[0001] L'invention concerne un procédé de gazéification souterraine de charbon, selon lequel
on conduit au travers d'un forage un agent gazéificateur, que l'on projette in situ
en direction d' une veine de charbon, où l'on extrait un gaz combustible résultant
d'une combustion incomplète dudit charbon, que l'on conduit à la surface en un courant
s'écoulant à contre-courant et: autour du jet d'agent gazéificateur et qui est conduit
à la surface au travers dudit forage. On sait qu'on assure ainsi la formation de gaz
combustible comprenant généralement au moins du monoxyde de carbone, et des quantités
très variables de méthane. L'intérêt de ce procédé est de n'utiliser qu'un seul forage
pour les produits admis et le combustible soutiré, mais le problème posé est celui
d'éviter toute réaction complémentaire de combustion entre l'agent gazéificateur et
le gaz combustible résultant de la combustion incomplète et, à cet effet, 'on a été
amené soit à faire avancer en permanence la tête délivrant l'agent gazéificateur jusqu'à
parvenir à proximité immédiate du front de charbon où s'effectue la combustion, ce
qui présente des inconvénients de commande et de choc thermique, soit à diluer l'agent
gazéificateur dans des capsules de protection projetées circulant par gravité vers
le front de combustion.
[0002] La présente invention a pour but de simplifier les moyens mis en oeuvre pour assurer
la gazéification in situ du charbon, notamment localisée à très grande profondeur,
en simplifiant considérablement les moyens mis en oeuvre et en assurant un contrôle
précis du phénomène de combustion incomplète.
[0003] Selon l'invention, le jet d'agent gazéificateur est un jet gazeux et l'on émet une
nappe annulaire d'un fluide d'isolement entre ledit jet d'agent gazéificateur et ledit
courant de gaz combustible s'écoulant à co-courant dudit jet d'agent gazéificateur.
[0004] De préférence le fluide de la nappe annulaire est de l'eau, le cas échéant, sous
forme de vapeur d'eau. De la sorte, grâce à l'isolement du jet gazéificateur, on peut
assurer une distance importante entre la tête délivrant l'agent gazéificateur et le
front de combustion, tout en évitant toute réaction complémentaire de combustion complète.
De plus, on peut, par des moyens de mesures appropriés, contrôler parfaitement la
zone de combustion incomplète et donc obtenir un gaz de qualité constante.
[0005] L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre de ce
procédé.
[0006] L'invention sera maintenant décrite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés
dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique à l'endroit de la zone de combustion incomplète
;
- la figure 2 est une vue schématique du forage ;
- la figure 3 est une vue schématique à échelle agrandie de l'extrémité du conduit
aboutissant à la buse d'injection ;
- la figure 4 est une vue schématique du mode opératoire ;
- la figure 5 est une vue schématique d'une variante de buse ;
- la figure 6 est une vue en coupe axiale de la figure 5.
[0007] En se référant aux figures 1 et 2, on voit qu'une buse 1 à l'extrémité d'une conduite
2 placée dans un forage 3 s'étendant depuis la surface 4 jusqu'à une veine de charbon
5 se présente dans une zone médiane de la veine de charbon 5. Cette buse 1 est constituée
d'une tuyère de préférence supersonique 10 de forme convergente divergente et d'une
conduite co-axiale 11 qui est raccordée d'ailleurs à la tubulure 2 qui se présente
sous la forme d'une double tubulure, l'une centrale raccordée à la conduite centrale
de buse 10, l'autre co-axiale raccordée aux conduits co-axiaux de. buse 11, la conduite
axiale de buse 10 est alimentée en oxygène sous pression, tandis que les conduits
annulaires 11 sont alimentés en vapeur d'eau sous pression.
[0008] La buse opère de la façon suivante : par son orifice calibré 20, un jet-d'oxygène
concentré et directif 21 de forme allongée et à vitesse supersonique présente un dard
22 dont l'extré
- mité entre en impact avec le charbon, tandis que la vapeur d'eau s'écoule autour
du jet 21 en un rideau annulaire 30 qui s'étend au moins sur une large partie de l'extension
du jet directif 21. L'oxygène, à l'endroit de l'impact, provoque la combustion incomplète
du charbon. Un courant annulaire de gaz combustible 23 à haute température remonte
selon les flèches FF' autour de l'ensemble jet d'oxygène- rideau de vapeur d'eau.
Au cours de son trajet, le gaz se refroidit au contact de la couche de charbon et
de la vapeur d'eau : les réactions chimiques qui en résultent augmentent fortement
son pouvoir calorifique. Ce gaz combustible est- pris en charge'"au pied du forage
par une seconde conduite annulaire 6 formée d'une enveloppe 7 entourant à distance
la conduite tubulaire double 2. On note que la vapeur d'eau constitue non seulement
un élément actif dans la combustion incomplète, mais également assure un rôle décisif
pour éviter le contact entre le gaz combustible et de dard d'oxygène ; sans ce rideau
de vapeur d'eau, ou autre moyen de séparation, le gaz combustilbe s'oxyderait lors
de ce parcours au niveau de l'oxygène, ce qui, bien entendu, rendrait impossible la
gazéification partielle recherchée. Cela est d'autant plus vrai que le jet directif
d'oxygène 21 peut. avoir une très grande extension dans le sens axial, puisque la
distance entre le dard 22 et la buse 1 peut être de plusieurs dizaines de mètres.
[0009] En pratique, comme indiqué à.la.figure 3, la buse composite d'oxygène et de vapeur
d'eau est placée en bout d'une tubulure double 2 qui présente deux sections successives
40 et 41 ayant chacune un coude à angle droit 42 et 43, ces deux sections 40 et 41
étant raccordées par deux joints tournants 44 et 45. En pratique, on opère de la façon
suivante :
On procède au forage comme indiqué à la figure 2 jusqu'à parvenir à la veine de charbon
5 et à ce moment, on introduit les tubulures 2 et 6 en équipant la tubulure 2 du dispositif
à joints tournants représenté à la figure 3. Dans cette position, les sections coudées
40 et 41 sont mises en alignement et l'on procède à la première étape de combustion
partielle qui consiste à partir du niveau du sol, à accroître la longueur de la tubulure
2 pour se déplacer le long d'une zone médiane de la veine 5, la buse de tête 11 provoquant
par combustion incomplète une galerie de mine 50, qui est une sorte de forage "à l'oxygène"
dans le plan de la veine de charbon et ce forage peut atteindre plusieurs centaines
de mètres. Cette opération s'effetuant par adjonction de tubulures au niveau du sol
et correction permanente de la direction d'avancée par contrôle de la zone de combustion
grâce à un thermomètre optique 51 (figure 1) solidaire de la buse 11 et qui permet
de vérifier si l'impact du jet d'oxygène se produit bien sur la couche de charbon.
Une fois la galerie de mines 50 formée, on procède à des opérations de combustion
latérale (figure 4) le long de cette galerie en réorientant les parties de conduites
40 et 41 de façon à diriger la buse 11 dans l'extension transversale la plus importante
de la veine de charbon 51 et l'on procède ensuite à des combustions incomplètes dans
des plans transversaux perpendiculaires à la galerie de mine 50, assurant ainsi soit
des cavités de combustion 52, 53, 54 et 52', 53', 54' décalées les unes des autres
ou, le cas échéant, une large cavité qui s'étend de part et d'autre de la galerie
de mine 50.
[0010] Cette opération de combustion incomplète qui s'effectue à l'intérieur de la masse
de charbon, qui n'a subi aucune préparation aléatoire telle une fracturation peut
donc être conduite avec les plus grandes chances de succès, étant donné que cette
masse de charbon présente alors une uniformité massique qui rend la combustion incomplète
reproductible d'un endroit à l'autre. On note en outre, que l'appareil de contrôle
optique 51 permet par des opérations de combustion orientées latéralement, de vérifier
que l'on se situe toujours dans une position médiane de la veine de charbon, car cet
appareil de contrôle 5f permet de détecter immédiatement toute baisse de température
lorsque le dard 22 du jet directif d'oxygène 21 rencontre la roche.
[0011] On note que l'invention peut être mise en oeuvre sous différentes formes dont certaines
sont énumérées à titre d'exemples :
- On a vu qu'un des rôles de la vapeur d'eau était d'isoler le jet d'oxygène des gaz
résultant de la combustion incomplète. Ce rôle peut aussi être assuré par un gaz neutre,
comme le gaz carbonique.
- Au lieu d'opérer par une injection continue d'oxygène avec une enveloppe gazeuse
d'isolement, on peut également opérer par des successions d'injections d'oxygène ,
puis d'hydrogène et dans ce cas il n'est plus nécessaire d'assurer une protection
gazeuse du jet d'hydrogène actif.
- On peut également mettre en oeuvre une injection plus complexe comprenant un jet
central d'oxygène, enveloppé d'un jet annulaire intermédiaire de vapeur d'eau, ou
de gaz carbonique, et d'un jet annulaire périphérique d'hydrogène ou de vapeur d'eau
(notamment si le jet intermédiaire est autre que de la vapeur d'eau), comme représenté
aux figures 5 et 6, où l'on voit un débouché de buse supersonique 61 pour l'oxygène,
une couronne annulaire de débouché 62 pour de la vapeur d'eau, ou de l'eau, circulant
à grande vitesse, et une fente annulaire 63 pour de la vapeur d'eau en écoulement
laminaire.
1. Procédé de gazéification souterraine de charbon, selon lequel on conduit au travers
d'un forage un agent gazéificateur, que l'on projette in situ en direction d'une veine
de charbon, où l'on extrait un gaz combustible résultant d'une combustion incomplète
dudit charbon, que l'on conduit à la surface en un courant s'écoulant à contre-courant
et autour du jet d'agent gazéificateur et qui est conduit à la surface au travers
dudit forage, caractérisé en ce que le jet d'agent gazéificateur est un jet gazeux
et en ce qu'on émet une nappe annulaire d'un fluide d'isolement entre ledit jet d'agent
gazéificateur et ledit courant de gaz combustible s'écoulant à co-courant dudit jet
d'agent gazéificateur.
2. Procédé de gazéification souterraine de charbon, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le fluide de la nappe annulaire est de l'eau, le cas échéant sous forme
de vapeur d'eau.
3. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le fluide de la nappe annulaire est un gaz neutre, par exemple du gaz carbonique.
4. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'agent gazéificateur est de l'oxygène, éventuellement périodiquement remplacé
par de l'hydrogène.
5. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 1, ou 2
ou 3, caractérisé en ce qu'on injecte un second gaz, tel vapeur d'eau, gaz carbonique
ou hydrogène, à la périphérie extérieure de ladite nappe annulaire de fluide d'isolement.
6. Procédé de gazéification souterraine du charbon selon l'une quelconque des revendications
1 à 5, caractérisé en ce qu'on effectue d'abord une telle opération'initiale de gazéification
en ligne pour former une galerie de mine à extension médiane dans la veine de charbon,
et en ce qu'on effectue ensuite successivement une pluralité d'opérations de gazéification
latérales s'étageant le long et de part et d'autre de ladite galerie de mine.
7. Procédé de gazéification selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé
en ce que la nappe de vapeur d'eau résulte de la vaporisation d'eau injectée en tête
de forage, s'échauffant par échange thermique avec le gaz combustible remontant à
la surface.
8. Installation pour la gazéification souterraine du charbon, pour la mise en oeuvre
du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une première
tubulure s'étendant au travers d'un forage 'jusqu'au niveau d'une veine de charbon,
à l'extrémité de cette tubulure une buse déplaçable adaptée à former un jet directif
de fluide gazéificateur, caractérisée par une seconde tubulure dans ledit forage s'étendant
jusqu'à la buse de formation du jet directif de fluide gazéificateur.
9. Installation pour la gazéification souterraine du charbon selon la revendication
8, où la buse est équipée des moyens de coulissement axial, caractérisée en ce que
la buse est agencée en bout d'un double joint tournant.
10. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la seconde tubulure
est disposée coaxialement à la première tubulure.
11. Installation pour la gazéification souterraine du charbon selon la revendication
.10, caractérisée en ce que la buse d'injection du gaz axial est du type à convergent-divergent
axial.
12. Installation pour la gazéification souterraine du charbon selon la revendication
11, caractérisée en ce que la buse présente un conduit annulaire en communication
avec la seconde tubulure.
13. Installation pour la gazéification souterraine du charbon selon la revendication
11, caractérisée en ce que la buse présente un second conduit annulaire extérieurement
audit conduit annulaire, en communication avec une troisième tubulure de forage.