способ подземной газификации

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.