一種煤層氣熱力開採的原位加熱方法與流程
2023-10-17 02:58:54 1
本發明涉及煤層氣熱力開採的方法。特別涉及通過煤儲層中放置電加熱棒將注入的冷水加熱，將水作為傳熱介質，實現對煤層加熱的一種煤層氣熱力開採的原位加熱方法。
技術背景
煤礦瓦斯是一種可燃性氣體。它既是一種寶貴的資源，也是威脅煤礦安全生產的最大隱患。在採礦過程中，瓦斯從煤層內擴散、湧出到礦井的巷道中，當巷道中的瓦斯濃度達到爆炸界限，遇到明火時，就會造成煤礦瓦斯爆炸事故。進行井下本煤層或鄰近煤層的瓦斯預抽採是減少礦井瓦斯湧出量、防治煤礦瓦斯災害的有效方法。公知的煤礦瓦斯對單一煤層或煤層群的主要抽採方法有：煤礦巷道內的本煤層鑽孔抽採、鄰近煤層穿層鑽孔抽採，或頂層巷道抽採方法等；地面實施的垂直井及其相配套的壓裂抽採方法、地面實施的多分支水平井抽採方法。這些常規方法對於較低滲透的煤層幾乎沒有什麼效果。
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。研究發現溫度能提高煤體中的瓦斯解吸速度，有助於煤層氣快速、高效開採。
埃克森美孚公司在進行油頁巖原位開採技術研究中，提出了Electrofrac TM的原位地層加熱工藝。該工藝先利用平行水平井對頁巖層進行水力壓裂,向油頁巖礦層的裂縫中填充導電介質,形成加熱單元。導電介質通過傳導把熱量傳遞給頁巖層,使頁巖層內的乾酪根熱解,產生的油氣通過採油井採到地面上來。但由於煤層是熱的不良導體，熱量不能在煤層中有效傳導。同時過高的溫度導致煤炭焦化變質。因此，該技術不能應用於煤層原位加熱。
CN101503957公開了一種井上下聯合注熱抽採煤層氣的方法，是將高壓過熱水從地面由鑽孔注入加熱煤層。這種加熱方法的缺點在於：一方面，注熱井需要裝配保溫套管減少過熱水熱量沿井壁的散失，而裝配保溫套管增加了施工與井筒維護的難度，同時減小了注水孔的孔徑；另一方面，地面注熱時，安裝加熱鍋爐需要佔用一定的土地，並且需要修築道路，鋪設注熱管路等工程。由於條件的限制，在一些特殊的地區(如山區等)往往無法實施。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種煤層氣熱力開採的原位加熱方法，解決現有開採方法需對井筒進行保溫改造與維護，給施工帶來較大困難和在特殊地區無法實施的技術問題。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種煤層氣熱力開採的原位加熱的方法，其具體步驟如下：
①對煤層進行水力壓裂後，由地面施工垂直鑽井或水平鑽井至煤層；
②沿垂直鑽井或水平鑽井將電加熱棒放置在鑽井內，所述電加熱棒與由耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜連接至地面；
③將內徑30～60mm的注水鋼管由地面布置在鑽井中，使管口放置在電加熱棒附近；
④將溫度傳感器、壓力傳感器放置在與注水鋼管同一位置，所述溫度傳感器和壓力傳感器由耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜連接至地面；
⑤在垂直鑽井或水平鑽井中的注水管口附近，靠近井口的一側利用耐高溫橡膠封隔器進行封隔；
⑥由注水鋼管向煤層注入冷水，並通過壓力傳感器檢測煤層注水壓力；
⑦通過地面控制，啟動電加熱棒，對煤層進行加熱，並通過溫度傳感器檢測煤層注水溫度；
⑧通過調節注水壓力與電加熱棒加熱功率，使煤層中的水溫達到預定溫度與壓力範圍；
⑨高溫高壓水沿煤層壓裂的裂縫滲流，並加熱煤層。
進一步，所述步驟①中，由地面施工垂直鑽井時，鑽井至煤層底板；由地面施工水平鑽井時，鑽井至煤層中部。
進一步，所述步驟②中，沿所述垂直鑽井將電加熱棒放置在鑽井的底部；沿所述水平鑽井將電加熱棒放置在水平鑽井內。
進一步，所述步驟③中，將注水鋼管由地面布置在垂直鑽井中，使管口處於煤層中距離煤層底板1/2至2/3煤層厚度的位置。
進一步，所述步驟⑤中，耐高溫橡膠封隔器的阻水壓力不小於H×ρ/9800+15MPa，其中：H為煤層的埋深(米)，ρ為水的密度(kg/m3)。
進一步，所述步驟②與④中，耐高溫橡膠封隔器的耐高溫不低於300℃。
本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果：
本發明對經過水力壓裂的煤層氣儲層，通過鑽井放置大功率電加熱棒、注水鋼管，溫度與壓力傳感器，並用耐高溫橡膠封隔器進行封堵，通過對煤層注水並利用電加熱棒加熱注入的冷水，將水作為傳熱介質，綜合煤層厚度，滲透性，含氣量等因素，調節煤層注水速率與電加熱棒加熱功率，實現對煤層氣儲層的原位加熱。也為低滲透煤層瓦斯熱力開採提供了有效的原位加熱方法。
附圖說明
圖1是煤層氣垂直鑽井原位加熱開採方法剖面圖；
圖2是煤層氣水平鑽井原位加熱開採方法剖面圖。
其中：1-頂板、2-煤層、3-底板、4-注水鋼管、5-垂直鑽井、6-溫度傳感器、7-壓力傳感器、8-耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜、9-耐高溫橡膠封隔器、10-耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜、11-電加熱棒、12-水平鑽井。
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述。
實施例1：
如圖1所示，在一個厚度為10m，埋藏深度300m的近水平的單一煤層2中，採用本發明對煤層進行原位加熱。
一種煤層氣熱力開採的原位加熱的方法，其具體步驟如下：
①對煤層2進行水力壓裂後，由地面施工垂直鑽井5至煤層底板3；
②沿所述垂直鑽井5將電加熱棒11放置在鑽井的底部，所述電加熱棒11與由耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜8連接至地面；
③將內徑30～60mm的注水鋼管4由地面布置在鑽井中，使管口處於煤層中距離煤層底板1/2至2/3煤層厚度的位置；
④將溫度傳感器6、壓力傳感器7放置在與注水鋼管4同一位置，所述溫度傳感器6和壓力傳感器7由耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜10連接至地面；
⑤在鑽孔中與煤層相鄰的頂板1位置採用250℃耐高溫橡膠封隔器9進行深度5m的密封；
⑥由注水鋼管4向煤層2注入冷水，並通過壓力傳感器7檢測煤層注水壓力；
⑦通過地面控制，啟動電加熱棒11，對煤層進行加熱，並通過溫度傳感器6檢測煤層注水溫度；
⑧通過調節注水壓力與電加熱棒加熱功率，使煤層中的水溫達到預定溫度與壓力範圍，實現煤層的一定範圍內的原位加熱。
所述步驟⑤中，所述耐高溫橡膠封隔器9的阻水壓力不小於18MPa。
實施例2：
如圖2所示，在一個厚度為10m，埋藏深度300m的近水平的單一煤層2中，採用本發明對煤層進行原位加熱。
一種煤層氣熱力開採的原位加熱的方法，其具體步驟如下：
①對煤層2進行水力壓裂後，由地面施工水平鑽井12至煤層中部；
②沿所述水平鑽井12將電加熱棒11放置在水平鑽井內，所述電加熱棒11與由耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜8連接至地面；
③將內徑30～60mm的注水鋼管5由地面布置在鑽井中，使管口放置在電加熱棒11附近；
④將溫度傳感器6、壓力傳感器7放置在與注水鋼管4同一位置，所述溫度傳感器6和壓力傳感器7由耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜10連接至地面；
⑤在水平鑽孔中注水管口附近靠近井口的一側利用300℃耐高溫橡膠封隔器9進行深度3m的密封；
⑥由注水鋼管4向煤層2注入冷水，並通過壓力傳感器7檢測煤層注水壓力；
⑦通過地面控制，啟動電加熱棒11，對煤層進行加熱，並通過溫度傳感器6檢測煤層注水溫度；
⑧通過調節注水壓力與電加熱棒加熱功率，使煤層中的水溫達到預定溫度與壓力範圍，實現煤層的一定範圍內的原位加熱。
所述步驟⑤中，所述耐高溫橡膠封隔器9的阻水壓力不小於20MPa。
本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離本發明的精神和範圍，應當理解，上述實施例不限於前述的細節，而應在權利要求所限定的範圍內廣泛地解釋。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以作岀若干改進和等效範圍內的變化，這些改進和變化也應視為本發明的保護範圍。