CN103306712A

CN103306712A - 煤层气驻波开采方法

Info

Publication number: CN103306712A
Application number: CN2012100562777A
Authority: CN
Inventors: 王皓; 冀常鹏; 王梓通
Original assignee: Liaoning Technical University
Current assignee: Liaoning Technical University
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: CN103306712B

Abstract

本发明属于煤田瓦斯开采技术，特别涉及一种煤层气驻波开采方法，包括的设施有钻井采气总管道（3）、总管道煤层气抽放泵（2）、钻井采气筛状管道（4）、筛状管道煤层气抽放泵（5）、压力传感器（6）、压力传感器连接线（8）、声波换能器（11）、换能器连接线（7）、监测控制系统（9）、声源（10），煤层气驻波开采方法有效地减少钻孔数，有效地开采与综合利用瓦斯资源，驻波开采的方法具有灵活、可靠、定点采气的特点。

Description

煤层气驻波开采方法

技术领域

本发明属于煤田瓦斯开采技术，特别涉及一种煤层气驻波开采方法。

背景技术

我国煤层气资源极为丰富，据测算，其资源量为4.3×10¹⁵m³，但是煤层气的利用率还比较低，煤层气的开采方法及增产工艺比较落后。目前煤层气的开采方式主要有：地面垂直井开采、地面采动区开采、井下瓦斯抽放及废弃矿井煤层气抽放。地面垂直井开采是在地面打钻井进入尚未进行开采活动的煤层，通过排水降压使煤层中的吸附气解吸出来，由井筒流到地面。这种开采方式产气量大，资源回收率高、机动性强、可形成规模效益。它要求有厚度较大的煤层或煤层群，煤储层的渗透性要较好，以及较有利的地形条件。地面采动区开采（GOB WELL）是从地面打钻孔进入煤矿采动区上方，利用自然压差或瓦斯泵抽取聚集和残留在受采动影响区的岩石、未开采煤层之中以及采空区内的煤层气，地面采动区井初期产量较大，但单井服务年限较短，一般为1~2年。采动区井严格受采煤活动的控制，并要求在主采煤层之上赋存多个煤层，以保证有足够的气源。井下瓦斯抽放是从煤矿井下采掘巷道中打钻孔，在地面通过瓦斯泵造成负压来抽取煤层中的气体，这种方式在煤炭系统称为矿井瓦斯抽放。矿井瓦斯抽放产量小，资源回收利用率低，井下作业难度较大，并受制于煤矿采掘生产的进度，但其适用条件比较广泛，它多以矿井安全生产为目的，并兼顾煤层资源的回收利用。废弃矿井煤层气是近几年才发展起来的一种新的煤层气开发方式，是从已报废的（停）采煤矿井中抽取残留、聚集在地下岩层和煤层中的煤层气并加以利用，由于该方式无需施工新钻井，也不用进行储层强化改造措施，故所需费用低廉，而且抽放是在煤矿停产之后进行，不会与煤矿生产发生矛盾。

以往开发煤层气的效果不理想，主要问题是产量低，产量不稳定，不能达到工业化开发的标准。

煤层气增产的工艺技术主要有：煤层气水力压裂增产技术和注气增产法。煤层气水力压裂增产技术是煤层气开采最常用的增产措施。但是由于我国含煤地层一般都经历了成煤后的强烈构造运动，煤层的原始结构往往遭到很大破坏，塑性大大增强，导致水力压裂时，往往既不能进一步扩展原有的裂隙和割理，也不能产生新的较长的水力裂缝，而主要是在煤层发生塑性变形，总的来看，效果并不理想。

目前，有一种针对煤层气的CO₂吸附法，该方法是美国AMOCO公司开发的一项提高煤层气产量的新方法。注气增产法是N₂、CO₂或烟道气注入煤层，降低甲烷在煤层中的分压，有利于甲烷从煤体中转换转换解吸出来，提高单井产量和采收率。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。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种设施简单、施工方便、可快速开发煤层气，提高煤层气产量的煤层气驻波开采方法。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：煤层气驻波开采方法中包括的设施有钻井采气总管道、总管道煤层气抽放泵、钻井采气筛状管道、筛状管道煤层气抽放泵、压力传感器、压力传感器连接线、声波换能器、换能器连接线、监测控制系统、声源，其特点是：1、煤层气驻波开采方法的设施布置安装：在含煤层气的煤田地表面或者在原煤矿井煤层巷道壁面打一组钻井换能器管道，每一个钻井换能器管道长度均不小于当地煤层最低位置达到的深度，钻井换能器管道的数量根据煤田覆盖面积的长度或宽度确定，每个钻井换能器管道的间距均等，每个钻井换能器管道之间距离不小于5米，根据煤田的宽度或长度确定对应的另一组钻井换能器管道的设置位置，组与组钻井换能器管道的间距控制在10米~1000米之间；在每个钻进换能器管道中沿长度方向均距设置多个声波换能器，声波换能器上下间距不超过10米，在两组对应钻井换能器管道中设置的声波换能器在水平方向一一对应，构成相对应的两组声波换能器阵列；在两组钻井换能器阵列之间，匀距设置多组与两侧钻井换能器管道平行对应的钻井采气筛状管道阵列，钻井采气筛状管道阵列之间距离为半波长的整数倍，波长的计算公式为声源或声源换能器的频率与声波在介质中的传播速度的乘积，在钻井采气筛状管道上设有数个管道煤层气进气孔，钻井采气筛状管道上的煤层气进气孔覆盖面设置要超过地下煤层厚度；在每个钻井采气筛状管道内，露出煤层面或地表面上方处均装有筛状管道煤层气抽放泵，筛状管道煤层气抽放泵的一端与钻进采气筛状管道连接，另一端与钻井采气总管道接通，钻井采气总管道的一端为封闭状，另一端内装总管道煤层气抽放泵；在每组钻井换能器管道中的各层声波换能器均用换能器连接线连接声源和监测控制系统，在两组钻井换能器管道对应处和多组钻井采气筛状管道阵列中对应的所有钻井采气筛状管道内装有压力传感器，所有的压力传感器用压力传感器连接线连接监测控制系统和声源；2、煤层气驻波开采方法是：当声源向声波换能器输入频率相同的振动能源后，声波换能器阵列之间便产生驻波现象形成驻波线，每一条驻波线上的煤层气会在波节或波腹处形成聚集或分散状态，聚集状态的区域煤层气具有密度高、压强大的特点，分散状态的区域煤层气具有密度低、压强小的特点，钻井采气筛状管道阵列中的钻井采气筛状管道均设置在驻波的波节或波腹区域，聚集一起的煤层气通过管道煤层气进气孔靠形成驻波时的压力和筛状管道煤层气抽放泵的抽吸力进入钻井采气筛状管道和钻井采气总管道，驻波注入的频率为10Hz~40KHz，引入微震动不大于地层破裂压力，注入能量小于10Kw；声源持续向声波换能器输入，驻波的微震动能持续不断地促进煤层气从煤岩体的裂隙中解吸，煤层气从煤层中游离出来，同时通过驻波的聚集作用运输抽放煤层气。

本发明的有益效果是：煤层气驻波开采方法可使煤田或煤矿井中的煤层气很快和比较彻底地解吸出来，能自动适应采区地质各项异性的变化，使煤层气集中于特定区域，可以准确确定钻采区域，有效地减少钻孔数，有效地开采与综合利用瓦斯资源，驻波开采的方法具有灵活、可靠、定点采气的特点。

附图说明

以下结合附图以实施例具体说明。

图1是煤层气驻波开采方法设施分布示意图。

图中，1-地表面；2-总管道煤层气抽放泵；3-钻井采气总管道；4-钻井采气筛状管道；4-1-管道煤层气进气孔；5-筛状管道煤层气抽放泵；6-压力传感器；7-换能器连接线；8-压力传感器连接线；9-检测控制系统；10-声源；11-声波换能器；12-驻波线；13-钻井换能器管道；14-采气筛状管道阵列一；15-采气筛状管道阵列二；16-采气筛状管道阵列三。

具体实施方式

实施例，参照附图1，煤层气驻波开采方法是在含煤层气的煤田或者是在已开采的煤矿，也可以在废弃的含煤层气的煤矿中使用，所需布置安装的设施如下：在含煤层气的煤田地表面或者在原煤矿井煤层巷道壁面打一组钻井换能器管道13，每个钻井换能器管道13的长度均不小于当地煤层最低位置达到的深度。钻井换能器管道13的数量根据煤田覆盖面积的长度或宽度确定，每个组中钻井换能器管道13之间的距离均等，距离不小于5米。根据煤田的宽度或长度来确定与第一组钻井换能器管道13对应的另一组钻井换能器管道13的设置位置，组与组钻井换能器管道13的间距控制在10米~1000米之间。在每个钻井换能器管道13中沿长度方向均距设置多个声波换能器11，声波换能器11上下间距不超过10米。在两组对应的钻井换有器管道13中设置的声波换能器11同时在水平方向一一对应，构成相对应的两组声波换能器阵列，在两组钻井换能器阵列之间匀距设多组与两侧钻井声波换能器管道13平行对应的钻井采气筛状管道阵列一、二、三14、15、16。钻进采气筛状管道阵列一、二、三14、15、16之间的距离为半波长的整数倍，波长的计算公式为声源换能器11的频率与声波在介质中的传播速度的乘积。在钻井采气筛状管道4中设有数个管道煤层气进气孔4-1。钻井采气筛状管道4上的煤层气进气孔4-1设置要超过煤层厚度。在每个钻井采气筛状管道4内，露出地表面1上方处均设有筛状管道煤层气抽放泵5，筛状管道煤层气抽放泵5的一端与钻井采气筛状管道4连接，另一端与钻井采气总管道3连通。钻井采气总管道3的一端为封闭状，另一端内装总管道煤层气抽放泵2。在每组钻井换能器管道13中的各层声波换能器11均用换能器连接线7连接声源10和监测控制系统9。在两组钻井换能器管道13对应处和钻井采气筛状管道阵列一、二、三14、15、16对应的所有钻井采气筛状管道4内装有压力传感器6，所有的压力传感器6均用传感器连接线8连接监测控制系统9和声源10。

煤层气驻波开采方法如下：当声源10向声波换能器11输入频率相同的振动能后，声波换能器11所在的两侧对应的钻井换能器管道13之间便产生驻波现象，形成驻波线12。每一条驻波线12上的煤层气会在波节或波腹处形成聚集或分散状态，聚集状态的区域煤层气具有密度高、压强大的特点，分散状态的区域煤层气具有密度低、压强小的特点，钻井采气筛状管道阵列一、二、三14、15、16中的钻井采气筛状管道4均设置在驻波的波节或波腹区域，聚集一起的煤层气通过管道煤层气进气孔4-1靠形成驻波时压力和筛状管道煤层气抽放泵5的抽吸力进入钻井采气筛状管道4和钻井采气总管道3。驻波注入的频率为10Hz~40KHz，引入微震动不大于地层破裂压力，注入能量小于10Kw。声源10持续向声波换能器11输入，驻波的微震动能持续不断地促进煤层气从煤岩体的裂隙中解吸，煤层气从煤层中游离出来，同时通过驻波的聚集作用运输抽放煤层气。

Claims

1.一种煤层气驻波开采方法中包括的设施有钻井采气总管道（3）、总管道煤层气抽放泵（2）、钻井采气筛状管道（4）、筛状管道煤层气抽放泵（5）、压力传感器（6）、压力传感器连接线（8）、声波换能器（11）、换能器连接线（7）、监测控制系统（9）、声源（10），其特征在于：煤层气驻波开采方法的设施布置安装：在含煤层气的煤田地表面（1）或者在原煤矿井煤层巷道壁面打一组钻井换能器管道（13），每一个钻井换能器管道（13）长度均不小于当地煤层最低位置达到的深度，钻井换能器管道（13）的数量根据煤田覆盖面积的长度或宽度确定，每个钻井换能器管道（13）的间距均等，每个钻井换能器管道（13）之间距离不小于5米，根据煤田的宽度或长度确定对应的另一组钻井换能器管道（13）的设置位置，组与组钻井换能器管道（13）的间距控制在10米~1000米之间；在每个钻进换能器管道（13）中沿长度方向均距设置多个声波换能器（11），声波换能器（11）上下间距不超过10米，在两组对应钻井换能器管道（13）中设置的声波换能器（11）在水平方向一一对应，构成相对应的两组声波换能器（11）阵列；在两组钻井换能器（11）阵列之间，匀距设置多组与两侧钻井换能器管道（13）平行对应的钻井采气筛状管道（4）阵列，钻井采气筛状管道（4）阵列之间距离为半波长的整数倍，波长的计算公式为声源或声源换能器（11）的频率与声波在介质中的传播速度的乘积，在钻井采气筛状管道（4）上设有数个管道煤层气进气孔（4-1），钻井采气筛状管道（4）上的煤层气进气孔（4-1）覆盖面设置要超过地下煤层厚度；在每个钻井采气筛状管道（4）内，露出煤层面或地表面（1）上方处均装有筛状管道煤层气抽放泵（5），筛状管道煤层气抽放泵（5）的一端与钻进采气筛状管道（4）连接，另一端与钻井采气总管道（3）接通，钻井采气总管道（3）的一端为封闭状，另一端内装总管道煤层气抽放泵（2）；在每组钻井换能器管道（13）中的各层声波换能器（11）均用换能器连接线（7）连接声源（10）和监测控制系统（9），在两组钻井换能器管道（13）对应处和多组钻井采气筛状管道（4）阵列中对应的所有钻井采气筛状管道（4）内装有压力传感器（6），所有的压力传感器（6）用压力传感器连接线（8）连接监测控制系统（9）和声源（10）。

2.根据权利要求1所述的煤层气驻波开采方法：其特征在于当声源（10）向声波换能器（11）输入频率相同的振动能源后，声波换能器阵列之间便产生驻波现象形成驻波线（12），每一条驻波线（12）上的煤层气会在波节或波腹处形成聚集或分散状态，聚集状态的区域煤层气具有密度高、压强大的特点，分散状态的区域煤层气具有密度低、压强小的特点，钻井采气筛状管道（4）阵列中的钻井采气筛状管道（4）均设置在驻波的波节或波腹区域，聚集一起的煤层气通过管道煤层气进气孔（4-1）靠形成驻波时的压力和筛状管道煤层气抽放泵（5）的抽吸力进入钻井采气筛状管道(4)和钻井采气总管道（3），驻波注入的频率为10Hz~40KHz，引入微震动不大于地层破裂压力，注入能量小于10Kw；声源（10）持续向声波换能器（11）输入，驻波的微震动能持续不断地促进煤层气从煤岩体的裂隙中解吸，煤层气从煤层中游离出来，同时通过驻波的聚集作用运输抽放煤层气。