CN100347402C - 煤层气的热力开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了煤层气的热力开采方法，煤层甲烷气通常是以吸附状态存在于煤层孔隙表面的，它的产出至少要经过解吸、渗流两个过程，因而解吸速度和渗流速度是决定产气速度的主要因素。这种热力采气方法，通过热吞吐方式注入热能，增加吸附态煤层气(甲烷)的自由能，从而增加甲烷从煤层孔隙表面上解吸的速度，同时气体受热膨胀加速渗流流动，从而达到大幅度提高煤层气产量、实现煤层气的工业化开发的目的。

Description

煤层气的热力开采方法
技术领域
本发明涉及一种提高煤层气井产量、高速开发煤层气的方法和技术，特别是指煤层气的热力开采方法，属于煤炭化工技术领域。
背景技术
煤层甲烷气(Coal bed Methane)简称煤层气，也称为瓦斯或沼气，是成煤过程中形成的、仍以煤层为储集层的天然气，主要成分为甲烷(CH4)。甲烷是宝贵的资源、优质的能源和化工原料，可作为常规天然气的接替能源或补充能源。但是，如果不预先开发煤层气，采煤过程中甲烷将进入矿井巷道而可能导致瓦斯爆炸事故，或作为废气排入大气、引起环境污染。因此，开发煤层气能充分利用宝贵的自然资源、防止煤矿瓦斯爆炸事故、保护大气环境。
以往开发煤层气的效果不理想，主要问题是产量低(产气量超过1000米3/日的井仅占总钻井数的10％左右)、产量不稳定，不能达到工业化开发的标准。
产气量小的原因主要为：与常规天然气相比，煤层气的储存方式以吸附为主、储层能量低(压力低)、渗透性差，煤层气的产出过程是首先降压解吸，然后在孔隙介质中渗流。由此可见煤层气的产出过程复杂，产量受解吸速度和渗流速度的制约，除非针对个别很高渗透性的储层，否则仅依靠天然能量较难获得很高的产气量和采收率，必须寻找和研究提高开采速度(或日产气量)和采收率的新方法。
常规石油天然气开采可以采用注水或注天然气的方法，增加地层压力和能量，达到驱替石油天然气、实现高速开采的目的。而对于煤层气，如果高压注水或注气，则煤层气体压力增高，由于甲烷是吸附态的，增加压力不利于解吸放出，甚至使已经解吸的游离气体再吸附。所以注水或注气致使煤层气无法解吸，只有降压才能解吸，因此采用高压注水、注气是不合适的。
目前，有一种针对煤层气的CO2吸附法，该方法是利用CO2具有比甲烷高的吸附性，注入CO2后，排挤甲烷或改变其吸附特性。但这种方法还必须适当地降压，在降压过程中CH4解吸，CO2具有强吸附性而占据CH4的位置，从而使CH4保持游离状态。总的过程是：生产井开井降压，注入井注入CO2，降压后甲烷解吸为游离状态，CO2吸附。然后增加注入压力，甲烷无法吸附，只能沿孔隙流动从气井产出。生产一段时间后，再次降压，进行下一个循环的注入和产出。但由于降压过程在生产井，而CO2是在注入井注入，所以CH4与CO2的竞争可能不同时发生，另外由于升压与降压的反复循环，因此也不能很大幅度地提高产气量。目前这只是一种理论上的方法。
通过研究发现，高温下CH4的吸附能力大大降低，采用热力方法加热煤层可以增加CH4的解吸速度，同时热能在向煤层传递的过程中气体受热膨胀，有利于建立生产压差，从而大幅度地增加气井日产量。当前，有热力开采稠油的专利，但没有把热力方法引入开采煤层气的先例。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种煤层气的热力开采方法，使煤层气产量得到提高。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种煤层气的热力开采方法，包括：
单井自然产气，直到日产气量低于工业化开发标准；以微波直接加热或化学氧化加热的方式向地层注入热能，使煤层加热；关闭气井；开井采气；
所述微波直接加热方式中的微波发生器发射的微波频率为1NHZ-10GHZ，功率为100千瓦-1000千瓦；
所述化学氧化剂氧化加热的方式向地层注入热能是将氧化剂送入安装在注入井内煤层部位的燃烧室，使氧化剂在燃烧室内与碳氢化合物发生氧化反应产生热量，加热煤层。
所述的热能注入量以煤层温度升高≥20℃为标准；关闭气井的时间为1-15天。
所述以微波直接加热的方式向地层注入热能是向安装在注入井内煤层部位的微波发生器供电，使其向被加热煤层发射微波，直接加热煤层。
所述的氧化剂至少为过氧化氢，其浓度为30％-35％；所述的管道至少为不锈钢管或塑料内衬管。
所述热能采用吞吐方式注入，即在单井中，注入热能和开采煤层气交替进行。
换言之，煤层气的热力开采方法，至少包括如下步骤：
步骤1、注入：向地层注入热能，使煤层加热；
步骤2、焖井：关闭气井；
步骤3、采气：开井生产。
所述的注入热能的方式至少包括：注入热流体或化学剂氧化产生热量或电加热。
当注入热流体时，该开采方法的具体步骤如下：
步骤a1：由地面蒸汽发生器和注入泵经由管道向煤层注入热流体，用于加热煤层；
步骤a2：关闭气井；
步骤a3：游离态的甲烷由地层深部流入气井，经管道产出，到达地面汇入输气管线。
所述的热流体至少为过热蒸汽或热水。
所述的热流体的注入温度为：100-400℃；注入压力不大于地层破裂压力；注入速度为：每米煤层厚度1000公斤/天～10000公斤/天。
所述的热流体的注入总量为每米煤层厚注入5-20吨水当量。
当注入的热能为微波加热的能量时，该开采方法的具体步骤如下：
步骤b1：向微波发生器供电，使其发射微波，用于加热煤层；
步骤b2：关闭气井；
步骤b3：游离态的甲烷由地层深部流入气井，经由管道产出，到达地面汇入输气管线。
所述的微波发生器安装在注入井的煤层部位，微波频率为1NHZ-10GHZ，功率为100千瓦-1000千瓦。
当注入的热能为化学剂氧化生成的热量时，该开采方法的具体步骤如下：
步骤c1：将氧化剂送入燃烧室，使氧化剂在燃烧室内与碳氢化合物发生氧化反应产生热量，加热煤层；
步骤c2：关闭气井；
步骤c3：游离态的甲烷由地层深部流入气井，经由管道产出，到达地面汇入输气管线。
所述的氧化剂至少为过氧化氢，其浓度为30％-35％。
所述的管道至少为不锈钢管或塑料内衬管。
在注入热能之前，首先自然产气，当日产气量低于工业化开发标准时，再注入热能。
所述的热能采用吞吐方式注入，即在单井中，注入热能和开采煤层气交替进行。
所述的热能注入量以煤层温度升高≥20℃为标准。
上述的关闭气井的时间为1-15天。
通过以上技术方案，本发明具有如下优点：
1、加热煤层提高了煤层气(甲烷)的解吸速度；
2、温度升高，气体膨胀，提高了渗流速度；
3、热力吞吐还具有清除井底污染物并疏通堵塞物的作用；
4、热力吞吐开采煤层气具有灵活、可靠、投资小的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1过热蒸汽注入过程示意图；
图2为本发明实施例1开采过程示意图；
图3为本发明实施例2微波注热过程示意图；
图4为本发明实施例2开采过程示意图；
图5为本发明实施例3生产过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例一：注入过热蒸汽吞吐采气
煤层气井1经过一段时间的排水、采气后，当气井日产量低于工业开发标准时(例如1000米3/日)，进行注入过热蒸汽吞吐采气。如图1所示，首先由地面蒸汽发生器和注入泵3经油管2向煤层4注入过热蒸汽，其中，注入蒸汽温度为100-400℃，注入压力为≤地层破裂压力，注入速度为500～10000公斤/天/米煤层，气体渗入地层，在蒸汽波及的区域内加热煤层，从而使原来呈吸附态的甲烷解吸，变为游离状态。当注入总量为每米煤层厚注入5-15吨水当量蒸汽后，注入蒸汽过程结束，关井平衡1-15天，等待蒸汽中的热量传递给远井地带的地层深部5，其目的是扩大蒸汽的作用范围，使吸附态甲烷解吸、游离状态的甲烷受热膨胀。
开井生产阶段，如图2所示，大量高温的游离状态的甲烷由地层深部5流入气井，经油管2产出，到达地面汇入输气管线6。
通常煤层埋藏深度约1000米，原始地层温度约50℃，加热后煤层平均温度可达到150℃以上，此时煤层的吸附能力约降低到原来的约1/10，解吸速度提高约10倍，气井产量提高约10-30倍。
实施例二：微波注热吞吐采气
如图3所示，在注入阶段，微波发生器8安装在注入井1的煤层部位，地面工业电源7通过电缆10向微波发生器供电，微波发生器发射微波，微波对地下煤层4直接加热。微波的频率范围为1NHZ-10GHZ之间，微波发生器的功率为100千瓦-1000千瓦，加热后煤层温度达到100-400℃以上，焖井1-15天，等待煤层内热量传递，煤层温度分布均匀，加速解吸，使吸附态甲烷迅速变为游离状态。
如图4所示，在产气阶段，由于温度提高加速了解吸，加上气体的热膨胀，使得煤层气由地层流向井筒，经油管2流到地面，并汇入输气管网。
实施例三：利用过氧化氢反应热采气
如图5所示，在注入阶段，将较低浓度(30％-35％)的过氧化氢，用泵送入，通过不锈钢或塑料内衬油管2送到燃烧室12，水由油套环空注入到井底(油套环空：外边大管子叫套管，内部的细管子叫油管，大小管子之间的空间，行业上叫油套环空)，在燃烧室12过氧化氢与碳氢化合物发生反应而被氧化，氧化产生的热量可将水蒸发，生成过热蒸汽和二氧化碳，过热蒸汽进入煤层4，使煤层加热，煤层温度升高20℃以上，加速解吸，使吸附态甲烷迅速变为游离状态，焖井1-15天。
需要注意的是：在上述的过程中，热流体的温度不宜太高，以防止热流体将煤层气推向远井地带，热流体的温度以产气量明显上升为宜。例如：对注蒸汽吞吐，注入总量约为每米煤层厚注5-15吨水当量蒸汽。
选择注入何种热能，主要根据注入规模、设备费、运行费等因素综合考虑。一般注热蒸汽的投入高，但热量也高，增产效果最好。注热水的设备投资小，但水的热容量也低，增产效果不如注蒸汽。化学氧化剂生热或电加热的特点是设备投资小，应用灵活方便，适合于小型气田或井组试验。
通过注入蒸汽或其它方法加热煤层，从而使原来呈吸附态的甲烷迅速解吸，变为游离状态。随着热量向煤层深部传递，大量煤层气解吸为游离状态，游离状态的甲烷又受热膨胀。当开井生产时，这些游离态的甲烷迅速产出。从而大幅度地提高煤层气井的产量。
在产气阶段，由于温度提高加速了解吸，加上气体的热膨胀，使得煤层气由煤层4流向井筒，经油管2流到地面，并汇入输气管网。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1、一种煤层气的热力开采方法，其特征在于，包括：
单井自然产气，直到日产气量低于工业化开发标准；
以微波直接加热或化学剂氧化加热的方式向地层注入热能，使煤层加热；关闭气井；开井采气；
所述微波直接加热方式中的微波发生器发射的微波频率为1NHZ-10GHZ，功率为100千瓦-1000千瓦；
所述化学氧化剂氧化加热的方式向地层注入热能是将氧化剂送入安装在注入井内煤层部位的燃烧室，使氧化剂在燃烧室内与碳氢化合物发生氧化反应产生热量，加热煤层；
所述的热能注入量以煤层温度升高≥20℃为标准；关闭气井的时间为1-15天。
2、根据权利要求1所述的煤层气的热力开采方法，其特征在于：所述以微波直接加热的方式向地层注入热能是向安装在注入井内煤层部位的微波发生器供电，使其向被加热煤层发射微波，直接加热煤层。
3、根据权利要求1所述的煤层气的热力开采方法，其特征在于：所述的氧化剂至少为过氧化氢，其浓度为30％-35％；所述的管道至少为不锈钢管或塑料内衬管。
4、根据权利要求1所述的煤层气的热力开采方法，其特征在于：所述热能采用吞吐方式注入，即在单井中，注入热能和开采煤层气交替进行。
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7909094B2 (en) * 2007-07-06 2011-03-22 Halliburton Energy Services, Inc. Oscillating fluid flow in a wellbore
CN101418679B (zh) * 2008-11-12 2012-01-25 太原理工大学 加热煤层抽采煤层气的方法
CN101503957B (zh) * 2009-01-23 2012-09-26 赵阳升 井上下联合注热抽采煤层气的方法
CN101988384B (zh) * 2010-08-31 2015-11-25 新奥科技发展有限公司 利用烟道气原位干馏地下煤层的方法
CN101988383B (zh) * 2010-08-31 2015-11-25 新奥科技发展有限公司 利用烟道气原位干馏地下煤层的方法
CN102720473A (zh) * 2011-03-31 2012-10-10 中联煤层气有限责任公司 开采煤层气的方法
CN102162352A (zh) * 2011-04-19 2011-08-24 王正东 一种煤层气开采的新方法
CN102897797B (zh) * 2012-04-27 2015-10-07 李宽义 利用煤层气生产氢氰酸衍生物的环保清洁工艺方法
CN102747998B (zh) * 2012-06-29 2015-11-25 中国石油大学(北京) 页岩气增产方法及页岩气增产设备
CN102937016A (zh) * 2012-10-29 2013-02-20 中国地质大学（武汉） 一种煤层注热的二氧化碳提高煤层气采收率的方法
CN103114871A (zh) * 2013-03-04 2013-05-22 刘永杰 一种利用微波加热煤层的抽采装置及方法
CN103225497B (zh) * 2013-04-16 2015-07-08 中国石油天然气股份有限公司 微波原位汽化地层水并驱替稠油的开采方法
CN103470236B (zh) * 2013-09-16 2016-02-10 中国海洋石油总公司 煤层气井自动加热回注水增产工艺
CN103806934B (zh) * 2014-02-28 2017-02-15 山东科技大学 一种高应力低孔隙率煤层预裂增透抽放瓦斯的方法
CN105735958A (zh) * 2016-04-27 2016-07-06 阳泉市应用技术研究所 一种基于注入水蒸汽以增加煤层透气性的方法及其系统
CN107842350B (zh) * 2017-11-07 2019-08-02 河南理工大学 一种煤矿井下高残余瓦斯含量煤层提高抽采率的方法
CN108843278B (zh) * 2018-07-25 2020-05-19 辽宁工程技术大学 一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置及方法
CN110067549B (zh) * 2019-03-26 2021-08-20 湖南科技大学 基于微波辐射的极薄煤层群原位气化开采方法
CN111005754B (zh) * 2019-12-27 2020-10-13 中国矿业大学 一种多分层煤体的多级瓦斯流态化抽采方法
CN111948109A (zh) * 2020-07-07 2020-11-17 重庆科技学院 一种模拟页岩气开采过程中“焖井”操作的实验方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4019577A (en) * 1976-02-23 1977-04-26 Mobil Oil Corporation Thermal energy production by in situ combustion of coal
US4026359A (en) * 1976-02-06 1977-05-31 Shell Oil Company Producing shale oil by flowing hot aqueous fluid along vertically varied paths within leached oil shale
DE3013293A1 (de) * 1980-04-05 1981-10-15 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur untertaegigen vergasung von kohle
US4638863A (en) * 1986-06-25 1987-01-27 Atlantic Richfield Company Well production method using microwave heating
US5072990A (en) * 1990-07-12 1991-12-17 Mobil Oil Corporation Acceleration of hydrocarbon gas production from coal beds
CN1165236A (zh) * 1996-01-31 1997-11-19 瓦斯塔资源有限公司 化学诱导激发的煤内生裂隙生成
US20020053436A1 (en) * 2000-04-24 2002-05-09 Vinegar Harold J. In situ thermal processing of a coal formation to pyrolyze a selected percentage of hydrocarbon material

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4026359A (en) * 1976-02-06 1977-05-31 Shell Oil Company Producing shale oil by flowing hot aqueous fluid along vertically varied paths within leached oil shale
US4019577A (en) * 1976-02-23 1977-04-26 Mobil Oil Corporation Thermal energy production by in situ combustion of coal
DE3013293A1 (de) * 1980-04-05 1981-10-15 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur untertaegigen vergasung von kohle
US4638863A (en) * 1986-06-25 1987-01-27 Atlantic Richfield Company Well production method using microwave heating
US5072990A (en) * 1990-07-12 1991-12-17 Mobil Oil Corporation Acceleration of hydrocarbon gas production from coal beds
CN1165236A (zh) * 1996-01-31 1997-11-19 瓦斯塔资源有限公司 化学诱导激发的煤内生裂隙生成
US20020053436A1 (en) * 2000-04-24 2002-05-09 Vinegar Harold J. In situ thermal processing of a coal formation to pyrolyze a selected percentage of hydrocarbon material

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
微波在油气开发中的作用 马宝岐等.石油勘探与开发，第24卷第3期 1977 *
过氧化氢在石油工业上的应用 海云等.断块油气田，第7卷第6期 2000 *

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