一种引火燃料井下注入方法与流程

1.本发明涉及煤炭地下气化技术领域，具体而言，涉及一种引火燃料井下注入方法。


背景技术：

2.随着我国油气田勘探开发逐步走向深井、超深井，勘探难度越来越大，随着能源转型升级需求越发迫切，亟需发展清洁能源开采及利用。煤炭地下气化是一种能很好解决能源需求与能源清洁使用矛盾的有力措施，我国地下煤炭资源量丰富，尤其在中深层，未开发资源体量大，因此煤炭地下气化技术(ucg)已成为目前国内清洁能源开采重要手段。在实际工程中，煤炭地下气化技术需重点解决可靠性、安全性、高效性等问题。
3.井下点火关键在于引火燃料与主燃料按照一定的比例注入至点火器处，但由于连续管长达数千米，在垂直段和水平段处，出现弯曲流动，且管内存在液体，注入时存在多相流影响，导致地面注入的引火燃料阈值到达点火器时，浓度无法精准控制，达不到起火要求，最终点火失败。
4.国内目前没有较好的可行性方案与措施，主体技术有两类，一类是将主燃料和引火燃料同时注入，通过提高引火燃料注入前的浓度，用以保证在到达着火点时的浓度阈值。然而，在引火燃料注入的过程中容易发生损失，导致到达点火器的引火燃料浓度不够，从而使点火失败；如果为了保证点火成功，则主要注入足够多的引火燃料，但是引火燃料的成本极高，极易造成燃料浪费。第二类是通过人为强制氧化，利用煤的自燃特性，通过多次的排水、加热循环操作，启动空气加热装置，然后通入氧气加强煤层燃烧，使得煤气热值达到一定程度，进入后续气化过程，该方法需多次排水、加热等操作，以达到强制氧化的目的，工艺流程复杂，可靠性低，作业周期长。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种引火燃料井下注入方法。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.本发明提供一种引火燃料井下注入方法，向连续管中依次注入互相隔离的引火燃料和主燃料至点火器的位置，再将两者混合；向所述连续管中通入含有氧气的混合气体，并启动所述点火器进行点火。
8.进一步，所述引火燃料与所述主燃料之间通过隔离胶囊或隔离液进行隔离。
9.进一步，所述引火燃料与所述主燃料之间通过隔离胶囊进行隔离时，所述注入方法包括以下步骤：
10.s1-1、将所述引火燃料封装至所述隔离胶囊内；
11.s1-2、采用氮气将封装有所述引火燃料的隔离胶囊注入所述连续管中，并吹送至所述点火器的位置；
12.s1-3、向所述连续管中注入溶解液，使所述隔离胶囊溶解；
13.s1-4、向所述连续管中注入所述主燃料至所述点火器的位置，并使所述主燃料与
所述引火燃料混合；
14.s1-5、向所述连续管中通入含有氧气的混合气体，启动所述点火器，完成点火。
15.进一步，所述隔离胶囊的材质为脲醛树脂和硫酸铝的混合物，所述溶解液为质量百分数为15～25％的尿素溶液；所述隔离胶囊的质量与所述溶解液的质量比为7:2。
16.进一步，所述引火燃料与所述主燃料之间通过隔离液进行隔离时，所述注入方法包括以下步骤：
17.s2-1、依次向所述连续管中注入所述引火燃料、所述隔离液和所述主燃料至点火器的位置；
18.s2-2、在所述点火器的位置使所述引火燃料与所述主燃料接触，向所述连续管中通入含有氧气的混合气体，启动所述点火器，完成点火。
19.进一步，所述隔离液为碱性溶液和表面活性剂的混合溶液，所述碱性溶液和所述表面活性剂的质量比为1:3；所述碱性溶液为氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液，所述表面活性剂为硅酸钠溶液或乳化剂。
20.进一步，所述隔离液与所述引火燃料的体积比为1:5。
21.进一步，所述引火燃料为三乙基硼烷，所述主燃料为庚烷；三乙基硼烷的质量为0.66kg～6.6kg，庚烷的质量流量为8.16kg/h～16.32kg/h。
22.进一步，所述含有氧气的混合气体含有氧气和氮气，氧气的体积百分数为25％，余量为氮气。
23.进一步，在所述向连续管中注入与主燃料隔离的引火燃料之前，先采用氮气对所述连续管进行吹扫。
24.本发明的有益效果为：
25.(1)本发明的引火燃料井下注入方法，将引火燃料与主燃料隔离注入连续管中，并在点火器的位置使两者混合，同时实现点火；步骤简单、可操作性强，作业周期短；
26.(2)本发明的引火燃料井下注入方法，采用隔离胶囊对引火燃料进行封装，使引火燃料能够顺利通过垂直段和水平段转弯处，避免其受到多相流影响，从而防止引火燃料阈值到达点火器时发生浓度变化，导致点火失败；
27.(3)本发明的引火燃料井下注入方法，采用隔离胶囊对引火燃料进行封装后，配合溶解液的使用，能够实现对隔离胶囊溶解的精准控制，从而使点过过程也精准可控，进一步保证点火成功率；
28.(4)本发明的引火燃料井下注入方法，仅需采用引火燃料和主燃料配合点火无需增加其他辅助燃料或成分，能够有效降低成本，并且大幅度提高可靠性。
附图说明
29.图1为本发明的引火燃料井下注入方法中，采用隔离胶囊进行隔离的流程图；
30.图2为本发明的引火燃料井下注入方法中，采用隔离液进行隔离的流程图。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
32.本发明的引火燃料井下注入方法，向连续管中依次注入互相隔离的引火燃料和主燃料，引火燃料和主燃料位于点火器的位置时，将两者混合；向连续管中通入氧气，并启动点火器进行点火。
33.本发明的引火燃料井下注入方法，将引火燃料与主燃料隔离注入连续管中，并在点火器的位置使两者混合，同时实现点火。该方法步骤简单、可操作性强，作业周期短；同时，成本低、可靠性高，能够有效降低井下点火的失败率，而且不易造成引火燃料和主燃料的浪费。
34.本发明中，引火燃料与主燃料之间具体通过隔离胶囊或隔离液进行隔离。
35.如图1所示，当引火燃料与所述主燃料之间通过隔离胶囊进行隔离时，注入方法包括以下步骤：
36.s1-1、将引火燃料封装至隔离胶囊内。
37.s1-2、采用氮气将封装有引火燃料的隔离胶囊注入连续管中，并吹送至点火器的位置。
38.s1-3、向连续管中注入溶解液，使隔离胶囊溶解。
39.s1-4、向连续管中注入主燃料，并使主燃料与引火燃料混合。
40.s1-5、向连续管中通入氧气，启动点火器，完成点火。
41.对于隔离胶囊，需满足空间密闭、不与引火燃料和主燃料互溶互混、不溶于水、不具备可燃性、不易破的性质。同时，隔离胶囊还需要具有一定程度的弹性。这是由于，井下的连续管具体具有垂直段和水平段，在经过垂直短和水平段的衔接处时，需要隔离胶囊能够顺利通过。
42.对于溶解液，需要能够将隔离胶囊溶解，同时，还需要不具备可燃性、不溶于引火燃料等特性。通入溶解液后，需要将已经抵达点火器的隔离胶囊溶解且不与引火燃料互混。
43.因此，根据上述需求，优选的，本发明的隔离胶囊的材质为脲醛树脂和硫酸铝的混合物，溶解液为质量百分数为15～25％的尿素溶液；隔离胶囊的质量与溶解液的质量比为7:2。
44.进一步优选的，尿素溶液的质量百分数为20％。
45.如图2所示，当引火燃料与主燃料之间通过隔离液进行隔离时，注入方法包括以下步骤：
46.s2-1、依次向连续管中注入引火燃料、隔离液和主燃料。
47.s2-2、当引火燃料、隔离液和主燃料均位于点火器的位置时，向连续管中通入氧气，启动点火器，完成点火。
48.需要说明的是，当引火燃料、隔离液和主燃料位于点火器的位置时，引火燃料能够与主燃料接触并燃烧，此时隔离液不再对两者进行隔离。该过程是依赖连续管和点火器的具体结构实现的，具体为：连续管的一端设有点火器，点火器位于井筒内，井筒的直径大于点火器的出口。当引火燃料、隔离液和主燃料喷出时，三者进入空间更大的井筒中，此时引火燃料能够与主燃料混合，并通过点火器实现点火。
49.对于隔离液，需要满足不溶于主燃料、引火燃料，同时不具备可燃性、具有良好的流动性的性能特点。
50.因此，根据上述需求，优选的，隔离液为碱性溶液和表面活性剂的混合溶液；碱性
溶液为氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液，表面活性剂为硅酸钠溶液或乳化剂。
51.需要说明的是，采用隔离液进行隔离时，当引火燃料、隔离液、主燃料抵达点火器时，三种液体的顺序将不再是依次排列的，引火燃料可与主燃料接触，通入氧气后引火燃料氧化反应，产生明火，释放热量，点燃主燃料。
52.由于隔离液并不参与燃烧反应，因此其用量只要能够起到对引火燃料和主燃料进行隔离即可，并没有特别严格的限定。
53.优选的，引火燃料为三乙基硼烷，主燃料为庚烷；三乙基硼烷的质量为0.66kg～6.6kg，庚烷的质量流量为8.16kg/h～16.32kg/h；在使用中，主燃料持续通入，保持燃烧。
54.优选的，含有氧气的混合气体为氧气和氮气的混合气体，其中，氧气的体积百分数为25％，余量为氮气；在使用中，含有氧气的混合气体持续通入，保持燃烧。
55.优选的，在向连续管中注入与主燃料隔离的引火燃料至点火器之前，先采用氮气对连续管进行吹扫。
56.实施例1
57.本实施例具体采用隔离胶囊对引火燃料和主燃料进行隔离并注入。本实施例采用地面模拟实验装置进行点火实验，该地面模拟实验装置具有类似于井下连续管的模拟连续管和点火器。
58.本实施例使用三乙基硼烷作为引火燃料，庚烷作为主燃料。三乙基硼烷井下燃料化学反应，其燃烧公式如下：
59.(ch3ch2)3b(l)+3h2o(l)＝h3bo3(l)+3c2h6(g).
60.2(ch3ch2)3b(l)+21o2(g)＝2h3bo3(l)+12co2(g)+12h2o(l)
61.根据胶囊需满足空间密闭、不与引火燃料和主燃料互溶互混、不溶于水、不具备可燃性、不易破，同时具有一定程度的弹性，在井下垂直段与水平段衔接处可顺利流通，在连续管内流动时不被管壁刮破，同时具备可溶解性等特点，确定其材料为脲醛树脂(uf)。将其制作形成“胶囊”式样，在其中封装引火燃料，通入氮气后推动至井下点火器处。
62.其中，引火燃料单次试验点火剂需要量为0.66kg～6.6kg，主燃料按质量流量为8.16kg/h～16.32kg/h注入。在胶囊抵达点火器后，注入质量百分比为20％的尿素溶液，并按照按照溶解液与隔离胶囊质量比为2:7的比例注入，使隔离胶囊破裂并溶解，最后通入含有氧气体积百分数为25％的混合气体，提供井下富养环境，使得引火燃料发生氧化反应释放热量，产生明火，点燃主燃料。
63.经实验，本实施例能够有效实现点火。
64.重复实施本实施例，经实验发现，本实施例的点火成功率大于90％。
65.实施例2
66.本实施例具体采用隔离液对引火燃料和主燃料进行隔离并注入。本实施例采用的地面模拟实验装置、引火燃料和主燃料均与实施例1完全相同。
67.按照隔离液需满足不溶于主燃料、引火燃料，同时不具备可燃性、具有良好的流动性的性能特点，选取化学除油液作为隔离液。在连续管中，将引火燃料、隔离液、主燃料依次注入，使用氮气推送至井下点火器处，此时三种液体顺序打乱，引火燃料与主燃料接触。其中，引火燃料单次试验点火剂需要量为0.66kg～6.6kg，主燃料按质量流量为8.16kg/h～16.32kg/h注入；隔离液与引火燃料的体积比为1:5。
68.最后，通入比例25％的氧气，提供有氧环境，使得引火燃料发生氧化反应释放热量，产生明火，点燃主燃料。
69.经实验，本实施例能够有效实现点火。
70.重复实施本实施例，经实验发现，本实施例的点火成功率大于90％。
71.对比例
72.本对比例是采用传统的点火技术进行点火的。
73.传统的点火技术是将主燃料和引火燃料同时注入，通过提高引火燃料注入前的浓度，用以保证在到达着火点时的浓度阈值。
74.由于传统的点火技术的成本较高，难以在实验条件下进行多次重复实验，本对比例的点火成功率是继续实际经验和相关研究得到的，点火成功率在20％～30％。
75.经对比可以看出，本发明的方法相对于对比例，能够有效提高点火成功率，同时，使用的引火燃料更少，使成本大幅度降低，更加适合投入实际使用。
76.在本发明的描述中，需要说明的是，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
77.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
78.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，向连续管中依次注入互相隔离的引火燃料和主燃料至点火器的位置，再将两者混合；向所述连续管中通入含有氧气的混合气体，并启动所述点火器进行点火。2.根据权利要求1所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，所述引火燃料与所述主燃料之间通过隔离胶囊或隔离液进行隔离。3.根据权利要求2所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，所述引火燃料与所述主燃料之间通过隔离胶囊进行隔离时，所述注入方法包括以下步骤：s1-1、将所述引火燃料封装至所述隔离胶囊内；s1-2、采用氮气将封装有所述引火燃料的隔离胶囊注入所述连续管中，并吹送至所述点火器的位置；s1-3、向所述连续管中注入溶解液，使所述隔离胶囊溶解；s1-4、向所述连续管中注入所述主燃料至所述点火器的位置，并使所述主燃料与所述引火燃料混合；s1-5、向所述连续管中通入含有氧气的混合气体，启动所述点火器，完成点火。4.根据权利要求3所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，所述隔离胶囊的材质为脲醛树脂和硫酸铝的混合物，所述溶解液为质量百分数为15～25％的尿素溶液；所述隔离胶囊的质量与所述溶解液的质量比为7:2。5.根据权利要求2所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，所述引火燃料与所述主燃料之间通过隔离液进行隔离时，所述注入方法包括以下步骤：s2-1、依次向所述连续管中注入所述引火燃料、所述隔离液和所述主燃料至点火器的位置；s2-2、在所述点火器的位置使所述引火燃料与所述主燃料接触，向所述连续管中通入含有氧气的混合气体，启动所述点火器，完成点火。6.根据权利要求5所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，所述隔离液为碱性溶液和表面活性剂的混合溶液，所述碱性溶液和所述表面活性剂的质量比为1:3；所述碱性溶液为氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液，所述表面活性剂为硅酸钠溶液或乳化剂。7.根据权利要求6所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，所述隔离液与所述引火燃料的体积比为1:5。8.根据权利要求1～7任意一项所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，所述引火燃料为三乙基硼烷，所述主燃料为庚烷；三乙基硼烷的质量为0.66kg～6.6kg，庚烷的质量流量为8.16kg/h～16.32kg/h。9.根据权利要求8所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，所述含有氧气的混合气体含有氧气和氮气，氧气的体积百分数为25％，余量为氮气。10.根据权利要求1～7任意一项所述一种引火燃料井下注入方法，其特征在于，在所述向连续管中注入与主燃料隔离的引火燃料之前，先采用氮气对所述连续管进行吹扫。

技术总结
本发明涉及煤炭地下气化技术领域，具体而言，涉及一种引火燃料井下注入方法。该方法向连续管中依次注入互相隔离的引火燃料和主燃料，所述引火燃料和所述主燃料位于点火器的位置时，将两者混合；向所述连续管中通入氧气，并启动所述点火器进行点火。引火燃料与主燃料之间通过隔离胶囊或隔离液进行隔离。该方法步骤简单、可操作性强，作业周期短；仅需采用引火燃料和主燃料配合点火无需增加其他辅助燃料或成分，能够有效降低成本，并且大幅度提高可靠性。性。性。


技术研发人员：李帅 张友军 杨高 郝军 康凯 古文宇 颜家福 雷宇奇
受保护的技术使用者：中国石油集团工程技术研究院有限公司 中石油江汉机械研究所有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/21