Brevet FR2313439A1 — publié le 19761231

On connaît différents procédés de gazéification souterraine des gisements de combustibles solides dans lesquels la circulation du courant servant à la gazéification est assurée par filtration du gaz à l'intérieur du gisement entre deux ou plusieurs sondages réalisés à partir de la surface Dans ces procédés, la température du gaz sortant du gazogène souterrain peut atteindre un niveau élevé et, lorsque la gazéification est réalisée sous haute pression, il devient particulièrement opportun de refroidir les sondages utilisés pour la sortie du gaz, en les équipant dsun dispositif qui réponde à trois objectifs - assurer la résistance mécanique des tubages en dépit de la haute température des gaz qui y circulent ;; - assurer et maintenir l'étanchéité entre le tubage et les roches encaissantes en évitant la désagrégation du cimentage par des effets thermiques - récupérer la chaleur sensible des gaz de gazéification sous une forme utilisable pour la production d'énergie. le problème ainsi posé peut être résolu par l'adop- tion d'un tubage à double paroi entre lesquelles on réalise une circulation d'eau. L'adoption de ce dispositif présente cependant trois inconvénients : - le tubage à double paroi est plus rigide qu'un tubage normal, ce qui exclut son utilisation dans des sondages présentant des courbures importantes. - le tubage à double paroi entravée une forte réduction de la surface offerte au passage des gaz ; cette réduction doit entre compensée par une augmentation du diamètre des sondages, ce qui entraîne une augmentation de leur cotit. - le tubage à double paroi est un dispositif de refroidissement installé un & fois pour toutes et qui n'est pas susceptible d'étire récupéré après utilisation, La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et de résoudre le problème du refroidissement des gaz et de la protection du tubage grâce à un procédé consistant à introduire à l'intérieur du tubage un dispositif tubulaire dans lequel on réalise une circulation d'eau en vue de refroidir le gaz, de récupérer sa chaleur sensible et de maintenir la paroi du tubage à une température suffisamment faible et suf fisamment constante pour que l'étanchéité du joint de ciment, qui relie le tubage à la roche, ne soit pas compromise par des effets thermiques, Dans le procédé conforme à l'invention, le sondage est revêtu dgun tubage simple dont la majeure partie est constituée dgéléments standardisés en acier ordinaire, l'étanchéité entre la roche et le tubage étant réalisée par cimentage suivant la technique courante. les tubes destinés au revêtement de la partie laplus profonde du sondage peuvent avantageusement être constitués d'éléments en acier spécial au chrome-nickel capables de résister à des températures élevées ; ils ne sont pas cimentés contre la paroi de la roche, afin de rester librement dilatables. l'invention concerne également un appareillage destiné à réaliser le procédé, cet appareillage est simple, peu encombrant et susceptible d'être récupéré après utilisation. Il comporte un dispositif tubulaire à circulation d'eau constitué d'un tube fermé à sa partie inférieure et dont la diamètre est compris entre 40 et'60 % du diamètre utile du tubage du sondage, et d'un tube intérieur de plus petit diamètre utilisé pour l'adduction d'eau. L'invention est décrite maintenant avec plus de dé- tails sur la base des dessins annexés, montrant en t Figure I une coupe par un plan vertical, passant par l'axe du sondage, d'un dispositif de refroidissement suivant l'invention ; figure IL une coupe transversale à plus grande échelle dans une réalisation particulièrement avantageuse du dispositif d'adduction d'eau faisant partie du dispositif de refroidissement de figure I, et E\igure Eune coupe analogue à celle de figure I avec le dispositif d'adduction d'eau de figure X. Un dispositif de refroidissement suivant l'invention est schématisé à la figure I. il est réalisé sous la forme d'un tube en acier 1, d'un diamètre compris entre 40 et 60 ffi du diamètre utile du tubage 2 et qui pend librement à l'intérieur de celui-ci. Ce tube t est fermé à sa partie inférieure par un fond de forme hémisphérique 3 et il renferme un tube intérieur 4 de plus petit diamètre0 Le gaz à-haute température et à haute pression en provenance de la zone de gazéification circule de bas en haut tans l'espace annulaire compris entre le tubage 2 et le tube de refroidissement 1 et en sort par la tubulure latérale 5. L'eau destinée au refroidissement du gaz et à la production de vapeur est alimentée par la pompe 6 et introduite au fond du tube de refroidissement par le tube intérieur 4 Un échange de chaleur très actif se-produit entre l'eau et les gaz chauds, à travers la paroi du tube 1. L'eau surchauffée remonte dans l'espace annulaire compris entre les tubes 1 et 4 et y subit une vaporisation ré sultant de l'effet conjugué de l'échauffement et de la diminution de pression. La vapeur produite est évacuée par la tubulure latérale 7 et par l'intermédiaire de conduites calorifugées, selle est dirigée vers la centrale de production dténergieO Au contact de la paroi refroidie par l'eau de circula- tion, le gaz qui remonte dans l'espace annulaire entourant le tube 1 se refroidit rapidement et il parvient dans la partie cimentée du tubage à une température suffisamment faible et suffisamment constante, pour que l'étanchéité du joint de ciment, qui relie le tubage à la roche, ne soit pas compromise par des effets thermiques0 A titre d'exemple, si le tube 1 a un périmètre extérieur de 500 mm et si sa paroi est maintenue à 2500C du fait de la circulation d'eau, ltéchange de chaleur qui se produit à travers un mètre de longueur de tube peut se calculer par la relation Q = k (TG - 250). Oy5 (kcal/h) dans cette formule, GG désigne la température du gaz et k le coéfficient de transfert de chaleur exprimé en kcal par heure, 2 par m et par degré centigrade. Compte tenu de la pression et de la vitesse de circulation du gaz qui remonte dans l'espace annulaire compris entre les parois î et 2, le coéfficient de transfert de chaleur k peut atteindre des valeurs de l'ordre de 200 à 300 kcal/m h C En adoptant une valeur moyenne k = 250 et en supposant que le débit gazeux qui remonte entre les parois 1 et 2 soit de 10.000 Nm3/h avec une chaleur spécifique de 0,35 kcal/Nm3 C, le refroidissement du gaz sur un parcours de longueur dx atteint dT= -Q.dx 250 x 0,5 (TG - 250) dx ( C) 10.000 x 0,35 3.500 soit environ -3,57 (TG - 250) dx ( C) 100 En intégrant de l'entrée du sondage Jusqu'à une distance x, il vient Si la température du gaz à l'entrée du sondage est de 1.0000C, sa température Tx après 100 m de parcours peut se déduire de la relation ln . (Tx - 250) = ln (1.000 - 250) - 3,57 d'où l'on tire : Tx = 27100. Ce calcul montre l'efficacité du dispositif de re froidissement du gaz et confirme la possibilité de,maintenir la zone cimentée des tubages à une température suffisamment faible et suffisamment constante pour que l'étanchéité du joint de ciment qui -relie le tubage à la roche. ne soit pas compromise par des effets thermiques0 Pour éviter que la circulation de l'eau à l'intérieur du tube d'adduction 4 soit entravée par la formation de bulles de vapeur, il importe que la pression d'eau qui règne à l'intérieur de ce tube soit toujours supérieure à la pression qui règne au même niveau dans l'espace annulaire compris entre les tubes 1 et 4.Ce résultat peut être obtenu en terminant le tuyau d'adduction 4 par un fond percé diun orifice calibré 8 dont le diamètre est choisi pour créer une perte de charge qui maintienne la différence de pression au niveau voulu. Pour qu'un tel appareillage présente un maximum d'ef ficacité, il faut que l'eau de refroidissement parvienne au fond du sondage sans subir un échauffement excessif, Dans un grand nombre de cas, ce résultat ne peut être obtenu qu'en entourant le tube intérieur d'une enveloppe calorifuge assurant son isolation thermique. Cependant, la présence de cette isolation augmente llencombrement du tube central et son efficacité- peut être compromise par les transferts de chaleur qui se produisent à l'emplacement des raccords filetés, si le tube est réalisé par tron çons de relativement faible iongueur, raccordés entre eu.x sui vant les techniques classiques utilisées pour le raccordement des tiges de forage et des éléments de tubage. Dans une version particulièrement avantageuse de la présente invention, on remédie à ces inconvénients en réalisant un tube d'adduction d'eau monobloc, pourvu de son isolation thermique, suffisamment résistant pour pouvoir pendre librement à l'intérieur du dispositif de refroidissement sur une longueur prouvant atteindre 1.000 à 2eOOO mètres et suffisamment flexible pour qu'il soit possible d'en assurer le transport et la manutention par enroulement sur un tambour de diamètre approprié. Le principe de cet appareillage est illustré à la figure II qui montre une coupe transversale à travers l'appareillage destiné au refroidissement des gaz de gazéification et à la figure III qui représente une coupe par un plan vertical passant par l'axe du sondage. Le tube d'adduction d'eau est un tube flexible cons titué de trois éléments concentriques - un tube monobloc 9 dont le diamètre utile peut atteindre 20 à 2-5 mm et dont la paroi est constituée d'une matière synthé tique élastique, d'un métal ductile tel que cuivre ou laiton ou d'une fine épaisseur d'acier rendue flexible par un profi age ondulé. - une isolation thermique 10 constituée par des nappes succes sives de rubans de fibres de verre, enroulés en spirale autour du tube intérieur, les différentes couches étant solidarisées par -des couches intercalaires de téflon (polytétrafluoréthy lène) ou par imprégnation au moyen d'un enduit souple et im perméable résistant à des températures élevées, tels que l'on peut actuellement en produire à partir de silicones. - une gaine extérieure 11 constituée de fils d'acier dur tressés ou enroulés en spirales en nappes successives suivant les techniques utilisées pour la fabrication des cibles de levage. La gaine extérieure et le tube flexible se raccordent à leur partie inférieure à un tube rigide 12 d'une dizaine de mètres de longueur en fonte ou en acier de forte épaisseur qui, par son poids et par-sa rigidité, facilite l'introduction et la descente du tube flexible à l'intérieur du dispositif de refroidissement. En plus de son relue d'isolant thermique, l'enroulement de rubans de fibres de verre réalise un frettage du tube central. Grâce à cela, le tube central peut résister à des pressions intérieures très élevées sans qugil soit nécessaire d'augmenter fortement l'épaisseur de ses parois. La gaine extérieure de fils dgacier confère à l'en- semble une résistance à la traction comparable à celle des câbles de levage, ce qui permet au dispositif de pendre librement sur de très grandes longueurs. Revendications 1. Procédé pour le refroidissement des gaz de gazéification souterraine des gisements de combustibles so-lides, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire dans le tubage un dispositif tubulaire dans lequel on réalise une circulation d'eau en vue ae refroiair le gaz, de récupérer sa chaleur sensible et de maintenir la paroi du tubage à une température suffisamment faible et suffisamment constante pour que l'étanchéité du joint de ciment qui relie le tubage à la roche ne soit pas compromise par des effets thermiques. 2. Appareillage pour la réalisation du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif tubulaire à circulation d'eau est constitué d'un tube fermé à sa partie inférieure, dont le diamètre est compris entre 40 et 60 ffi du diamètre utile du tubage du sondage, et dgun tube intérieur de plus petit diamètre utilisé pour l'adduction d'eau0 3.Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube de petit diamètre utilisé pour l'adduction d'eau est terminé à sa partie inférieure par un orifice calibré, dont le diamètre est choisi pour créer une perte de charge qui maintienne une différence de pression appropriée entre l'intérieur et l'extérieur du tube d'adduction, afin d'éviter que la descente de l'eau dans le tube d'adduction soit entravée par la production de bulles de vapeur. 4. Appareillage pour la réalisation du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'adduction d'eau est réalisé sous la forme d'un tube monobloc de grande longueur, qui comporte trois éléments concentriques - un tube intérieur flexible - une isolation thermique constituée de couches successives de rubans isolants enroulés en spirale, les différentes couches étant solidarisées par intercalation de matières plastiques ou par imprégnation au moyen d'un enduit souple et imper méable, résistant à des températures élevées - une gaine extérieure constituée de fils d'acier tressés ou enroulés en spirales, en nappes successives0 5.Dispositif d'adduction d'eau selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi du tube intérieur est constituée d'une matière synthétieue élastique, d'un métal ductile tel que cuivre ou laiton ou d'une fine épaisseur d'acier rendue flexible par un profilage onGu.l. 6. Dispositif d'adduction à'eau selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'isolation thermique est réalisée au moyen de rubans de fIbres de verre solidarisées par des couches intercalaires de --ou par imprégnation au moyen d'un enduit souple à base- de silicones0 7. Dispositif d'adduction dreau selon la revendication 4, caractérisé en ce que la gaine extérieure est constituée de fils d'acier dur tressés ou torsadés, mis en oeuvre suivant les techniques utilisées pour la fabrication des câbles de levage. 8. Dispositif d'adduction d'eau selon la revendication 4, caractérisé en ce que la gaine extérieure et'le tube flexible se raccordent à leur partie inférieure à un tube rigide d'une dizaine de mètres de longueur en fonte ou en acier de forte épaisseur.