钻井式煤炭地下气化技术的发展及关键力学问题1)

刘曰武 刘 畅 丁玖阁，3)

*(中国科学院力学研究所，北京100190)

†(中国科学院大学工程科学学院，北京100049)

随着社会发展和人类的进步，能源紧缺已成为难以逾越的世界难题，尤其我国油气能源的紧张局势日趋严重。据统计，我国在2018 年石油对外依存度达70.9%，天然气对外依存度达43%。预计未来几年中国油气对外依存度还将继续上升，我国目前油气能源受到国外能源的制约，能源资源安全问题日益加剧。地下煤气化技术有希望成为解决我国油气能源危机的重要手段之一。

我国陆上埋深1000 ～3000 m 的煤炭资源量按气化动用率40%计算，折合等热值甲烷为2.72×1014～3.32×1014m3，资源量超过常规天然气和非常规天然气资源量之和，远大于目前已投入开发的天然气资源总量，有望成为具有中国特色的天然气技术革命[1]。

煤炭地下气化 (underground coal gasification，UCG) 是通过注入通道将气化剂注入到地下煤层中，使煤炭与气化剂在原位煤层中发生的一系列物理化学反应，生成氢气、一氧化碳和甲烷等可燃气体的化学采煤方法。煤炭地下气化实现了煤炭地下清洁密闭开发，生产过程无固体废弃物排放，该方法是集建井、采煤、气化三大工艺为一体的清洁能源开发方式。目前流行的“U” 型井开发模式的煤炭地下气化原理流程示意图如图1 所示。

从图1 可以看出，煤炭地下气化主要包括地面和地下2 个部分。地面部分包括4 个中心、2 套控制装置以及相应的地面管线。4 个中心包括气化剂制备及注入控制中心、粗煤气分离净化处理中心、产品集输及利用中心和监测及控制中心。……