CN106437638A - 一种电化学提高煤层气采收率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电化学提高煤层气采收率的方法是通过钻垂直井并形成井网，在注液井井口放置阳极电极，在采气井井底处固定有阴极电极，采用加入电解质的压裂液对煤层压裂，接通直流电源后，电化学改性区域内的电渗方向从注液井井口指向采气井井底，向采气井排水并驱替煤层气；电泳方向从采气井井底指向注液井井口，煤储层孔裂隙中的煤粉和岩粉等固体颗粒向注液井井口运移，疏通甲烷运移通道；电解作用将煤储层孔裂隙中的方解石、黄铁矿等填充矿物溶蚀，增加裂隙数量，提高煤层渗透性；电加热作用升高煤储层和电解液的温度，提高甲烷的解吸扩散特性。本方法通过电驱动、电解堵、电增透和电加热等的共同作用，有效强化了煤储层的解吸渗流能力，产气量提高了3~10倍，采收率提高至60~90%。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高煤层气采收率的方法，具体地说是一种利用电化学驱动煤层中的水运移并携带煤层气、驱动煤层中的煤粉和岩粉等固体颗粒排采解堵、溶蚀孔裂隙中的填充矿物增强煤储层渗透性、升高煤储层温度以强化甲烷解吸扩散，从而提高煤层气采收率的方法。
背景技术
我国煤层气产量低，严重制约煤层气的高效开发和国家能源结构的调整。据统计，2014年我国煤层气开发井平均单井日产量644m3，多井低产特征非常明显，而美国平均单井日产量为2371m3，澳大利亚为3196m3。因此，如何提高煤层气单井产量和采收率成为煤层气开发的重要研究内容。
提高煤层气采收率的现有方法主要是从以下三方面入手：①增强煤层渗透性，如：水力压裂增透、开采保护层卸压增透、微生物降解增透、注热增透、电脉冲增透和酸化增透等；②解除煤粉堵塞，如：振动解堵、化学解堵和生物酶解堵等；③通过驱替作用强化煤层气解吸，驱替介质有CO2、超临界CO2、活性水和多元热流体泡沫等可与甲烷产生竞争吸附的介质。但是这些方法的增产效果不明显或适用性较差，生产井依然存在产气速度慢、产气范围小和采收率低等一系列问题，特别是在松软煤层中。其原因是我国煤层一般都经历了成煤后的强烈构造运动，煤层内生裂隙系统破坏严重，形成低渗透性的高延性结构，具备“低压、低渗、低饱和”等三低基本特征。
电化学方法被广泛应用于提高石油采收率、煤的液化气化和脱硫提纯、土脱水加固以及软岩改性加固等领域，其原理是通过电化学方法作用于煤、岩、土等介质产生的三种现象：①氧化、还原等电解反应引起的降解、产生新矿物等化学现象；②电渗、电泳等电动作用引起的液体和固体颗粒定向运移的物理现象；③热作用引起的固液温度升高。
发明内容
本发明提供一种电化学提高煤层气采收率的方法，该方法通过驱动煤层中的水运移并携带煤层气（电驱动）、驱动煤层孔裂隙中的煤粉和岩粉等固体颗粒运移以解堵（电解堵）、溶蚀矿物质增加煤储层渗透性（电增透）、升高煤储层温度以强化甲烷解吸（电加热），从而提高煤层气的采收率。具体技术方案如下。
一种电化学提高煤层气采收率的方法，所述方法是通过钻垂直井并形成井网，在注液井井口放置阳极电极，在采气井井底处固定有阴极电极，采用加入电解质的压裂液对煤层压裂，接通直流电源后，电化学改性区域内的电渗方向从注液井井口指向采气井井底，向采气井排水并驱替煤层气；电泳方向从采气井井底指向注液井井口，煤储层孔裂隙中的煤粉和岩粉固体颗粒向注液井井口运移，疏通甲烷运移通道；电解作用将煤储层孔裂隙中的方解石、黄铁矿等填充矿物溶蚀，增加裂隙数量，提高煤层渗透性；电加热作用升高煤储层和电解液的温度，提高甲烷的解吸扩散特性。通过电化学方法中的电驱动、电解堵、电增透和电加热等共同作用，有效强化了煤储层的解吸渗流能力，提高了煤层气的采收率，具体方法是按下列步骤进行的：
Ⅰ、根据地质特点与现有施工技术，钻5口或7口垂直井，其中1口为注液井，其余4口或6口采气井以注液井为中心呈90°或60°排开，采气井间距300~600m；在注液井井口安设直径100~200mm、厚度200~300mm的盘状铁质或铜质阳极电极，在采气井底安设直径50~100mm、长度500~1000mm的棒状铁质或铜质阴极电极；
Ⅱ、用绝缘导线将注液井井口的阳极电极与各采气井井底的阴极电极分别串联，并连接到直流电源的正极或负极，电源的输出电压为0~200V，输出电流为0~150A；
Ⅲ、通过垂直井对煤层进行压裂，使煤层沿展布方向产生很多裂缝，并确保注液井与各采气井之间的连通；压裂液中加入电解液，电解质为NaOH、KOH或Ca(OH)2，电解液浓度为0~3mol·L-1；
Ⅳ、开始排水、降压、产气的生产作业阶段，在该过程中接通电源，通过电化学作用系统对煤储层中的煤层气实施强化采收。
本发明上述所提供的一种电化学提高煤层气采收率的方法，与现有提高煤层气采收率的方法相比较，具有以下突出的实质性特点和显著的效果。
在电渗作用的驱动和增注下，煤储层裂隙中的水和电解液一方面会向采气井底部方向流动，携带并加快了煤层气的运移；另一方面会向微裂隙和孔隙中流动，将煤体表面吸附和微小孔隙中填充的甲烷驱替出去，强化了煤层气的解吸，从而提高了采气井的排水产气能力。
在电泳作用的驱动下，煤储层孔裂隙、注液井井底以及排采设备中的煤粉和粘土矿物等固体颗粒向注液井井口方向迁移，使产气通道顺畅，起到了解堵和防堵作用。
在电解作用的氧化还原下，煤体孔裂隙中的方解石和黄铁矿等填充矿物被溶蚀，孔裂隙数量增多，连通性增强，渗透性提高。
在电加热和热传导作用下，煤储层和电解液的温度升高，煤体表面的吸附甲烷活化能减小，吸附势降低，甲烷解吸量和解吸扩散速度增大。
采用本方法对煤储层作用后，煤层气产气速率提高，产气量提高3~10倍，采收率提高至60~90%。
附图说明
图1是本方法梅花形井网布置平面示意图。
图2是本方法五点式井网布置平面示意图。
图3是本方法的井身结构剖面示意图。
图中：1：注液井；2：直流电源；3：采气井；4：阳极电极；5：水泥环；6：套管；7：气管；8：射孔；9：阴极电极；10：绝缘块；11：电缆线；12：电解液和煤层气的运移方向；13：煤粉和岩粉固体颗粒运移方向。
具体实施方式
以下结合附图1、附图2和附图3对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施方式1
实施一种电化学提高煤层气采收率的方法，该方法是按下列步骤进行的：
a) 根据地质特点与现有施工技术，钻7口垂直井，其中1口为注液井1，其余6口采气井3以注液井为中心呈60°排开，采气井间距430m。在注液井井口安设直径200mm、厚度300mm的盘状铁质阳极电极4，在采气井底部安设直径80mm、长度800mm的棒状铁质阴极电极9；
b) 用绝缘导线将注液井井口的阳极电极与各采气井井底的阴极电极分别串联，并连接到直流电源2的正极或负极，电源的输出电压为180V，输出电流为90A；
c) 通过垂直井对煤层进行压裂，使煤层沿展布方向产生很多裂缝，并确保注液井与各采气井之间的连通。压裂液中加入电解液，电解质为NaOH，电解液浓度为0.7mol·L-1；
d) 开始排水、降压、产气的生产作业阶段，在该过程中接通电源，通过电化学作用系统对煤储层中的煤层气实施强化采收。
电化学强化后，煤层气的采收率提高到82%。
实施方式2
实施一种电化学提高煤层气采收率的方法，该方法是按下列步骤进行的：
a) 根据地质特点与现有施工技术，钻5口垂直井，其中1口为注液井1，其余4口采气井3以注液井为中心呈90°排开，采气井间距370m。在注液井井口安设直径150mm、厚度250mm的盘状铜质阳极电极4，在采气井底部安设直径60mm、长度700mm的棒状铜质阴极电极9；
b) 用绝缘导线将注液井井口的阳极电极与各采气井井底的阴极电极分别串联，并连接到直流电源2的正极或负极，电源的输出电压为150V，输出电流为70A；
c) 通过垂直井对煤层进行压裂，使煤层沿展布方向产生很多裂缝，并确保注液井与各采气井之间的连通。压裂液中加入电解液，电解质为Ca(OH)2，电解液浓度0.8mol·L-1；
d) 开始排水、降压、产气的生产作业阶段，在该过程中接通电源，通过电化学作用系统对煤储层中的煤层气实施强化采收。
电化学强化后，煤层气的采收率提高到73%。
Claims (1)
1.一种电化学提高煤层气采收率的方法，所述方法是通过钻垂直井并形成井网，在注液井井口放置阳极电极，在采气井井底处固定有阴极电极，采用加入电解质的压裂液对煤层压裂，接通直流电源后，电化学改性区域内的电渗方向从注液井井口指向采气井井底，向采气井排水并驱替煤层气，电泳方向从采气井井底指向注液井井口，煤储层孔裂隙中的煤粉和岩粉固体颗粒向注液井井口运移，疏通甲烷运移通道；具体方法是按下列步骤进行的：
Ⅰ、根据地质特点与现有施工技术，钻5口或7口垂直井，其中1口为注液井，其余4口或6口采气井以注液井为中心呈90°或60°排开，采气井间距300~600m；在注液井井口安设直径100~200mm、厚度200~300mm的盘状铁质或铜质阳极电极，在采气井底安设直径50~100mm、长度500~1000mm的棒状铁质或铜质阴极电极；
Ⅱ、用绝缘导线将注液井井口的阳极电极与各采气井井底的阴极电极分别串联，并连接到直流电源的正极或负极，电源的输出电压为0~200V，输出电流为0~150A；
Ⅲ、通过垂直井对煤层进行压裂，使煤层沿展布方向产生很多裂缝，并确保注液井与各采气井之间的连通；压裂液中加入电解液，电解质为NaOH、KOH或Ca(OH)2，电解液浓度为0~3mol·L-1；
Ⅳ、开始排水、降压、产气的生产作业阶段，在该过程中接通电源，通过电化学作用系统对煤储层中的煤层气实施强化采收。
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