劉淑琴，暢志兵，劉金昌

中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083

隨著人類社會的飛速發(fā)展，煤炭、石油、天然氣、金屬、非金屬等礦產(chǎn)資源得到大規(guī)模開發(fā)利用，使得淺層礦物資源趨于枯竭，礦物開采逐級向地下深處邁進(jìn)。2016年5月30日，習(xí)近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會上指出：“從理論上講，地球內(nèi)部可利用的成礦空間分布在從地表到地下10 000 m，目前，世界先進(jìn)水平勘探開采深度已達(dá)2 500～ 4 000 m，而我國大多小于500 m，向地球深部進(jìn)軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問題”[1]。然而，采用傳統(tǒng)采礦學(xué)、力學(xué)相關(guān)理論技術(shù)難以支撐開采深部礦產(chǎn)資源。為此，謝和平等[2]針對深部煤炭資源，提出了采、選、充、電、熱、氣一體化的流態(tài)化開采理論與技術(shù)構(gòu)想。趙陽升等[3]提出在原位對礦體進(jìn)行物理、化學(xué)性態(tài)改造，而后實施礦物的流體化開采的理論。

煤炭地下氣化作為一種煤炭原位氣化方法，是一項既古老又年輕的采煤技術(shù)，雖然與流態(tài)化開采在理念上有一定區(qū)別，但它是目前技術(shù)水平最接近流態(tài)化開采的一種形式[4]。如圖1所示，UCG是在地下煤層中創(chuàng)造高溫、高壓條件，將煤層轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳和甲烷等可燃?xì)怏w導(dǎo)輸?shù)降孛?，實現(xiàn)對地下煤炭的開采和輸運(yùn)[5]。隨著UCG技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，其商業(yè)化應(yīng)用不僅可實現(xiàn)深部煤炭資源的有效開采，還可與電力、天然氣、氫燃料和碳捕集與封存等產(chǎn)業(yè)結(jié)合，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文在分析UCG發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和典型案例的基礎(chǔ)上，重點分解深部煤炭原位氣化開采的關(guān)鍵技術(shù)，并展望其發(fā)展前景。

圖1 煤炭地下氣化原理

1 煤炭地下氣化技術(shù)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

UCG最早由William Siemens在1868年提出，隨后Mendeleev在1888年提出其基本工藝思想和實現(xiàn)途徑，1912年Ramsey設(shè)計了盲孔爐UCG工藝并試驗成功，自此在全球范圍內(nèi)拉開UCG的研究熱潮。1932年前蘇聯(lián)首次進(jìn)行現(xiàn)場試驗并建立首座鉆井式氣化站，1932—1961年又陸續(xù)建設(shè)10余座氣化站，完成了不同氣化爐結(jié)構(gòu)、不同垂直鉆井連通工藝試驗，開發(fā)了生產(chǎn)低熱值空氣煤氣的工業(yè)氣化爐構(gòu)型。美國在20世紀(jì)70年代“石油危機(jī)”后積極研究UCG技術(shù)，將逆向燃燒法用于漢那地下氣化試驗。1987—1988年勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室提出了一種控制后退注入點(Controlled Retraction Injection Point，CRIP)工藝，可將煤層在長通道內(nèi)分段氣化、擴(kuò)大氣化單元規(guī)模，是UCG技術(shù)的一項重大突破，此后幾乎被所有試驗研究采用。西班牙特魯埃爾省的埃爾曲萊麥迪爾試驗項目(埋深580 m)進(jìn)行了多次CRIP操作，澳大利亞林克能源實現(xiàn)了淺部煤層(300 m以淺)CRIP工藝的連續(xù)運(yùn)行，加拿大天鵝山項目探索了深部煤層(埋深1 400 m)CRIP工藝的可行性[6-8]。

圖2 中為能源唐家會礦區(qū)UCG工業(yè)化示范項目

我國于1958—1962年探索了鉆井式地下氣化，20世紀(jì)90年代初自主研發(fā)了針對廢棄礦井資源回收的“長通道、大斷面、兩階段”UCG工藝，并完成多個半工業(yè)性試驗及工業(yè)性試驗。2007—2015年中國礦業(yè)大學(xué)(北京)和新奧集團(tuán)合作研發(fā)針對原始煤層的鉆井式UCG工藝，在內(nèi)蒙古烏蘭察布弓溝煤田建成我國首個鉆井式UCG示范工程，在埋深285 m的褐煤煤層中完成了“單元面采爐”“移動單元?dú)饣钡裙I(yè)性試驗，并研發(fā)了移動注入裝置，富氧氣化穩(wěn)定運(yùn)行5個月、日產(chǎn)富氧煤氣15×104m3，取得多項專利和技術(shù)成果，但受產(chǎn)品氣應(yīng)用的限制，未能持續(xù)運(yùn)行。近年來，部分民營企業(yè)涉足煤炭地下氣化產(chǎn)業(yè)。圖2為中為能源唐家會礦區(qū)UCG工業(yè)化示范項目，煤層埋深約550 m，煤氣產(chǎn)率為8 800 Nm3/h，煤氣熱值達(dá)11.7 MJ/Nm3。新疆國利衡庫木塔格沙爾湖煤田UCG試驗項目煤層埋深約450 m，設(shè)計年轉(zhuǎn)化煤炭45×104t，穩(wěn)定運(yùn)行350 d生產(chǎn)有效合成氣600×104Nm3。此外，大型油氣企業(yè)也有意結(jié)合自身的技術(shù)優(yōu)勢和天然氣產(chǎn)業(yè)鏈，試圖通過UCG將煤田變?yōu)闅馓?，提高天然氣的生產(chǎn)和營銷業(yè)務(wù)，這都將推動UCG的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展[8-9]。

縱觀UCG的發(fā)展歷程，總體發(fā)展呈現(xiàn)由礦井式向鉆井式、由淺部煤層向深部煤層、由單一發(fā)電向綜合利用的趨勢[10]?，F(xiàn)代煤炭地下氣化技術(shù)在CRIP工藝的基礎(chǔ)上逐步形成，集成定向鉆井/完井、煤層水平井、多介質(zhì)注入等先進(jìn)技術(shù)及裝備，可使煤層水平段長度增加到1 000 m以上，延長了氣化爐的服務(wù)期，降低了建爐成本，可實現(xiàn)煤層長距離水平井中火區(qū)的遠(yuǎn)程控制以及氣化參數(shù)的實時調(diào)控[8]，使得深部煤層的原位氣化開發(fā)成為可能。

2 中深部煤炭地下氣化典型案例

2.1 歐洲中等深部煤炭地下氣化試驗

歐洲在1948—1959年就開展了淺煤層UCG試驗，隨后因廉價石油供給的影響而停止，直到20世紀(jì)80年代恢復(fù)并致力于中等深部UCG技術(shù)試驗和研發(fā)，近年來則力求將UCG與發(fā)電、制氫、氫燃料電池和碳捕集與封存等產(chǎn)業(yè)結(jié)合。其中，1978—1987年開展的圖林(Thulin)試驗項目和1991—1998年開展的埃爾曲萊麥迪爾(El Tremedal)試驗項目最為典型[11]。

圖3 西班牙El Tremedal煤炭地下氣化示意圖

Thulin項目煤層埋深860 m，通過多種方式將直井和水平井連通，采用滲透氣化方式進(jìn)行多種介質(zhì)下的中高壓氣化試驗，后因井筒被腐蝕破壞而結(jié)束[11]。

El Tremedal項目煤層埋深530～580 m，煤層厚度2.0～5.0 m，通過定向鉆井和連續(xù)油管技術(shù)在煤層中構(gòu)建長約100 m的氣化通道(圖3)，在5.3 MPa壓力下進(jìn)行純氧氣化，采用CRIP工藝進(jìn)行了多次注入點后退操作，由于地面控制和井下設(shè)備故障，氣化試驗僅維持12 d，累計注入88 t氧氣、生產(chǎn)煤氣443 t，平均煤氣熱值約10.9 MJ，并且砂巖頂板強(qiáng)度低、滲透率高，大量地下水涌入反應(yīng)爐使試驗終止[8]。

以上兩個項目驗證了中等深部煤層地下氣化的可行性，為后續(xù)定向鉆井、井下設(shè)備的設(shè)計及氣化選址等方面提供了大量經(jīng)驗。

2.2 加拿大深部煤炭地下氣化試驗

2009—2011年，加拿大天鵝山合成燃料公司在埋深1 400 m煤層中進(jìn)行了高壓純氧氣化試驗，是迄今為止最深的現(xiàn)場試驗。該項目旨在探索深部煤層地下氣化的可行性，并與中淺煤層氣化做對比，論證深部UCG具備的獨(dú)特優(yōu)勢[5]。

天鵝山項目的目標(biāo)煤種為高揮發(fā)分煙煤，埋深1 400 m，煤層厚度7～8 m(圖4)，試驗采用CRIP氣化工藝，進(jìn)行了10～12 MPa下的高壓純氧氣化試驗，完成了4次注入點后退操作，累計運(yùn)行時間達(dá)4 000 h，日產(chǎn)粗煤氣約16×104m3。由于距離地下淡水資源較遠(yuǎn)，從而避免了淡水層受污染的風(fēng)險，且在深部高壓環(huán)境下氣化效率高，H2可與煤層中C或氣相中CO、CO2反應(yīng)產(chǎn)生CH4，使得粗煤氣甲烷含量達(dá)到37%，驗證了深部UCG具備的環(huán)保優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢[8，11]。盡管最終因注入井發(fā)生井噴導(dǎo)致試驗中斷，該項目仍被認(rèn)為是一個重要的里程碑。

典型UCG案例的結(jié)果表明(表1)，UCG在科學(xué)選址、氣化爐構(gòu)建、氣化控制專用裝置等方面尚不完善，仍需加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)定輸出，達(dá)到現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)水平。

圖4 加拿大天鵝山深部煤炭地下氣化示意圖

表1 典型中深層UCG現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)[10]

3 深部煤炭地下氣化關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地質(zhì)評價和選址

煤層地質(zhì)評價是UCG選址決策的依據(jù)，對氣化爐的構(gòu)建和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，近年來部分學(xué)者逐步提出評價體系和指標(biāo)。韓磊等[12]在分析煤階、煤層、地下水、圍巖、構(gòu)造等地質(zhì)因素影響的基礎(chǔ)上，指出褐煤適合地下氣化，且煤層厚度應(yīng)大于2 m、傾角應(yīng)小于70°、埋深以300～2 000 m為宜。為了避免氣體逸散、地下水污染、地表沉降等風(fēng)險，并使氣化過程具備穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，劉淑琴等[13-14]從煤炭儲量、煤層條件、地質(zhì)構(gòu)造等多個角度提出地質(zhì)評價的基本原則，詳細(xì)指出煤層厚度、傾角、含水量、矸石含量、距斷層距離和頂?shù)装逋杆?、氣測滲透率等指標(biāo)的適宜值，同時指出現(xiàn)代UCG選址決策的基本方法和要求?；谝陨显u價原則和指標(biāo)，可以對煤層地下氣化的適宜性進(jìn)行定性評價。

隨著煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)逐漸由定性向定量過渡。鄭超等[15]構(gòu)建了評價煤層資源條件的層次結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)排序為：煤巖煤質(zhì)(0.385)>水文地質(zhì)(0.284)>煤層賦存(0.216)>地質(zhì)構(gòu)造(0.115)，并對寧正礦區(qū)的主采煤層進(jìn)行可行性評價。王志剛等[16]運(yùn)用二級模糊綜合評判法構(gòu)建了鉆井式地下氣化地質(zhì)評價模型(圖5)，計算了煤層地下氣化適應(yīng)性的得分值，指出天津靜海含煤區(qū)5號煤層綜合評分為78.89分，屬地下氣化適合區(qū)。尹振勇等[17]建立了多層次模糊數(shù)學(xué)評價模型，可用于計算煤炭地下氣化指數(shù)Ai，I類有利區(qū)(Ai>0.75)是UCG的重點區(qū)域。

圖5 鉆井式煤炭地下氣化可行性評價模型[16]

針對深部煤炭地下氣化，科學(xué)選址要求開展三維地震探測工作對地層信息精細(xì)反演，獲得煤層展布及構(gòu)造分布、巖性、富水性等地質(zhì)信息，同時有針對性進(jìn)行地質(zhì)勘查，與地震反演結(jié)果相互印證，為煤炭地下氣化的選址決策提供科學(xué)依據(jù)。

圖6 以人造裂隙為氣化通道的連通直井氣化爐[8]

3.2 氣化爐構(gòu)建技術(shù)

氣化爐構(gòu)建是UCG的核心技術(shù)，需要有針對性地根據(jù)目標(biāo)煤層條件利用鉆井及其他連通方式構(gòu)建地下氣化爐，包括氣化爐的結(jié)構(gòu)形式、各類井的結(jié)構(gòu)形式和連通方式、氣化面的擴(kuò)展形式。對于連通直井氣化和控制后退注入點氣化兩種方式，氣化爐建爐技術(shù)有所差異。連通直井氣化爐如圖6所示，注入井和生產(chǎn)井之間通過煤層自然裂隙或人造裂隙作為氣化通道。人造裂隙技術(shù)主要有電力貫通、爆炸壓裂、水力壓裂和逆向燃燒，通常認(rèn)為逆向燃燒是最為可行的[6]。連通直井方法氣化通道短、直徑小，單個工作面產(chǎn)氣量小、使用壽命短，為達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，必須布置許多鉆孔并將其組合成工業(yè)氣化爐，這將顯著增加建爐和運(yùn)行成本，因此連通直井氣化不適用于深部煤炭地下氣化。

相比之下，基于煤層長距離水平井的CRIP工藝氣化通道長(可達(dá)1 000 m以上)、單元規(guī)模大，對深部煤炭氣化開采具有巨大的工業(yè)化潛力。通過在煤層中鉆進(jìn)長距離水平鉆孔作為注入井，生產(chǎn)井可以是垂直井或定向鉆井，注入井再與生產(chǎn)井在煤層中對接連通，主要包括線性水平井(L-CRIP)構(gòu)建方式和平行水平井(P-CRIP)構(gòu)建方式，如圖7所示。煤層水平井的實施顯著提高了地下氣化單元的煤炭覆蓋量，并使井間連通更為容易、降低建爐成本、縮短建爐周期，有利于爐群建設(shè)及接續(xù)生產(chǎn)?？琢罘宓萚11]在P-CRIP基礎(chǔ)上提出了“斜梯形”地下氣化單元設(shè)計方案(圖8)，在注入井和生產(chǎn)井之間構(gòu)建多個水平井作為氣化通道，多個水平井并聯(lián)排列，與注入井和生產(chǎn)井連通，該方案可規(guī)避氣化通道堵塞問題，降低主井筒的失效概率。

圖7 兩種典型的CRIP氣化爐構(gòu)型示意圖[11]

圖8 “斜梯形”地下氣化建爐設(shè)計方案示意圖[11]

在實踐中，氣化爐構(gòu)建技術(shù)需要因地制宜進(jìn)行優(yōu)化，選擇正確的進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)，根據(jù)煤層條件、地質(zhì)條件選擇合理的氣化工作面及推進(jìn)方式，創(chuàng)造有效的氣流運(yùn)動和反應(yīng)強(qiáng)度，實現(xiàn)最大的能量利用效率。

3.3 深部煤層高壓點火技術(shù)

點火是深部煤炭地下氣化的難點。煤炭原位點火的難易程度與其煤質(zhì)特征密切相關(guān)，含水量高、揮發(fā)分低的濕煤層點火難度大、時間長。淺部煤層的傳統(tǒng)點火方法包括電熱絲點火和熱焦炭點火。熱焦炭點火方法為向井筒內(nèi)投入熱焦炭等點火化合物，然后鼓入空氣或富氧氣體將煤層加熱到400～700 ℃使其引燃[6]，但深部煤層距地面遠(yuǎn)、井筒長，且煤層更加致密，不適用于此方法。國外主要實踐了化學(xué)點火方法，采用三乙基硼烷等高發(fā)熱量、遇氧自燃的化學(xué)物質(zhì)為點火劑，但需精確控制點火劑注入時間和注入量。深部煤炭點火也可借鑒稠油熱采點火技術(shù)，如中石油新疆油田公司自主研發(fā)的車載移動點火裝置(圖9)，其核心部件是大功率(150 kW)連續(xù)點火電纜，最高工作溫度為700 ℃，該裝置技術(shù)成熟、成功率高且運(yùn)行經(jīng)驗豐富，為深部煤炭點火提供了保障[18]。另外，陳晨晨等[19]提出了強(qiáng)制氧化點火技術(shù)，即在地面將空氣或富氧空氣加熱至高溫，通過注氣管輸送到煤層使其氧化著火。由于深部煤炭氣化注氣管長、散熱損失大，該項技術(shù)需要解決熱介質(zhì)傳輸過程溫降大、末端溫度低的問題。深部煤炭原位高效點火技術(shù)仍有待開發(fā)，任意點點火技術(shù)將使得氣化過程的控制更加靈活。

1—防噴管；2—點火器；3—電纜注入頭；4—收放式井架；5—點火電纜；6—電纜絞車

3.4 可控移動注入技術(shù)

煤層點火成功后可通入氣化劑開始燃燒、氣化反應(yīng)，注入點附近煤層被消耗后形成氣化空腔，空腔體積隨著氣化反應(yīng)逐漸向前、向上發(fā)育，并向氣化通道的兩側(cè)擴(kuò)展，實現(xiàn)氣化采煤。當(dāng)空腔擴(kuò)大到不能維持化學(xué)反應(yīng)時，煤氣的有效成分含量顯著降低，這時需將注入點后撤至新鮮煤層以建立新的反應(yīng)腔，重復(fù)后撤過程以控制氣化工作面的移動，后退距離取決于單個反應(yīng)腔的擴(kuò)展規(guī)律及產(chǎn)品煤氣的周期變化特征。移動后退注入由連續(xù)管和注入工具實現(xiàn)(圖10)[20]，連續(xù)管一般是雙層或多層套管，用于將氣化劑由地面輸送至煤層，連續(xù)管出口安裝注入工具，將氣化劑混合均勻后噴射到工作面，注入工具還需安裝熱電偶，以監(jiān)測注入點的溫度、確定工作面的狀況和位置。加拿大天鵝山項目采用同心連續(xù)注入設(shè)備，實現(xiàn)了高能點火劑的間歇噴射和氧氣的連續(xù)噴射[5]；內(nèi)蒙古烏蘭察布項目采用水霧化噴嘴，可將水霧化后與純氧混合噴射到氣化反應(yīng)區(qū)(圖11)[21]，陳智等[20]詳細(xì)介紹了其中水夾套式氣化劑注入工具和中心管式氣化劑注入工具的研制過程。

圖10 可控移動注入技術(shù)主要部件[20]

圖11 分離控制后退注氣點-水霧化氣化狀態(tài)[21]

燃燒反應(yīng)面的擴(kuò)展是氣化過程穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)。劉淑琴等[8]指出，燃燒反應(yīng)面在煤層中的傳播是通過氣化劑與煤壁的反應(yīng)實現(xiàn)的，不僅受化學(xué)反應(yīng)速率的限制，也受氧氣向煤壁的擴(kuò)散速率限制。由于煤層結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性和各向異性，不同方向的擴(kuò)散性、熱導(dǎo)率、彈性強(qiáng)度等性質(zhì)存在差異，導(dǎo)致氣化速率存在差異。在深部高壓地下氣化工況下，煤層反應(yīng)區(qū)的邊界，氧化區(qū)、還原區(qū)、熱解區(qū)的分布以及燃燒反應(yīng)速率將發(fā)生顯著變化，因此需要研究深部高壓(≥10 MPa)條件下煤層氣化反應(yīng)機(jī)理及析氣特征，為可控移動注入技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

3.5 深部火區(qū)地球物理探測技術(shù)

深部火區(qū)的精確探測是控制地下氣化過程的前提，可為注入點位置的調(diào)節(jié)提供依據(jù)，目前主要采用電阻層析成像和瞬變電磁法。電阻層析成像基于煤層氣化反應(yīng)前后電阻率的差異，通過建立電阻率隨溫度和組成變化的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)反演火區(qū)前端和空腔圖像。瞬變電磁法以煤層氣化反應(yīng)前后導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性的差異，通過將脈沖磁場發(fā)送到地下，在一次脈沖磁場的間隙期間檢測二次渦流場的空間和時間分布，建立相應(yīng)物理模型可探測煤炭地下氣化燃空區(qū)域。盡管采用上述方法探測燃空區(qū)獲得一定積極結(jié)果，但還存在反演精度差、地形對反演結(jié)果影響不明朗和實時響應(yīng)滯后等問題。如能解決以上問題，將對UCG帶來突破性的變革[22]。

深部煤層火區(qū)探測還可采用四維地震技術(shù)，即在氣化過程中對地下煤層重復(fù)進(jìn)行三維地震測量[23]?；饏^(qū)邊緣煤層溫度升高后發(fā)生干燥、熱解、燃燒和氣化等反應(yīng)，煤層的密度、孔隙和壓縮系數(shù)等性質(zhì)發(fā)生變化，其地震反射特征也會隨之改變，再借助差異分析、差異成像和計算機(jī)可視化等技術(shù)追蹤火區(qū)邊緣和氣化空腔發(fā)育狀況，為地下氣化過程的遠(yuǎn)程控制提供依據(jù)[24]?，F(xiàn)場試驗表明，針對氣化采煤小尺度工作面，四維地震是目前最理想的地球物理探測方法。

4 深部煤炭地下氣化發(fā)展前景和展望

我國深部煤炭資源儲量豐富，埋深1 000～ 2 000 m的煤炭資源約2.7×1012t，埋深1 000～ 3 000 m的煤炭資源約3.77×1012t[25]。目前，1000 m以深的深部煤炭資源，受地溫和沖擊地壓影響，尚無井工開采的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，而原位氣化開采是現(xiàn)階段理想的開采模式。深部煤炭地下氣化壓力高，甲烷化反應(yīng)可顯著提高煤氣甲烷含量。加拿大Swan Hills試驗項目煤氣的甲烷含量達(dá)到37%，深部煤炭地下氣化生產(chǎn)天然氣具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)鄒才能等[6]的測算，埋深1 000～3 000 m的可氣化煤炭可轉(zhuǎn)化為(272～332)×1012m3天然氣資源。梁杰等[21]指出，倘若建設(shè)100座日產(chǎn)1 000×104m3合成氣的地下氣化站，每年可轉(zhuǎn)化2.2×108t煤炭，合成6.6×1010m3天然氣。因此，實現(xiàn)深部煤炭地下氣化的工業(yè)化生產(chǎn)，不僅可有效開采、高效利用深部煤炭資源，還可成為彌補(bǔ)天然氣供需缺口的重要途徑。

深部煤炭地下氣化具有氣化區(qū)距淡水層遠(yuǎn)、氣化爐密閉性好、高壓反應(yīng)速率快和CH4甲烷含量高等優(yōu)點，但深部地層、構(gòu)造、巖石力學(xué)和水文地質(zhì)條件更為復(fù)雜，且深部煤炭地下氣化處于高溫高壓下運(yùn)行，使氣化爐構(gòu)建、氣化劑和氣化產(chǎn)物集輸及氣化工作面的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制更為困難[26]。目前，全世界僅有加拿大Swan Hills項目為深部煤炭地下氣化案例，建爐和運(yùn)行經(jīng)驗相對缺乏。基于CRIP的現(xiàn)代UCG工藝涉及煤層水平井的鉆完井、移動注入裝備、深部地球物理探測等油氣開采相關(guān)技術(shù)，且煤炭地下氣化生產(chǎn)天然氣與油氣業(yè)務(wù)高度融合，因此煤炭企業(yè)可與油氣企業(yè)合作研發(fā)[10]，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)和示范項目建設(shè)，以實現(xiàn)煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)定輸出，滿足下游天然氣、氫能、合成油、電能等需求，達(dá)到現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)水平，盡快實現(xiàn)深部煤炭資源的原位氣化開采和清潔高效利用。

5 結(jié) 語

UCG是目前最接近流態(tài)化開采理念的采煤技術(shù)，自1868年概念提出已歷經(jīng)百余年，逐漸由礦井式向鉆井式、由淺層煤層向深層煤層、由單一發(fā)電向綜合利用發(fā)展。隨著鉆完井技術(shù)、連續(xù)油管、多介質(zhì)注入工具、點火裝置的開發(fā)和應(yīng)用，已形成基于可控后退注入點的現(xiàn)代煤炭地下氣化工藝。

煤炭地下氣化的關(guān)鍵技術(shù)主要包括地質(zhì)評價和科學(xué)選址、氣化爐構(gòu)建技術(shù)、深部煤層點火技術(shù)、移動后退注入技術(shù)和深部火區(qū)地球物理探測技術(shù)。目前，地質(zhì)評價體系和原則逐漸趨于統(tǒng)一、并逐步采用層次結(jié)構(gòu)模型量化；氣化爐構(gòu)建主要基于CRIP工藝發(fā)展和改進(jìn)；煤層點火可借鑒稠油熱采點火技術(shù)和裝備；移動后退注入中連續(xù)管和注入工具可根據(jù)需求研制；火區(qū)探測中電阻層析成像法和瞬變電磁法尚存在實時響應(yīng)滯后、地形效應(yīng)模糊和反演精度差等不足，四維地震可獲得較為詳細(xì)的空腔三維信息。我國深部煤炭資源儲量豐富，UCG是開采深部煤炭的有效途徑，急需加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化示范，獲得長周期生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)及全生命周期環(huán)境、安全影響數(shù)據(jù)。

深部煤炭地下氣化以天然氣為目標(biāo)產(chǎn)物，具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，不僅可實現(xiàn)深部煤炭資源的原位氣化開采和清潔高效利用，還可彌補(bǔ)天然氣供需缺口，滿足我國天然氣消費(fèi)量快速攀升的需求。