CN106884638A - 一种煤层气热力开采的原位加热方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤层气热力开采的原位加热方法,涉及煤层气热力开采的方法。解决现有开采方法需对井筒进行保温改造与维护,给施工带来较大困难和在特殊地区无法实施的技术问题。本发明对经过水力压裂的煤层气储层,通过钻井放置大功率电加热棒、注水钢管,温度与压力传感器,并用耐高温橡胶封隔器进行封堵,通过对煤层注水并利用电加热棒加热注入的冷水,将水作为传热介质,综合煤层厚度,渗透性,含气量等因素,调节煤层注水速率与电加热棒加热功率,实现对煤层气储层的原位加热。也为低渗透煤层瓦斯热力开采提供了有效的原位加热方法。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气热力开采的方法。特别涉及通过煤储层中放置电加热棒将注入的冷水加热,将水作为传热介质,实现对煤层加热的一种煤层气热力开采的原位加热方法。
技术背景
煤矿瓦斯是一种可燃性气体。它既是一种宝贵的资源,也是威胁煤矿安全生产的最大隐患。在采矿过程中,瓦斯从煤层内扩散、涌出到矿井的巷道中,当巷道中的瓦斯浓度达到爆炸界限,遇到明火时,就会造成煤矿瓦斯爆炸事故。进行井下本煤层或邻近煤层的瓦斯预抽采是减少矿井瓦斯涌出量、防治煤矿瓦斯灾害的有效方法。公知的煤矿瓦斯对单一煤层或煤层群的主要抽采方法有:煤矿巷道内的本煤层钻孔抽采、邻近煤层穿层钻孔抽采,或顶层巷道抽采方法等;地面实施的垂直井及其相配套的压裂抽采方法、地面实施的多分支水平井抽采方法。这些常规方法对于较低渗透的煤层几乎没有什么效果。
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。研究发现温度能提高煤体中的瓦斯解吸速度,有助于煤层气快速、高效开采。
埃克森美孚公司在进行油页岩原位开采技术研究中,提出了Electrofrac TM的原位地层加热工艺。该工艺先利用平行水平井对页岩层进行水力压裂,向油页岩矿层的裂缝中填充导电介质,形成加热单元。导电介质通过传导把热量传递给页岩层,使页岩层内的干酪根热解,产生的油气通过采油井采到地面上来。但由于煤层是热的不良导体,热量不能在煤层中有效传导。同时过高的温度导致煤炭焦化变质。因此,该技术不能应用于煤层原位加热。
CN101503957公开了一种井上下联合注热抽采煤层气的方法,是将高压过热水从地面由钻孔注入加热煤层。这种加热方法的缺点在于:一方面,注热井需要装配保温套管减少过热水热量沿井壁的散失,而装配保温套管增加了施工与井筒维护的难度,同时减小了注水孔的孔径;另一方面,地面注热时,安装加热锅炉需要占用一定的土地,并且需要修筑道路,铺设注热管路等工程。由于条件的限制,在一些特殊的地区(如山区等)往往无法实施。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种煤层气热力开采的原位加热方法,解决现有开采方法需对井筒进行保温改造与维护,给施工带来较大困难和在特殊地区无法实施的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种煤层气热力开采的原位加热的方法,其具体步骤如下:
①对煤层进行水力压裂后,由地面施工垂直钻井或水平钻井至煤层;
②沿垂直钻井或水平钻井将电加热棒放置在钻井内,所述电加热棒与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆连接至地面;
③将内径30~60mm的注水钢管由地面布置在钻井中,使管口放置在电加热棒附近;
④将温度传感器、压力传感器放置在与注水钢管同一位置,所述温度传感器和压力传感器由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆连接至地面;
⑤在垂直钻井或水平钻井中的注水管口附近,靠近井口的一侧利用耐高温橡胶封隔器进行封隔;
⑥由注水钢管向煤层注入冷水,并通过压力传感器检测煤层注水压力;
⑦通过地面控制,启动电加热棒,对煤层进行加热,并通过温度传感器检测煤层注水温度;
⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率,使煤层中的水温达到预定温度与压力范围;
⑨高温高压水沿煤层压裂的裂缝渗流,并加热煤层。
进一步,所述步骤①中,由地面施工垂直钻井时,钻井至煤层底板;由地面施工水平钻井时,钻井至煤层中部。
进一步,所述步骤②中,沿所述垂直钻井将电加热棒放置在钻井的底部;沿所述水平钻井将电加热棒放置在水平钻井内。
进一步,所述步骤③中,将注水钢管由地面布置在垂直钻井中,使管口处于煤层中距离煤层底板1/2至2/3煤层厚度的位置。
进一步,所述步骤⑤中,耐高温橡胶封隔器的阻水压力不小于H×ρ/9800+15MPa,其中:H为煤层的埋深(米),ρ为水的密度(kg/m3)。
进一步,所述步骤②与④中,耐高温橡胶封隔器的耐高温不低于300℃。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和有益效果:
本发明对经过水力压裂的煤层气储层,通过钻井放置大功率电加热棒、注水钢管,温度与压力传感器,并用耐高温橡胶封隔器进行封堵,通过对煤层注水并利用电加热棒加热注入的冷水,将水作为传热介质,综合煤层厚度,渗透性,含气量等因素,调节煤层注水速率与电加热棒加热功率,实现对煤层气储层的原位加热。也为低渗透煤层瓦斯热力开采提供了有效的原位加热方法。
附图说明
图1是煤层气垂直钻井原位加热开采方法剖面图;
图2是煤层气水平钻井原位加热开采方法剖面图。
其中:1-顶板、2-煤层、3-底板、4-注水钢管、5-垂直钻井、6-温度传感器、7-压力传感器、8-耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆、9-耐高温橡胶封隔器、10-耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆、11-电加热棒、12-水平钻井。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1:
如图1所示,在一个厚度为10m,埋藏深度300m的近水平的单一煤层2中,采用本发明对煤层进行原位加热。
一种煤层气热力开采的原位加热的方法,其具体步骤如下:
①对煤层2进行水力压裂后,由地面施工垂直钻井5至煤层底板3;
②沿所述垂直钻井5将电加热棒11放置在钻井的底部,所述电加热棒11与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆8连接至地面;
③将内径30~60mm的注水钢管4由地面布置在钻井中,使管口处于煤层中距离煤层底板1/2至2/3煤层厚度的位置;
④将温度传感器6、压力传感器7放置在与注水钢管4同一位置,所述温度传感器6和压力传感器7由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆10连接至地面;
⑤在钻孔中与煤层相邻的顶板1位置采用250℃耐高温橡胶封隔器9进行深度5m的密封;
⑥由注水钢管4向煤层2注入冷水,并通过压力传感器7检测煤层注水压力;
⑦通过地面控制,启动电加热棒11,对煤层进行加热,并通过温度传感器6检测煤层注水温度;
⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率,使煤层中的水温达到预定温度与压力范围,实现煤层的一定范围内的原位加热。
所述步骤⑤中,所述耐高温橡胶封隔器9的阻水压力不小于18MPa。
实施例2:
如图2所示,在一个厚度为10m,埋藏深度300m的近水平的单一煤层2中,采用本发明对煤层进行原位加热。
一种煤层气热力开采的原位加热的方法,其具体步骤如下:
①对煤层2进行水力压裂后,由地面施工水平钻井12至煤层中部;
②沿所述水平钻井12将电加热棒11放置在水平钻井内,所述电加热棒11与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆8连接至地面;
③将内径30~60mm的注水钢管5由地面布置在钻井中,使管口放置在电加热棒11附近;
④将温度传感器6、压力传感器7放置在与注水钢管4同一位置,所述温度传感器6和压力传感器7由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆10连接至地面;
⑤在水平钻孔中注水管口附近靠近井口的一侧利用300℃耐高温橡胶封隔器9进行深度3m的密封;
⑥由注水钢管4向煤层2注入冷水,并通过压力传感器7检测煤层注水压力;
⑦通过地面控制,启动电加热棒11,对煤层进行加热,并通过温度传感器6检测煤层注水温度;
⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率,使煤层中的水温达到预定温度与压力范围,实现煤层的一定范围内的原位加热。
所述步骤⑤中,所述耐高温橡胶封隔器9的阻水压力不小于20MPa。
本发明能够以多种形式具体实施而不脱离本发明的精神和范围,应当理解,上述实施例不限于前述的细节,而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作岀若干改进和等效范围内的变化,这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种煤层气热力开采的原位加热的方法,其具体步骤如下:
①对煤层(2)进行水力压裂后,由地面施工垂直钻井(5)或水平钻井(12)至煤层;
②沿垂直钻井(5)或水平钻井(12)将电加热棒(11)放置在钻井内,所述电加热棒(11)与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆(8)连接至地面;
③将注水钢管(4)由地面布置在钻井中,使管口放置在电加热棒(11)附近;
④将温度传感器(6)、压力传感器(7)放置在与注水钢管(4)出水端同一位置,所述温度传感器(6)和压力传感器(7)由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆(10)连接至地面;
⑤在垂直钻井(5)或水平钻井(12)中的注水管口附近,靠近井口的一侧利用300℃耐高温橡胶封隔器(9)进行深度3~5m的密封;
⑥由注水钢管(4)向煤层(2)注入冷水,并通过压力传感器(7)检测煤层注水压力;
⑦通过地面控制,启动电加热棒(11),对煤层进行加热,并通过温度传感器(6)检测煤层注水温度;
⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率,使煤层中的水温达到预定温度与压力范围,实现煤层一定范围内的原位加热。
2.根据权利要求1所述的煤层气热力开采的原位加热的方法,其特征在于:所述步骤①中,由地面施工垂直钻井(5)时,钻井至煤层底板(3);由地面施工水平钻井(12)时,钻井至煤层中部。
3.根据权利要求1所述的煤层气热力开采的原位加热的方法,其特征在于:所述步骤②中,沿所述垂直钻井(5)将电加热棒(11)放置在钻井的底部;沿所述水平钻井(12)将电加热棒(11)放置在水平钻井内。
4.根据权利要求1所述的煤层气热力开采的原位加热的方法,其特征在于:所述步骤③中,将内径30~60mm的注水钢管(4)由地面布置在垂直钻井(5)中,使管口处于煤层中距离煤层底板1/2至2/3煤层厚度的位置。
5.根据权利要求1所述的煤层气热力开采的原位加热的方法,其特征在于:所述步骤⑤中,在垂直钻井(5)中的注水管口附近,与煤层相邻的顶板(1)位置,采用300℃耐高温橡胶封隔器(9)进行深度3~5m的密封;
6.根据权利要求1或5所述的煤层气热力开采的原位加热的方法,其特征在于:所述步骤⑤中,300℃耐高温橡胶封隔器(9)的阻水压力不小于H×ρ/9800+15MPa,其中:H为煤层的埋深(米),ρ为水的密度(kg/m3)。
7.根据权利要求1所述的煤层气热力开采的原位加热的方法,其特征在于:所述步骤②与④中,耐高温橡胶封隔器的耐高温不低于300℃。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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