱溶液的流速。碱罐可以具有一个用于接收压缩流体的、连接至供给管的流体进口，以便使碱源处于压力下以及确保碱罐的内容物的适当混合，并且一个与碱罐流体进口关联的控制阀可以调节压缩流体向碱罐中的流动。供给管可以约2-10m3min的速率将加压的碱性分散体供给至煤层。[0049]根据第四实施例，提供一种加压碱性分散体供应系统，所述系统包括：[0050]-个加压碱性分散体源;和[0051]-个供给管，该供给管具有一个连接至该加压碱性分散体源的进口和一个用于将该加压的碱性分散体注入煤层内的可连接至井口的出口。[0052]加压的碱性分散体可以包含分散于加压的流体中的碱。加压的碱性分散体可以包含来自元素周期表第I族的至少一种类型的碱。该至少一种类型的碱可以是钠、钾或锂、或者其中两种或更多种的混合物。加压的碱性分散体可以包含分散于加压的流体中的碱性氢氧化物的水溶液。加压的碱性分散体可以包含约20%与30%重量比重量之间的碱性氢氧化物。加压的碱性分散体可以包含NaOH、Κ0Η或LiOH、或其混合物。加压的流体可以是加压的空气。加压的碱性分散体可以包含具有约10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒。加压的碱性分散体可以包含近似80%体积体积的加压的流体比20%体积体积的碱溶液雾的比率，所述雾包含具有约10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒。[0053]应当理解的是，根据第三和第四实施例的系统可以在根据第一和第二实施例的方法中使用。[0054]现在将借助实例、参照附图来描述本发明的优选实施例。附图说明[0055]图1是根据本发明的一个实施例的加压碱性分散体供应系统的侧视图；[0056]图2是图1中所示的供应系统的截面图，但是进一步示出了一个空气压缩机；[0057]图3是图2中所示的供应系统的烟雾器的放大截面图；[0058]图4描绘了使用图1的供应系统来使煤层透化以连结一个井和一个气化器腔；[0059]图5在平面图中描绘了如何使图4中所示的煤层透化-示出了裂纹的理论传播虚线和实际传播实线）；并且[0060]图6是使图4中所描绘的煤炭透化的图解表示。具体实施方式[0061]在附图中，类似的参考数字是指类似的特征。[0062]通过背景介绍，本发明人已发现，在压力下注入煤层内的加压的碱性分散体可以有助于使煤层透化并在煤层的两个开放区之间产生连结通道。最初的连结通道通常为在开放区之间延伸的大量细裂纹断裂的形式。不是简单作用于煤炭中的现有裂纹上如加压的空气自身所做的），而是令碱性分散体在煤炭中产生新裂纹。另外，碱性分散体比单独作用于现有裂纹的加压的空气更深地渗透至煤层内。因此，存在更大的径向覆盖和渗透并产生裂纹，并且由此在煤层中特别是长距离上与其它开放区成功连结的机会比单独使用加压的空气可实现的机会更大。[0063]不希望受到理论的束缚，本发明人相信，借助作用于填充煤炭粒状内部空间的腐殖酸上的碱性分散体来进行煤炭的透化作用。腐殖酸的溶解减弱了煤炭颗粒之间的内聚力，因此促进了利用加压的空气的裂缝形成过程。腐殖酸为一组羟基羧酸，通过使无定形材料形式的死亡植物分解生成氢离子和盐而形成，并且能够进行碱交换。例如，褐煤通常可以包含6-18%重量重量的腐殖酸。[0064]现在参照图1-4,示出在煤层2的透化中使用的加压的碱性分散体，且具体而言，利用包含大量细裂纹的几乎水平的连结通道使煤层2中的开放区连接在一起。系统1包括一个碱源4、一个加压的空气源5即，流体）、一个供给管6和一个烟雾器7。[0065]碱源4为含有碱溶液（20-30%重量比重量的氢氧化钠，然而也可以是氢氧化钾或氢氧化锂的圆柱形170公升罐8。罐8具有用于接收压缩空气的延伸至供给管6的进口9,以便使碱溶液处于压力下以及确保罐的内容物的适当混合。与进口9关联的系统1的控制阀10调节压缩空气向罐8的流动。进口9具有沿着罐8的下部区域安置的用于空气的出口41。[0066]加压空气源5是空气压缩机13如图2中所示）。[0067]供给管6具有一个连接至空气压缩机13的进口11、一个延伸至罐8的进口管14、和一个用于将加压的碱性分散体注入煤层2内的可连接至井口17的出口15。供给管6具有约160mm的内径。如图4中所描绘的，供给管出口15可以与井30的井口17联接。[0068]将烟雾器7也被称作喷淋器或制雾器连接至安置于供给管6内的入口14的端部。图3中可以看见烟雾器7的进一步细节（而且该烟雾器是第三方可商购的烟雾器）。烟雾器7具有一个管状本体70、通道71和头部72。当碱溶液流过该本体70的通道71并通过头部72时被转换成雾。烟雾器7将加压的碱溶液转换成具有无论何处都为约10与40微米之间的平均尺寸的颗粒的雾。[0069]使碱溶液雾以近似80%体积体积的加压空气比20%体积体积的雾的比率在供给管6内与压缩空气混合。然而，该比例可以根据当前的任务进行改变。与进口14关联的系统1的控制阀20调节碱溶液向烟雾器7的流动，而且可以对其进行调整以根据煤层的预定的化学和物理特性来改变该比率。[0070]下列实施例解释了如何可以利用传送系统1使煤层2透化并且将井30连结至运转着的气化器21气化器腔21。[0071]如图4所见，将传送系统1联接至井30的井口17。井30包括混凝土23中所包围的128-300mm金属管22。[0072]例如，煤层2位于地平面以下近似180-250m。从煤层底板25至井外壳26底部的距离为近似1.2m。煤层2具有6-18%重量比重量的腐殖酸含量。[0073]在透化通道连结期间，在约10-30大气压的压力下以约2_10m3min速率，供给管6向煤层2注入加压的碱性分散体。图4中用虚线27描绘了煤层2的透化裂化断裂），并且裂化27随着离井30距离的增加而逐渐减弱。[0074]图5是示出在压缩空气连同用碱溶液溶解的腐殖酸的影响下于煤层2中打开的裂纹断裂27即，透化的理论面积31虚线和实际面积27实线和阴影的图形。[0075]图6是图4中所示内容的图解表示。该图形示出了在进入煤层2的距离上的裂纹开口断裂27的数量。从井30的中心，裂纹开口的大小可达5mm并且沿裂纹的各平面至煤层内的碱溶液渗透的深度可达5_。该图形示出了在井30的中心处的煤炭中存在约60条裂纹相距2cm。在离井30约25m的距离处的煤炭中存在约13条裂纹相距2cm〇[0076]下表1为每单位时间的裂纹透化参数的测量，其中：[0077]η-煤炭中相距2cm间隔的裂纹数量；[0078]Qb-通过井注入煤层内的压缩空气的体积为2-10m3min参见表2和3;[0079]QT-在20_30atm的压力下用空气填充煤层中裂纹的比率为0.01至0.0511131^11;0.6-3·0m3hr、14·4-72m3d、平均值-43m3天；[0080]qT-裂纹体积；[0081]L-裂纹长度，考虑从井中心的距离R;[0082]R-从井中心的距离；[0083]S-通过裂纹进入煤层内的空气渗入面积；[0084]表面的S-用碱溶液处理过的表面积；[0085]T-时间；[0086]Vha-溶解的腐殖酸的量；[0087]VHA30%-溶解的腐殖酸的量，具有产生煤炭的必要渗透性从而能够创造出用于通道烧穿的条件所需的裕度；[0088]Vs-溶解腐殖酸所需的碱溶液的体积;和[0089]Valk-Vs所需的碱的估计量，m3kg。[0090]表1[0091][0092]下表2中给出了每分钟注入供给管6的空气和碱溶液的技术参数。[0095]下表3中给出了每小时注入管6的空气和碱溶液的技术参数。[0096]表3[0098]数据示出，加压碱的性分散体可以用于有效地使煤层透化以将煤层的两个开放区以一个连结通道连接在一起，即使这些开放区可能相距约25m。[0099]在形成基本上水平的连结通道之后，然后可以开始进行UCG气化操作或其它类型的烧穿）以在这些开放区之间建立更宽的通道。[0100]如所示例出的或如概括地描述的本发明具有至少下列优点：[0101]1.本发明通过增加这些开放区（例如，气化器腔和竖直延伸的井之间的距离利用地下气化方法增加了回收煤炭油页岩的效率。[0102]2.本发明降低了在开放区之间创造通道的能源成本和时间。[0103]3.本发明通过连结至单个井来增加可用于气化的煤炭的体积。[0104]4.本发明易于实施。[0105]5.本发明比单独使用压缩空气进行连结更有效许多倍。[0106]6.本发明为非劳动密集型。[0107]7.本发明为连结的环保方式，因为它在煤层中不产生有害物质。[0108]8.本发明通过增加从一个生产井气化出的煤炭的体积而降低了能源生产成本。[0109]如本文中所使用的，除非上下文中另有需求，术语"包括comprise"和该术语的变形如"包括comprising"、"包括comprises"和"包括comprised"不意图排除另外的添加剂、成分、整体或步骤。[0110]对本说明书中任何现有技术的参考不被且不应当被看作是承认或以任何形式暗示该现有技术形成在澳大利亚的公知常识或任何其它管辖权限的一部分。

权利要求：1·一种加压碱性分散体供应系统，所述系统包括：一个碱源；一个加压流体源；一个供给管，该供给管具有一个连接至该加压流体源的流体进口、一个连接至该碱源的碱进口、和一个用于将该加压的碱性分散体注入煤层内的连接至井的出口；和一个烟雾器，该烟雾器与该碱进口关联用于形成碱雾，该碱雾在该供给管内与加压的流体混合以形成一种加压的碱性分散体。2.根据权利要求1所述的系统，其中该加压流体源是一个空气压缩机或一个压缩空气罐。3.根据权利要求1所述的系统，其中该烟雾器能够生产包含具有10与40微米之间的平均尺寸的碱溶液颗粒的碱雾。4.根据权利要求1所述的系统，其中该烟雾器以受控的速率将该碱雾喷射至该供给管内，以使该加压的流体比该碱雾的体积比率近似为80%比20%。5.根据权利要求1所述的系统，其中该碱源包含一个含有碱溶液的碱罐。6.根据权利要求5所述的系统，其中该碱进口从该碱罐的底部延伸至该供给管内，而且与该碱进口关联的该系统的一个控制阀控制穿过其中的碱溶液的流速。7.根据权利要求6所述的系统，其中该碱罐具有一个用于接收压缩流体的连接至该供给管的流体进口，以便使该碱源处于压力下以及确保该碱罐的内容物的适当混合，并且与该碱罐流体进口关联的该系统的一个控制阀调节压缩的流体向该碱罐内的流动。8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中该供给管能够以2-10m3min的速率将加压的碱性分散体供给至该煤层。

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