CN102486084A - 深层煤气化天然气开发体系 - Google Patents
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Abstract
本发明是用高温高压将深部煤层在地层中直接气化成天然气进行工业性开发的技术体系。它包括钻井对接系统、气化监测系统、气化控制系统和整体开发系统组成。这些系统的综合不仅能够保证煤层可控天然气化，而且能够降低钻井、完井作业成本，保障单井高产和煤田资源的高回收率。
Description
技术领域
煤田开发和天然气开发。
背景技术
水平钻井技术，随钻对接技术，三维地震勘探技术，四维地震勘探技术，井间地震勘探技术。
发明内容
开发对象：地层深部煤田。地层深度大于500米，目前采煤技术难以达到深部煤田。
开发方式：将两井对接，形成“U”形通风井。先通空气将深部煤层点燃，升温，然后再通高温、高压水蒸气，让水蒸气与煤反应气化成天然气开采。与目前常规机械采煤不同，采出的是天然气，不是煤。与地面气化天然气技术不同，天然气是在地层中直接气化。不用采煤也不用建气化厂。与废弃矿井气化天然气不同，第一，煤层是原始煤炭，不是机械开发后的残余煤炭；第二，深度大；第三，燃烧室不是废弃巷道，是井孔；第四，也是最重要的一点高压气化，压力一般大于100个大气压，以保证产出的甲烷，而不是水煤气。
原理：在高温高压条件下碳与水蒸气反应形成二氧化碳和甲烷，化学平衡两边的气体分子各两个，左边2个水汽分子，右边1个甲烷和一个二氧化碳。体积基本不变，还减少了很少很少一点点，因为煤炭气化了。
2C + 2H 2O = CO2+ CH4
在高温常压条件下碳与水蒸气反应形成一氧化碳和氢气，化学平衡两边的气体分子增加一倍，左边2个水汽分子，右边1个甲烷和一个二氧化碳。
C + H2O = CO+ H2
油气勘探实践表明，岩石封闭强度很高，超高压气田气体压力是静水压力的2倍以上。岩石破裂力范围一般是静水压力的1.5-2.3倍。破裂压力的高低与岩石的成岩程度和围压有关，中国的煤层基本为中生界和古生界煤层，岩石老，成岩程度，围岩破裂压力高。深部地层围压大，破裂压力高。较浅的煤层围压也是曾经深埋过的，虽然绝对值降低，但相对静水压力比值升高。 一般情况下500米以上的煤层围岩破裂压力均大于100大气压。能够满足地下高温高压煤层气化天然气条件。
开发体系由以下系统组成：
1. 钻井对接系统
在三维地震勘探和探井已经确认了煤层空间展布的条件下。用随钻测井技术（LWD）沿煤层钻水平井。用随钻对接技术（JWD）实现两井直接对接（内容详见JWD钻井技术专利申请，申请号为201010299101.5）。
2. 气化监测系统
煤层气化的结果会导致井孔加大。常压下岩石的强度可以支撑直径大于1米的巷道。高压对巷道的支撑可以使这个巷道更大。空气波阻抗比地层小很多，所以它们之间是一个很强的反射界面。地震分辨率与地震波长有关，地震可探测1/16波长的巷道存在，能够确认1/4波长的巷道尺寸。现在地面地震（附图1）在1000米的主频可以达到100HZ，1/4波长大约1米左右。所以煤层气化形成的直径1米以上的巷道就可以通过地面地震探测。按特定时间间隔连续进行三维地震勘探——四维地震勘探就可以检测煤层的气化过程。如果利用井间地震缩短距离可以提高接收频率，实现更高精度监测。
3. 气化控制系统
通过控制入口水蒸气的流量、温度和压力，以及出口的流量和压力控制煤层的气化范围及其温度压力，这样就能控制煤层的气化速度和范围，以及气化后顶板陷落范围和速度。流量、温度和压力越大，气化速度越快。气化慢陷落慢，压力高陷落慢。根据煤层气化监测的结果和经验总结的理论调节出入流体参数，使煤田的可控开采。
注蒸汽井井口设备包括水管网，天然气蒸汽发生器，蒸汽增压机，蒸汽流量计、压力计和温度计。井下蒸汽流量计、压力计和温度计，井下蒸汽电力增温器。电力和通讯缆线，计算机控制系统。
采天然气井口设备包括，防喷器，采气管汇，天然气管网，天然气流量计、压力计和温度计。流量和压力控制阀门。井下天然气流量计、压力计和温度计。电力和通讯缆线，计算机控制系统。
4. 整体开发系统
矩阵式布井，工厂化接替开发。一次整体布井，批钻井，批完井，注蒸汽井与采天然气井接替向前。该片煤层采完后，采气井变为注蒸汽井，为下一口采气井注蒸汽。通常情况下煤田存在多煤层，为此整体设计，整体实施，分层分阶段开发。多个煤层一批次钻井。然后由上而下，逐层开发。下层的井先用着井间地震监测上部井气化情况。同时上部煤层燃烧提高围岩温度，使其下煤层的吸附气变为游离气，并促进了生气反应。这样下部煤层游离气压力升高与井孔之间产生巨大的流体压差，形成微裂隙为生产煤层气提供了条件。如果临近的上下地层存在富有机质页岩，也可以考虑开发页岩气使得资源全部得到利用。与普通煤层气和页岩气开发不同，通常不进行压裂，以免破坏围岩的封闭性。
Claims (4)
1.利用深部煤层围岩围自身的高压封闭能力，用高温高压使水蒸汽与煤反应将煤层在原地直接气化成天然气的采煤方法。
2.煤层围岩围自身的有较大支撑强度，煤层气化会形成直径1米以上的空气巷道，利用地面地震和井间地震勘探监测空气巷道的演变来确定深部煤层气化过程的方法。
3.利用调节注入水蒸气流量、压力和温度，和采气井口流量和压力，来控制煤层气化范围和速度，以及顶板陷落范围和速度的方法。
4.整体设计，整体实施，分层分阶段开发思路。不仅单煤层，多煤层也一次批量钻井，逐层气化。同时利用煤层气化的热量，开采待气化煤层的煤层气和临近富有机质页岩层的页岩气。
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| CN2010105735684A CN102486084A (zh) | 2010-12-06 | 2010-12-06 | 深层煤气化天然气开发体系 |
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| CN2010105735684A Pending CN102486084A (zh) | 2010-12-06 | 2010-12-06 | 深层煤气化天然气开发体系 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104314568A (zh) * | 2014-09-25 | 2015-01-28 | 新奥气化采煤有限公司 | 煤层上方岩层的加固方法 |
| CN107299831A (zh) * | 2017-08-09 | 2017-10-27 | 新疆国利衡清洁能源科技有限公司 | 一种煤炭地下气化水煤气变换控制系统及控制方法 |
| CN114278268A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-05 | 北京派创石油技术服务有限公司 | 地下煤炭气化保压气化方法 |
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2010
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120606 |