Brevet FR2505353A1 — publié le 19821112

La présente invention concerne l'extraction des combustibles fossiles par la méthode sans puits et a notamment pour obJet un procddé-pour leur gazéification souterraine. A la différence de la gazéification dans les générateurs en surface, la gazéification souterraine des combustibles fossiles, en particulier du charbon, s'effectue directelent à ltendroit du gisement de combustible, ce qui détermine une série de particularités de l'organisation et du déroulement du processus de formation du gaz. La technologie moderne de la gazéification souterraine des combustibles fossiles est basée sur la préparation non minière des générateurs de gaz souterrains et sur l'exécution du processus de gazéification dans des canaux de réaction, dans lesquels se produit l'interaction du carbone du combustible avec l'oxygène insufflé. La préparation non minière des générateurs de gaz souterrains consiste à ouvrir le secteur correspondant de la couche de charbon et à créer des canaux de réaction initiaux. L'ouverture de la couche s'effectue à l'aide de forages. On utilise différents types de forages verticaux, inclinés, inGlinds-horizontaux, Ces forages sont tubés Jusqutà une profondeur déterminée, à l'aide de tubes métalliques. La formation du gaz dans le canal de réaction s'effectue grâce à 1'interaction chimique de 1'oxygène insufflé avec le carbone du charbon et à la décomposition thermique du charbon. On sait que le processus de gazéification souterraine se fait par zones ; c'est-à-dire que sur la voie du mouvement du courant de gaz insufflé, depuis les trous d'insufflation 3usqu'aux trous d'évacuation, se créent des zones déterminées remplissant leurs fonctions propres. Dans la gazéification souterraine des combustibles fossiles, le débit, la composition et le pouvoir calorifique du gaz dépendent dé la composition du gaz insufflé dans le générateur souterrain, de la nature du combustible fossile et des conditions géologiques de gisement de sa couche. Toutes ces conditions égales par ailleurs, les indices du processus sont notablement influencés par l'intensité d'insufflation du gaz, par la forme du canal de réaction et par les facteurs aérodynamiques. On connatt plusieurs procédés de gazéification souterraine des combustibles fossiles. Le procédé principal de gazéification souterraine des couches à faible pendage de combusstibleB fossiles, en particulier de charbon, consiste à creuser dans la couche de charbon, à partir de la surface, des trous verticaux ou des trous verticaux et inclinés-horizontaux et à créer un front en ignition. Ensuite on met en communication les trous de la couche de charbon avec le front en ignition, par exemple au moyen d'une recoupe-foyer. En conséquence, il se forme des canaux de réaction. Puis on effectue-la gazéification de la couche de charbon par insufflation de gaz dans les canaux créés du c8té du front en ignition ou du passif vierge de couche de combustible fossile. Le gaz formé est évacué par les trous vers le front en ignition ou vers le massif vierge respectivement. Dans le cas de ce procédé, le pouvoir calorifique du gaz obtenu atteint seulement 3013,6 kJ/s3 et l'utilisation des réserves de charbon constitue seulement 72 ,' ("Gazéification souterraine des houilles", Gosgortekhizdat 1960). On connaît encore un procédé de gazéification souterraine de combustibles fossiles, en particulier de charbon, avec préparation thermique préalable du combustible. L'essentiel de ce procédé consiste à creuser d'abord des lignes ou rangées de trous verticaux équidistants. On crée le front en ignition et on relie, par la récoupefoyer, la deuxième ligne de trous avec les trous de la première ligne, et les trous de troisième ligne, avec les trous de la deuxième ligne. En conséquence, on obtient des canaux de réaction. Puis on commence le processus de gazéification. A cet effet, on insuffle de l'oxygène dans les trous, du côté du front en ignition.Le gaz obtenu est évacué par les trous disposés du coté du massif vierge.Simultandment, on relie les trous de la quatrième ligne aux trous de la troisième ligne, Si cette liaison s'effectue avant l'achèvement du processus de gazéification dans la première interligne, c'est-à-dire entre les trous des première et deuxième lignes, le gaz est évacué aussi à travers la quatrième ligne ou, simultanément, à travers les troisième et quatrième lignes de trous. Le gaz peut être évacué partiellement à travers les trous de la deuxième ligne. Après la gazéification dans la première ligne, on commence l'insufflation de l'oxygène dans les trous de la deuxième ligne, et le gaz est évacué des trous de la première et la quatrième ligne et, partiellement, des trous de la troisième ligne. Dans ce cas, le processus de gazéification se déroule de la manière suivante : entre la première et la deuxième ligne se produit la gazéification complète du charbon resté après la période précédente de gazéification ; le gaz est évacué à travers les trous de la première ligne ; entre la deuxième et la troisième ligne se produit la gazéification du charbon, thermiquement préparé, de la deuxième interligne, et la troisième ligne se trouve à l'état de préparation ther risque. Ensuite on met en communication les trous de la quatrième et de la cinquième ligne. Le processus se déroule suivant cette succession dans les limites du gisement du combustible fossile.La séquence adoptée de passage de l'insufflation d'une ligne de trous à une autre assure, d'une part, la gazéification du combustible fossile thermiquement préparé dans la direction du massif et la préparation thermique simultanée du secteur suivant du combustible fossile, et d'autre part, la gazéification complète des restes de combustible fossile dans le sens inverse, dans l'interligne de trous précédente.En cas de gazéification de secteurs de combustible fossile préparés thermiquement, on obtient une augmentation du pouvoir calorifique du gaz par rapport au pouvoir calorifique du gaz obtenu pendant la gazéification des secteurs de combustible fossile à humidité naturelle, ainsi qu'un degré plus élevé d'utilisation des réserves de charbon sur les secteurs préparés thermiquement, par rapport aux secteurs de charbon à humidité naturelle (certificat d'auteur URSS, N 124575). L'emploi de ce procédé assure la production systématique de gaz à pouvoir calorifique de 3348,4 kJ/s3 à 3557,7 kJ/n3 et la gazéification des réserves de charbon Jusqu'd 100 % . TOutefois, le procédé est efficace lorsque la profondeur de gisement de la couche est de 50 à 60 n, et son épaisseur, de 2 à 3 n. Si la couche de charbon se trouve à une profondeur supérieure et que son épaisseur est plus grande , par exemple si la profondeur est de 150 m et l'épaisseur de 6 à 10 n, les trous verticaux ne peuvent pas être exploités suivant la succession mentionnée plus haut. Au cours de l'évacuation du gaz, les tubes métalliques introduits dans les trous s'échauffent et s'allongent Jusqu'à 0,5 n.De ce fait, un tel trou n'est pas suffisamment étanche derrière les tubes, et ne peut pas être employé pour l'insufflation de l'oxygène. En outre, l'expérience montreqie dans les conditions d'une épaisseur de couche de 2 à 3 m à la profondeur de 50 la, les zones de gazéification ont une longueur de 25 n au maximum. On creuse les trous verticaux à cette distance. En cas de gazéification souterraine d'une couche de plus grande épaisseur (Jusqu'à 20 n) avec une profondeur de gisement de 120 n et plus, il est nécessaire pour l'achèvement du processus de forsation du gaz, de prévoir un canal plus long (au moins de 40 n). Suivant encore un procédé de gazéification souterraine de combustibles fossiles, la préparation du générateur de gaz est effectuée par forage dans la couche de combustible fossile de canaux de 150 à 200 m de longueur et de trous verticaux : principaux, situés au début du canal, et intermédiaires. On creuse les trous intermé- diaires le long de l'axe longitudinal du canal, tous les 40 à 60 m. Ces u us peuvent ainsi être disposés de part et d'autre de cet axe. On crée le front en ignition du côté de la fin des canaux et on exécute le traitement thermique des canaux. Ensuite on effectue la recoupefoyer successive des trous verticaux avec le canal, à partir du front en ignition, et on effectue la gazéification souterraine des combustibles fossiles par secteurs. Dans ce but, on insuffle à tour de rôle de 1 'oxygène dans chaque trou intermémdiaire à partir du front en ignition. L'oxygène peut être aussi insufflé dans le plan de la couche, sous un angle par rapport i l'axe longitudinal du canal, l'intensité de l'insufflation de 1 'oxygène dans chaque trou intermédiaire étant augmentée proportionnel liement à l'acroissement de la longueur du canal. Le gaz obtenu est évacud à travers les trous verticaux de cette partie du canal. De la sorte, on effectue la gazéification du combustible fossile par parties, sur toute la longueur du canal de forage. On soumet les réserves résiduaires de charbon à la gazéification par insufflation de l'oxygène dans les trous principaux et les canaux, et le gaz ainsi produit est évacué à travers tous les trous existants (ci 0 Golubev Ju. B. Zybalova G.P., Kulakova M.A. "Gazéification successive des réserves de houille", Receuil d'études de VNII promgaz, fascicule 3, M, 1969). Par ce procédé, on produit un gaz dont le pouvoir calorifique est insuffisant, de l'ordre de 3348,4 kJ/m3. Le degré d'utilisation des réserves de charbon n'est pas suffisant, lui non plus, et constitue 80 %. Tout ceci s'explique par le fait que la gazéification, selon ce procédé, se fait avec un combustible fossile humide, d'une humidité de 30 à 35 96, et que l'effet positif du traitement thermique préalable n'est pas utilisé. De la sorte, les procédés connus de gazéification souterraine résolvent le problème de l'exploitation des gisements de combustibles fossiles et assurent la production planifiée de gaz combustible. Cependant, ces procédés ne permettent pas d'obtenir du gaz avec un pouvoir calorifique suffisant et n'assurent pas l'extrac- tion voulue des réserves de combustible fossile. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de gazéification souterraine de combustibles fossiles, qui peraett S ent d'obtenir un gaz à pouvoir calorifique plus élevé et d'assurer en même temps l'utilisation maximale des réserves de combustible fossile. Ce problème est résolu à l'aide d'unpocédé de gazéification souterraine de combustibles fossiles, comprenant la préparation du générateur de gaz par exécution de canaux de forage et de trous verticaux dans la couche de combustibles fossiles : trous principaux situés au début du canal et trous intermédiaires disposés le long de 1'axe longitudinal du canal de forage et des deux côtés de cet axe ; la création d'un front en ignition du côté de la fin des canaux de forage, à partir de laquelle on effectue le traitement thermique des canaux de forage ; une recoupe-foyer successive des trous verticaux avec le canal de forage, à partir du front en ignition ; une gazéification des combustibles fossiles,par parties, grace à l'insufflation d'oxygène dans le plan de la couche , sous un angle par rapport à l'axe longitudinal du canal de forage, dans chaque trou intermédiaire à tour de rôle, à partir du côté du front en ignition, l'intensité de l'insufflation de l'oxygène dans chaque trou intermédiaire étant augmentée proportionnelLement à l'accroissement de la longueur du canal de forage; une dérivation du gaz produit, sur chaque partie du canal, vers le front en ignition ; une gazéification subséquente des combustibles fossiles par insufflation d'oxygène dans les trous principaux et les canaux de forage ; et une évacuation du gaz produit, caractérisé, suivant l'invention, en ce que les trous intermédiaires, le long de l'axe longitudinal de chaque canal de forage, sont disposés alternativement , chaque trou étant situé du côté opposé à celui où se trouve le trou précédent, et en ce qu'au cours de la gazéification par parties, l'oxygène est insufflé dans les trous intermédiaires à tour de rôle à partir de l'axe longitudinal du canal de forage, pendant le temps nécessaire à la gazéification de 20 %, au maximum, des réserves de combustibles fossiles de chaque partie du canal de forage et assurant le traitement thermique de la couche. Selon le procédé conforme à l'invention-, la gazéifi- cation des combustibles fossiles se fait en deux stades gazéification par parties (préparatoire) assurant l'obtention d'un pouvoir calorifique élevé du gaz grâce à l'insufflation dirigée de l'oxygène, et gazéification principale (subséquente) suivant toute la longueur du canal de forage des combustibles fossiles thermiquement préparés. La gazéification des combustibles fossiles theriquementpripar* donne la possiblité d'obtenir un gaz à pouvoir calorifique élevé tout en utilisant au maximum les réserves de combustibles fossiles. La gazéification préparatoire se fait en quelques périodes, suivant le nombre de trous intermédiaires. Pendant toute la période de gazéification (préparatoire et principale) les courants gazeux sont dirigés vers le front en ignition, d'où ils sont évacués conformément à n'importe quel système connu d'évacuation du gaz. Tous les trousfonctionnent alors suivant le régime : insufflation d'oxygène - évacuation du gaz produit. Le sens de l'insufflation d'oxygène, depuis l'axe longitudinal du canal de forage, à partir des trous intermédiaires, influe favorablement sur les caractéristiques aérodynamiques du courant gazeux, car le canal de forage strictement rectiligne acquiert, après le stade de gazéification par parties, une forme tortueuse, ce qui améliore le processus de formation du gaz et assure la gazéification complète des combustibles fossiles. De cette façon, le procédé proposé résout le problème de l'augmentation du pouvoir calorifique du gaz produit, tout en améliorant la sureté du Ponctonnement des trous et en assurant la gazéification complète des réserves de combustibles fossiles. En plus, l'augmentation de la quantité de combustibles fossiles soumis à la gazéification dans un canal de forage, sur deux, permet d'augmenter la distance entre les canaux de forage, ce qui, à son tour, diminue, les frais de préparation des générateurs de gaz par forage, la mise en coaununication en surface des trous et la recoupe-foyer des trous dans la couche de combustibles fossiles. Tout ceci assure une économie supplémentaire notable lors de la gazéification souterraine des combus- tibles fossiles, d'après le procédé proposé. Le procédé de gazéification souterraine est simple du point de vue technologique et est mis en oeuvre de la manière suivante. On prépare le générateur de gaz à partir de la surface par forage de canaux dans la couche de combustibles fossiles, par exemple des trous inclindss-horizontaux. Ensuite, on creuse des trous verticaux : trous principaux au commencement du canal et trous intermédiaires.On dispose les trous intermédiaires le long de l'axe longitudinal du canal de forage, des deux côtés de cet axe et alternativement, de sorte que chaque trou se trouve du côté opposé à celui où se situe le trou précédent, c'est-i-dire que les trous sont situés tantôt du côté droit, tantôt du côté gaude du canal. En même temps, les trous verticaux intermédiaires ont des ouvertures pour l'insufflation d'oxygène dans le plan de couche, sous un angle par rapport à l'axe longitudinal du canal de forage et de part et d'autre de cet axe.On reveut les trous verticaux de colonnes métalliques introduites dans la couche de charbon par le procédé ordinaire. Puis on crée le front en ignition du générateur de gaz par allumage de la couche de combustibles fossiles du côté de l'extrémité des canaux de forage. Ensuite on effectue le traitement thermique des canaux et la mise en communication des trous verticaux avec le canal de forage. On peut exécuter ladite mise en communication soit par le procédé de recoupe-foyer, soit par fracturation hydraulique de la couche de combustibles fossiles, suivie d'un traitement flamme du secteur qui a subi la fracturat-ion hydraulique. En cas de mise en communication des trous avec le canal de forage par la méthode de recoupefoyer, on introduit à tour de rôle dans les trous un courant gazeux sous haute pression, dont la valeur dépend de la profondeur de gisément de la couche et de sa perméabilité. On effectue la mise en communication du côté du front en ignition. Pour la fracturation hydraulique de la couche de combustibles fossiles, on introduit à tour de rôle dans les trous de l'eau ou un autre liquide sous haute pression.En conséquence, il se crée dans la couche de combustibles fossiles des fissures où liron introduit un courant gazeux sous moyenne pression afin de rapprocher le foyer de combustion du front du trou intermédiaire. On combine la mise en communication des trous verticaux avec les régimes de gazéification. Lors de la gazéification des combustibles fossiles par parties, on insuffle le courant gazeux dans les trous intermédiaires à tour de rôle, du côté du front en ignition comme indiqué plus haut, ctest-d-dire dans le plan de la couche, sous un angle par rapport à l'axe longitudinal du canal de forage et de part et d'autre de cet axe. Le gaz produit est dérivé vers le front en ignition, d'où il est évacué par n'importe quel système connu d'évacuation du gaz. Pendant la gazéification par parties, lors de l'envoi dirigé du courant gazeux dans les trous intermédiaires, il se produit une gazéification partielle des combustibles fossiles. La dérivation du gaz produit vers le coté du front en ignition assure la préparation thermique des combustibles fossiles sur le chemin du courant gazeux. Ce régime de gazéification s'effectue à travers tous les trous intermédiaires .On augmente l'intensité d'insufflation du courant gazeux dans chaque trou intermédiaire proportionnellement à l'accroissement de la longueur du canal de forage.On effectue la gazéification des combustibles fossiles par parties à travers les trous intermédiaires pendant le temps nécessaire à la gazéification de 20 X au maximum des réserves de combustibles fossiles de chaque partie du canal de forage. La quantité de combustibles fossiles qu'on doit soumettre à la gazéification préparatoire se calcule suivant la formule où n est un nombre pouvant aller Jusqu'à 2 q Ja longueur de la partie du canal de forage b ,la distance entre les canaux de forage; rn ;'épaisseur de la couche de combustible fossile, r Je poids spécifique du combustible fossile. En partant d'une intensité déterminée de l'insufflation et de la quantité de réserves de combustibles fossiles, calculée, à l'aide de la formule donnée ci-dessus, on choisit le temps durant lequel il faut introduire le courant gazeux. On calcule le temps pour la mise en communication du trou intermédiaire suivant en tenant compte de la durée d'insufflation du courant gazeux, pour la gazéification, dans le trou intermédiaire précédent. A la fin du processus de gazéification par parties, on exécute une gazéification des combustibles fossiles thersiquezent préparés. Dans ce but, on insuffle un courant gazeux dans les trous principaux ou dans les trous principaux et les canaux de forage. Le procédé conforme à l'invention a été employé dans des conditions industrielles. On a soumis à la gazéification souterraine un secteur de charbon dont les réserves constituaient 30 900 tonnes, On a gazéifié 29 000 tonnes de charbon, ce qui constitue environ 100 % de toute la réserve. Le pourvoir calorifique moyen du gaz produit est de 3922 kJ/m3. De toute la quantité de réserve de charbon, 15, 6 % ortété gazéifiés par amende dirigée du courant gazeux dans le plan de la couche, et le pourvoir calorifique moyen du gaz produit était de 4620,8 kJ/m3. En cas de gazéification du charbon par le procédé ordinaire, sans envoi dirigé du courant gazeux dans les trous intermédiaires de part et d'autre de 1'axe du canal de forage, et sans préparation thermique du charbon, le pouvoir calorifique du gaz produit constitue, en moyenne, 3,35 MJ/cm3 et le taux d'utilisation des réserves de charbon est de 75 à 80 % . Bien entendu, l'lnvention net nullement limitée aux modeste réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée0 REVENDICATIONS 1. Procédé de gazéification souterraine dd combustibles fossiles du type comprenant la préparation d'un générateur de gaz par forage dans la couche de combustibles fossibles, de canaux de forage et de trous verticaux constitués par des trous principaux situés au début dudit canal et par des trous intermédiaires disposés le long de l'axe longitudinal de chaque canal de forage et de part et d'autre de cet axe, la création d'un front en ignition du côté de la fin des canaux de forage, à partir de laquelle on effectue le traitement à la flamme des canaux de forage, la mise en communication à la flamme des trous verticaux à tour de rôle avec le canal de forage à partir du côté du front en ignition, la gazéification des combustibles fossiles par parties, par amenée du courant gazeux dans le plan de la couche, sous un angle par rapport à l'axe longitudinal du canal de forage dans chaque trou intermédiaire à tour de rôle à partir du côté du front en ignition, l'intensité d'insufflation du courant gazeux dans chaque trou intermédiaire étant augmentée proportionnellement à l'acroissement de la longueur du canal de forage, la dérivation du gaz produit dans chaque partie du canal vers le côté du front d'ignition, la gazéification ultérieure des combustibles fossiles par insufflation du courant gazeux dans les trous prindpaux ou dans les trousprincipaux et les canaux de forage, et l'évacuation du gaz produit, caractérisé en ce que les trous verticaux intermédiaires sont alternés le long de l'axe longitudinal de chaque canal de forage de façon que chaque trou se trouve par rapport à ce dernier, du côté opposé à celui où se situe le trou précédent, et en ce que lors de la gazéification par parties, on envoie le courant gazeux dans les trous intermédiaires à tour de rôle depuis 1'axe longitudinal du canal de forage et pendant le temps nécessaire à la gazéification de 20 X, au maximum, des réserves de de combustibles fossiles de chaque partie du canal de forage et assurant la préparation thermique de la couche