CN101418679B - 加热煤层抽采煤层气的方法 - Google Patents

Abstract

一种加热煤层抽采煤层气的方法，首先从地面向煤层实施多个垂直钻井。垂直钻井进入煤层后，煤层段下筛管套管(4)，煤层以上下隔热套管(31)，并进行相应固井。选择至少一个热源注入井(1)其余为采气生产井(2)，向热源注入井(1)中注入高温高压的水蒸气，进行压裂，使网内的所有井全部连通。对采气生产井(2)进行排水降压抽采煤层气与水蒸气的混合气体。采用公知的冷却方法冷却煤层气与水蒸气的混合气体，即可得到气态的煤层气与液态的蒸馏水，实现混合气体分离。根据煤层温度的变化，调配热源注入井(1)和采气生产井(2)，可控制加热煤层，抽采煤层气。本发明的方法能够有效的进行煤层气的抽采，加快煤层气抽采速度，提高抽采率。

Description

加热煤层抽采煤层气的方法

技术领域

本发明涉及一种地下煤层气的开采方法，特别是一种利用群井连通加热煤层抽采煤层气的方法。

背景技术

煤层气是煤的一种伴生气体，主要成分是甲烷，煤矿中俗称为“瓦斯”。由于煤层气可以燃烧，因此被当作一种洁净能源加以开采和利用。目前已公知的主要抽采方法有：煤矿巷道内的地下本煤层钻孔抽放方法和地面实施的多分支水平井抽采技术。地下本煤层钻孔抽放技术是从煤矿井下巷道向煤层施工钻孔，并进行抽采的一项技术。该技术主要是降低煤层中的煤层气含量，保证煤矿的安全生产。多分支水平井抽采技术是从地面向煤层垂直施工一个钻孔，钻孔进入煤层后变为水平钻孔，并由一个钻孔分成若干个钻孔，形成较大的抽采范围。该技术主要用于地面煤层气开采。但由于煤对甲烷有很强的吸附性，煤层的渗透性低，煤层中煤层气的原始压力小，一般在0.5MPa～1.0MPa之间，不论上述哪种方法都不能有效抽采出煤层中的瓦斯气体。

由于煤体对二氧化碳、氮气的吸附性高于甲烷，国内外也有向煤层中注入二氧化碳、氮气等气体，以驱替出煤体中的甲烷。如中国专利200710053268.1公开的“井下水平孔混合气体驱替煤层气开采系统及其方法”，以及200710053269.6公开的“井下抽排巷混合气体驱替煤层气开采系统及其方法”等。

煤层气属于原生气体，它是被吸附在煤体内的微小孔隙中，根据煤层气开采理论，由于瓦斯压力的变化，瓦斯首先解吸为游离瓦斯，并逐渐由孔隙和不可渗流的微裂隙扩散到大的裂隙中，这是瓦斯的扩散阶段；其次，在压力梯度的作用下，有高压力区向低压力区流动，这是瓦斯的渗流阶段。在瓦斯抽采过程中，这两步缺一不可。对于低渗透煤层，由于渗流阶段无法进行，因此驱替技术对于煤层气开采效果甚微。

目前，国内外许多学者研究了温度对煤体中瓦斯解吸速度的影响规律。试验发现温度能够提高煤体中的瓦斯解吸速度，但试验的温度范围为30℃～70℃。其结果对于快速、高效开采煤层气没有产生特别影响。因此，也未提出相应的工业技术方法。

中国专利200710145879.9公开了“一种煤层气开采新技术”，该技术通过建立连通地面和煤层的竖井，然后将煤层气燃烧后的高温气体注入进气井加热煤层，对采出的混合气体进行分离。目前，由于快速高效气体分离技术尚不成熟，特别是二氧化碳与甲烷气体的分离技术难度大，使得该技术很难实现工业生产应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述煤层气抽采方法的不足，提供一种加热煤层抽采煤层气的方法。该方法能够有效的进行煤层气抽采，加快煤层气抽采速度和提高抽采率。

本发明所述加热煤层抽采煤层气的方法为：首先在煤层中建立一个井网，钻井从地面直至煤层，钻井的数量不少于2个。然后选择至少一眼井为热源注入井，其它井为采气生产井。从热源注入井向煤层中注入150℃～300℃高温高压水蒸气，将煤层加热到100℃～250℃以上。煤层被加热后，其中吸附的瓦斯将迅速解吸称为游离瓦斯，气体从吸附状态变为游离状态后，体积增加2到3个数量级，因此，煤层中瓦斯压力10到100倍。在水蒸气的驱动作用下，游离瓦斯迅速向低于常压的采气生产井流动。从而实现迅速、高效开采煤层气的目的。由于水蒸气的热容系数大，携带热的能力强，因此采用高温高压水蒸气加热煤层的速度快。

本发明所述加热煤层抽采煤层气的方法，其特征在于：

(1)由地面向抽采煤层施工多个钻井。钻井距离在100～1000米之间，钻井布置可以是单排或多排分布。

(2)如果煤层的渗透率低于10毫达西时，采用公知方法实施水力压裂，通过压裂技术连通井群，反之无需进行压裂。

(3)选择至少一个热源注入井向煤层内注入150℃～300℃高温高压水蒸气加热煤层。并驱动游离的煤层气向采气生产井流动。

(4)从采气生产井中一方面利用水泵提取冷却、凝结的水，另一方面抽取产出的煤层气与未凝结的水蒸气的混合气体。

(5)对混合气体进行冷却和干燥处理得到煤层气。冷却水经过沉淀、过滤处理重复使用。

(6)注入水蒸气的温度与压力通过供水量控制。水蒸气中不含空气或氧气，不会引起煤层自燃。

本发明的热源注入井与采气生产井在结构上没有区别，在抽采煤层气过程中可以根据需要任意调换，使煤层均匀受热，从而提高煤层气的抽采效率。具体步骤是：

1、从地面向煤层实施多个垂直钻井。

2、垂直钻井进入煤层后，煤层段下筛管套管，煤层以上下隔热套管，依据规范要求进行相应固井。

3、所有钻井完井并固井后，选择至少一个热源注入井，其余为采气生产井。根据煤层渗透率的大小，确定是否需要向热源注入井中注入高温高压的水蒸气，进行热源注入井与采气生产井的压裂，使网内的所有井全部连通。

4、从热源注入井向煤层压入高温高压的水蒸气，维持煤层的温度。对采气生产井进行排水降压抽采煤层气与水蒸气的混合气体。

5、采用公知的冷却方法冷却煤层气与水蒸气的混合气体，即可得到气态的煤层气与液态的蒸馏水，实现混合气体分离。

6、在抽采煤层气过程中，根据煤层温度的变化，调配热源注入井和采气生产井，实施控制加热煤层，抽采煤层气。

本发明所述的加热煤层抽采煤层气的方法，通过对煤层加热，降低煤对煤层气的吸附性，加快煤层气的解吸速度，由于加热和游离气体增多，增大了煤层气压力，同时，煤体加热后会产生许多热破裂裂缝，增大煤层的渗透性。从而提高了抽采率和抽采速度，能够更有效的进行煤层气抽采。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明。

图1是本发明的地面垂直钻井五个井的井网布置图。

图2是沿图1中A—A线的剖视图。

图3是本发明的地面垂直钻井九个井的井网布置图。

图4是沿图3中B—B线的剖视图。

图5是本发明的多个热源注入井的井网布置图。

图6是沿图5中C—C线的剖视图。

图中：1—热源注入井；2—采气生产井；3—隔热套管；4—筛管套管；5—煤层顶板上覆岩层；6—煤层；7—煤层底板。

具体实施方式

图1、图2给出了本发明的地面垂直钻井井网布置图。如图所示，在地面选择合适的井间距500m，确定井位，向煤层实施垂直钻井，布置井网。该井网由一个热源注入井1和四个采气生产井2等五口井组成。

垂直钻井进入煤层6后，煤层段下筛管套管4，煤层以上的煤层顶板上覆岩层5段下隔热套管3，依据规范要求进行相应固井。

所有钻井完井并固井后，选择至少一个热源注入井1，其余为采气生产井2。根据煤层渗透率的大小，确定是否需要进行热源注入井1与采气生产井2的压裂。然后用蒸汽向热源注入井1注入300℃高温高压的水蒸气，

井网连通后，由热源注入井1向煤层压入温度为300℃的高温高压水蒸气，把煤层加热到250℃并保持这个温度。然后对采气生产井2进行排水降压抽采煤层气与水蒸气的混合气体。

采用公知的冷却方法冷却煤层气与水蒸气的混合气体，即可得到气态的煤层气与液态的蒸馏水，实现混合气体分离。

在抽采煤层气过程中，根据煤层温度的变化，调配热源注入井1和采气生产井2，实施控制加热煤层，抽采煤层气。

本发明加热煤层抽采煤层气的方法，其高温高压水蒸气由热源注入井1注入后，沿压裂裂缝向采气生产井2流动。并逐渐加热热源注入井1与采气生产井2之间的煤层。煤层被加热后，煤层中的煤层气迅速解吸成为游离气体，增大了煤层中的煤层气压力，煤层中的游离气体在蒸汽压力和自身压力的双重作用下向采气生产井2流动。调节采气生产井2的煤层气抽采速度，能够改变蒸气的流速，进而改变煤层的加热速度。从而实现高效开采煤层气的目的。

本发明还可以如图3所示，围绕热源注入井1施工八个采气生产井2，构成由一个热源注入井1和八个采气生产井2组成的井网。

本发明还可以根据需要，如图5所示施工多个垂直钻井，选择两个热源注入井1，其余为采气生产井2，组成井网，实施煤层气的抽采。为了加快煤层气抽采速度并提高抽采率，在抽采过程中，可根据煤层温度变化，调配热源注入井1和采气生产井2，控制加热煤层，进而实现高效抽采煤层气。

Claims (1)

1.一种加热煤层抽采煤层气的方法，其特征在于：

(a)、从地面向煤层实施多个垂直钻井；

(b)、垂直钻井进入煤层(6)后，煤层段下筛管套管(4)，煤层以上的煤层顶板上覆岩层(5)段下隔热套管(3)，并进行相应固井；

(c)、选择至少一个热源注入井(1)，其余为采气生产井(2)，向热源注入井(1)中注入高温高压的水蒸气，进行热源注入井(1)与采气生产井(2)的压裂，使井网内的所有井全部连通；以井间距100m-1000m确定井位，布置所述井网；

(d)、从热源注入井(1)向煤层压入高温高压的水蒸气，加热煤层；

(e)、对采气生产井(2)进行排水降压抽采煤层气与水蒸气的混合气体；

(f)、冷却煤层气与水蒸气的混合气体，即可得到气态的煤层气与液态的蒸馏水，实现混合气体分离；

(g)、根据煤层(6)温度的变化，调配热源注入井(1)和采气生产井(2)，控制加热煤层，抽采煤层气；

采用蒸气向所述热源注入井(1)注入150℃～300℃高温高压的水蒸气；

步骤(d)中煤层加热温度为100℃～250℃。

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