加熱煤層抽採煤層氣的方法

2023-05-08 10:50:01

專利名稱：加熱煤層抽採煤層氣的方法
技術領域：
本發明涉及一種地下煤層氣的開採方法，特別是一種利用群井連通加熱煤 層抽採煤層氣的方法。
背景技術：
煤層氣是煤的一種伴生氣體，主要成分是曱烷，煤礦中俗稱為"瓦斯"。由 於煤層氣可以燃燒，因此被當作一種潔淨能源加以開採和利用。目前已公知的
主要抽採方法有煤礦巷道內的地下本煤層鑽孔抽;故方法和地面實施的多分支
並進行抽採的一項技術。該技術主要是降低煤層中的煤層氣含量，保證煤礦的 安全生產。多分支水平井抽採技術是從地面向煤層垂直施工一個鑽孔，鑽孔進 入煤層後變為水平鑽孔，並由一個鑽孔分成若干個鑽孔，形成較大的抽採範圍。 該技術主要用於地面煤層氣開採。但由於煤對曱烷有很強的吸附性，煤層的滲 透性低，煤層中煤層氣的原始壓力小， 一般在O. 5MPa 1. OMPa之間，不論上述 哪種方法都不能有效抽採出煤層中的瓦斯氣體。
由於煤體對二氧化碳、氮氣的吸附性高於曱烷，國內外也有向煤層中注入 二氧化碳、氮氣等氣體，以驅替出煤體中的曱烷。如中國專利200710053268.1 公開的"井下水平孔混合氣體驅替煤層氣開採系統及其方法"，以及 200710053269.6公開的"井下抽排巷混合氣體驅替煤層氣開採系統及其方法" 等。
煤層氣屬於原生氣體，它是被吸附在煤體內的微小孔隙中，根據煤層氣開 採理論，由於瓦斯壓力的變化，瓦斯首先解吸為游離瓦斯，並逐漸由孔隙和不 可滲流的微裂隙擴散到大的裂隙中，這是瓦斯的擴散階段；其次，在壓力梯度 的作用下，有高壓力區向低壓力區流動，這是瓦斯的滲流階段。在瓦斯抽採過 程中，這兩步缺一不可。對於低滲透煤層，由於滲流階段無法進行，因此驅替技術對於煤層氣開採效果甚4效。
目前，國內外許多學者研究了溫度對煤體中瓦斯解吸速度的影響規律。試
驗發現溫度能夠提高煤體中的瓦斯解吸速度，但試驗的溫度範圍為30°C ~70°C。 其結果對於快速、高效開採煤層氣沒有產生特別影響。因此，也未提出相應的 工業糹支術方法。
中國專利200710145879. 9公開了 "一種煤層氣開採新技術"，該技術通過 建立連通地面和煤層的豎井，然後將煤層氣燃燒後的高溫氣體注入進氣井加熱 煤層，對採出的混合氣體進行分離。目前，由於快速高效氣體分離技術尚不成 熟，特別是二氧化碳與甲烷氣體的分離技術難度大，使得該技術很難實現工業 生產應用。

發明內容
本發明的目的在於克服上述煤層氣抽採方法的不足，提供一種加熱煤層抽 釆煤層氣的方法。該方法能夠有效的進行煤層氣抽採，加快煤層氣抽採速度和 提高抽採率。
本發明所述加熱煤層抽採煤層氣的方法為首先在煤層中建立一個井網， 鑽井從地面直至煤層，鑽井的數量不少於2個。然後選擇至少一眼井為熱源注 入井，其它井為採氣生產井。從熱源注入井向煤層中注入150°C ~ 300。C高溫高 壓水蒸氣，將煤層加熱到IO(TC 25(TC以上。煤層^皮加熱後，其中吸附的瓦斯 將迅速解吸稱為游離瓦斯，氣體從吸附狀態變為游離狀態後，體積增加2到3 個數量級，因此，煤層中瓦斯壓力IO到IOO倍。在水蒸氣的驅動作用下，游離 瓦斯迅速向低於常壓的採氣生產井流動。從而實現迅速、高效開採煤層氣的目 的。由於水蒸氣的熱容係數大，攜帶熱的能力強，因此採用高溫高壓氷蒸氣加 熱煤層的速度快。
本發明所述加熱煤層抽採煤層氣的方法，其特徵在於 (1)由地面向抽採煤層施工多個鑽井。鑽井距離在100 - 1000米之間，鑽井布置可以是單排或多排分布。
(2)如果煤層的滲透率低於10毫達西時，採用公知方法實施水力壓裂，
通過壓裂技術連通井群，反之無需進行壓裂。
(3 )選擇至少一個熱源注入井向煤層內注入150°C ~ 300°C高溫高壓水蒸氣 加熱煤層。並驅動游離的煤層氣向採氣生產井流動。
(4) 從採氣生產井中一方面利用水泵提取冷卻、凝結的水，另一方面抽取 產出的煤層氣與未凝結的水蒸氣的混合氣體。
(5) 對混合氣體進行冷卻和乾燥處理得到煤層氣。冷卻水經過沉澱、過濾 處理重複使用。
(6 )注入水蒸氣的溫度與壓力通過供水量控制。水蒸氣中不含空氣或氧氣， 不會引起煤層自燃。
本發明的熱源注入井與採氣生產井在結構上沒有區別，在抽採煤層氣過程 中可以根據需要任意調換，使煤層均勻受熱，從而提高煤層氣的抽採效率。具 體步驟是
1、 從地面向煤層實施多個垂直鑽井。
2、 垂直鑽井進入煤層後，煤層段下篩管套管，煤層以上下隔熱套管，依據 規範要求進行相應固井。
3、 所有鑽井完井並固井後，選擇至少一個熱源注入井，其餘為採氣生產井。 根據煤層滲透率的大小，確定是否需要向熱源注入井中注入高溫高壓的水蒸氣， 進行熱源注入井與採氣生產井的壓裂，使網內的所有井全部連通。
4、 從熱源注入井向煤層壓入高溫高壓的水蒸氣，維持煤層的溫度。對採氣 生產井進行排水降壓抽採煤層氣與水蒸氣的混合氣體。
5、 採用公知的冷卻方法冷卻煤層氣與水蒸氣的混合氣體，即可得到氣態的 煤層氣與液態的蒸餾水，實現混合氣體分離。
6、 在抽採煤層氣過程中，根據煤層溫度的變化，調配熱源注入井和採氣生產井，實施控制加熱煤層，抽採煤層氣。
本發明所述的加熱煤層抽採煤層氣的方法，通過對煤層加熱，降低煤對煤 層氣的吸附性，加快煤層氣的解吸速度，由於加熱和游離氣體增多，增大了煤 層氣壓力，同時，煤體加熱後會產生許多熱破裂裂縫，增大煤層的滲透性。從 而提高了抽採率和抽採速度，能夠更有效的進行煤層氣抽採。


下面結合附圖進一步說明本發明。
圖l是本發明的地面垂直鑽井五個井的井網布置圖。
圖2是沿圖1中A—A線的剖視圖。
圖3是本發明的地面垂直鑽井九個井的井網布置圖。
圖4是沿圖3中B—B線的剖視圖。
圖5是本發明的多個熱源注入井的井網布置圖。
圖6是沿圖5中C—C線的剖^L圖。
圖中l一熱源注入井；2—採氣生產井；3—隔熱套管；4一篩管套管；5 — 煤層頂板上覆巖層；6—煤層；7—煤層底板。
具體實施例方式
圖1、圖2給出了本發明的地面垂直鑽井井網布置圖。如圖所示，在地面選 擇合適的井間距500m,確定井位，向煤層實施垂直鑽井，布置井網。該井網由 一個熱源注入井1和四個採氣生產井2等五口井組成。
垂直鑽井進入煤層6後，煤層段下篩管套管4，煤層以上的煤層頂板上覆巖 層5段下隔熱套管3，依據規範要求進行相應固井。
所有鑽井完井並固井後，選擇至少一個熱源注入井1，其餘為採氣生產井2。 根據煤層滲透率的大小，確定是否需要進行熱源注入井1與採氣生產井2的壓 裂。然後用蒸汽向熱源注入井1注入300。C高溫高壓的水蒸氣，
井網連通後，由熱源注入井1向煤層壓入溫度為300。C的高溫高壓水蒸氣，把煤層加熱到25(TC並保持這個溫度。然後對釆氣生產井2進行排水降壓抽採煤 層氣與水蒸氣的混合氣體。
採用公知的冷卻方法冷卻煤層氣與水蒸氣的混合氣體，即可得到氣態的煤 層氣與液態的蒸餾水，實現混合氣體分離。
在抽採煤層氣過程中，根據煤層溫度的變化，調配熱源注入井1和採氣生 產井2,實施控制加熱煤層，抽採煤層氣。
本發明加熱煤層抽釆煤層氣的方法，其高溫高壓水蒸氣由熱源注入井1注 入後，沿壓裂裂縫向採氣生產井2流動。並逐漸加熱熱源注入井1與採氣生產 井2之間的煤層。煤層被加熱後，煤層中的煤層氣迅速解吸成為游離氣體，增 大了煤層中的煤層氣壓力，煤層中的游離氣體在蒸汽壓力和自身壓力的雙重作 用下向採氣生產井2流動。調節採氣生產井2的煤層氣抽採速度，能夠改變蒸 氣的流速，進而改變煤層的加熱速度。從而實現高效開採煤層氣的目的。
本發明還可以如圖3所示，圍繞熱源注入井1施工八個釆氣生產井2,構成 由一個熱源注入井1和八個採氣生產井2組成的井網。
本發明還可以根據需要，如圖5所示施工多個垂直鑽井，選擇兩個熱源注 入井l,其餘為釆氣生產井2，組成井網，實施煤層氣的抽採。為了加快煤層氣 抽採速度並提高抽採率，在抽採過程中，可根據煤層溫度變化，調配熱源注入 井1和採氣生產井2，控制加熱煤層，進而實現高效抽採煤層氣。
權利要求
1. 一種加熱煤層抽採煤層氣的方法，其特徵在於(a)、從地面向煤層實施多個垂直鑽井；(b)、垂直鑽井進入煤層(6)後，煤層段下篩管套管(4)，煤層以上的煤層頂板上覆巖層(5)段下隔熱套管(3)，並進行相應固井；(c)、選擇至少一個熱源注入井(1)，其餘為採氣生產井(2)，向熱源注入井(1)中注入高溫高壓的水蒸氣，進行熱源注入井(1)與採氣生產井(2)的壓裂，使網內的所有井全部連通；(d)、從熱源注入井(1)向煤層壓入高溫高壓的水蒸氣，加熱煤層；(e)、對採氣生產井(2)進行排水降壓抽採煤層氣與水蒸氣的混合氣體；(f)、採用公知的冷卻方法冷卻煤層氣與水蒸氣的混合氣體，即可得到氣態的煤層氣與液態的蒸餾水，實現混合氣體分離；(g)、根據煤層(6)溫度的變化，調配熱源注入井(1)和採氣生產井(2)，控制加熱煤層，抽採煤層氣。
2. 根據權利要求l所述的加熱煤層抽採煤層氣的方法，其特徵在於以井 間距100m—1000m確定井位，布置井網。
3. 根據權利要求1所述的加熱煤層抽採煤層氣的方法，其特徵在於採用蒸汽向熱源注入井(1)注入150。C 30(TC高溫高壓的水蒸氣。
4. 根據權利要求1所述的加熱煤層抽採煤層氣的方法，其特徵在於煤層 加熱溫度為100°C ~ 25(TC。
全文摘要
一種加熱煤層抽採煤層氣的方法，首先從地面向煤層實施多個垂直鑽井。垂直鑽井進入煤層後，煤層段下篩管套管(4)，煤層以上下隔熱套管(31)，並進行相應固井。選擇至少一個熱源注入井(1)其餘為採氣生產井(2)，向熱源注入井(1)中注入高溫高壓的水蒸氣，進行壓裂，使網內的所有井全部連通。對採氣生產井(2)進行排水降壓抽採煤層氣與水蒸氣的混合氣體。採用公知的冷卻方法冷卻煤層氣與水蒸氣的混合氣體，即可得到氣態的煤層氣與液態的蒸餾水，實現混合氣體分離。根據煤層溫度的變化，調配熱源注入井(1)和採氣生產井(2)，可控制加熱煤層，抽採煤層氣。本發明的方法能夠有效的進行煤層氣的抽採，加快煤層氣抽採速度，提高抽採率。
文檔編號E21B43/24GK101418679SQ20081007979
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月12日 優先權日2008年11月12日
發明者馮增朝, 劉靜波, 呂兆興, 棟 楊, 東 趙, 趙陽升 申請人:太原理工大學