CN110608022A - 一种用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法，依次通过1)选取满足填埋作业的煤层气生产井，2)向煤层气生产井内以间歇注入方式泵送全部液态CO2，和3)当目标量的液态二氧化碳完全注入完成后，关井扩压至少1月实现该二氧化碳填埋方法针对煤层气特殊的储集环境特点、赋存方式、产气特点，提出通过一口或多口井在地面向煤层气层位注入液态二氧化碳，利用煤岩大量发育的面、端割理系统(或天然裂缝)，实现通过注入二氧化碳来驱替煤层气而提高煤层气井产量，实现二氧化碳有效填埋的目的。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气开发技术领域，特别涉及一种用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法。
背景技术
煤层中含有大量的微孔隙，具有比表面积大、孔裂隙表面存在不饱和能的特点，与非极性气体分子之间产生的范德华力，可有效吸附气体分子。利用煤基质表面对二氧化碳吸附能力强于甲烷的竞争吸附机理，煤层中注入二氧化碳可实现有效埋藏，并置换甲烷提高煤层气产量。
二氧化碳是地球上最大的温室气体，在煤层注入二氧化碳，可实现二氧化碳的有效埋藏，并利用二氧化碳驱替煤层气，提高煤层气的产量及采收率，该技术的规模化推广应用可产生巨大的经济效益和环境效益。将减排温室气体效益在国际碳排放市场上实现，是对此类项目成本的很好的补偿，不仅可以缓解能源与经济发展的矛盾，还能产生巨大的经济收益。而且，二氧化碳驱煤层气技术的规模化推广应用，还会对煤层气开发产业、社会就业率、国家GDP、碳排放权交易市场等国家宏观经济产生重要影响。
因此，针对在煤层中有效埋藏二氧化碳、注入二氧化碳有效置换甲烷提高煤层气抽采率实际需求，同时考虑二氧化碳驱煤层气过程中孔渗性变化规律及主控因素，研究一种实现煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过注入二氧化碳来驱替煤层气而提高煤层气井产量的用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法，步骤如下：
S1、选取煤层参数满足：煤岩在104Mpa下测得的杨氏模量为0.6～4.39、泊松比为0.22～0.39、煤层厚度＞4m、煤层深度＜1200m、渗透率>0.1mD、煤层破裂压力>16MPa、与相邻井间距＜1000m的煤层气生产井作为液态CO2注入；
S2、安装地面注入系统和CO2注入管柱串，使液态CO2以间歇注入方式泵送至井下煤气层处并连续作业至完成目标量液态二氧化碳的注入；其中，采用泵送 8h停止泵送16h的方式间歇注入，液态CO2泵送速度为1～2t/h，井口压力控制为低于煤层破裂压力；
S3、当目标量的液态二氧化碳完全注入完成后，关井扩压至少1个月。
进一步地，在步骤S2中，地面注入系统包括依次连接储罐、CO2增压泵、 CO2注入泵和CO2气化器，以及柴油发电机，柴油发电机分别与储罐、CO2增压泵、CO2注入泵和CO2气化器相连接；CO2注入管柱串包括自上而下依次连接的油管、打孔筛管、内装有储存式电子压力计的井下压力计托筒和井下直读式电子压力计；油管通过管路与CO2气化器的出液端连接。
进一步地，所述油管的长度满足井下直读式电子压力计刚好位于煤气层上方且邻近煤气层的位置处。
进一步地，打孔筛管采用与油管等径、长度为2m，且其上均匀布设有50个筛孔的筛管，其中，每个筛孔的孔径为8mm。
进一步地，该二氧化碳填埋方法还包括预膜及防腐蚀处理工序，具体为：在进行液态CO2注入前和在液态CO2全部注入完成后，向油管和套管内注入与地层水成分相适应的缓蚀剂水溶液。
进一步地，在步骤S2实施前和步骤S3实施后，还包括有反循环压井工序，具体地为，采用1wt.％KCl水溶液作为活性液，以400L/min的排量、2Mpa的泵压进行反循环压井，停泵后观察2小时，确定有无溢流现象。
与现有技术相比，该用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法针对煤层气特殊的储集环境特点、赋存方式、产气特点，提出通过一口或多口井在地面向煤层气层位注入液态二氧化碳，利用煤岩大量发育的面、端割理系统(或天然裂缝)，实现通过注入二氧化碳来驱替煤层气而提高煤层气井产量，实现二氧化碳有效填埋的目的。
附图说明
图1为本发明的用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法的流程图；
图2为本发明的用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法的施工示意图；
图3为本发明的实施例中的CO2注入工序的注入施工过程中其中一段时期的压力、温度、排量、日注入量关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
以下以某地的煤层气生产井为例对本申请用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法的具体实施步骤进行描述。
在本实施例中，该待施工的煤层气生产井为排采直井，其构造位置为沁水盆地南部向西北倾的斜坡带上，该区域的主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，分布广泛，保存完整。该煤层气生产井的目标煤层埋深 1037.96-1043.01米，厚5.05米；另外，该目标煤层的煤岩杨氏模量为4.25(测试条件：104Mp)，泊松比为0.36，渗透率为0.14，煤层破裂压力为17.89，与煤层气生产井相邻有1#、2#、3#共三口井，1#井、2#井和3#井分别与该煤层气生产井之间的井间距为780m、665m和810m。此外，该排采直井的井深1065.00m，实际完钻井深1104.00m，完钻原则为在目的煤层底板以下留足60.00m，以满足深部煤层气水平井1000吨CO2注入要求。
步骤一、注入准备工序：
步骤1、配制1wt.％KCl水溶液15m3作为活性液进行反循环压井，排量 400L/min，泵压2Mpa，返水2m3，充分循环井内压井液，停泵后观察2小时，确定油、套管均无溢流后，起出井内抽油杆和活塞，并卸下排采井的井口设备，然后起出井内油管及泵，并将损伤和有泄漏的油管挑出，最后下油管带62mm喇叭口探井底，后起出井内油管后，换装采气树底法兰及大四通；
步骤2、安装地面注入系统，并连接注入管柱串；其中，
1)地面注入系统由液态CO2注入泵2、CO2气化器3、储罐4、CO2增压泵 5和柴油发电机6构成，如图2所示，储罐4、CO2增压泵5、CO2注入泵2和 CO2气化器3依次连接，柴油发电机6分别与储罐4、CO2增压泵5、CO2注入泵 2和CO2气化器3连接；其中，液态二氧化碳注入泵2采用往复式CO2注入泵，其加压能力可达到16MPa，最大流量为100L/min；储罐4为一台15m3的液态CO2 储罐，作为CO2供给源，其工作压力满足为液态CO2注入泵提供1.4～2.0Mpa的液态CO2，CO2增压泵5与液态CO2注入泵2连接，用于为往复式CO2注入泵提高入口压力外，以及为远距离低压液态CO2输送提供动力；CO2汽化器3为一台 50M3/hd的CO2汽化器，其用于在液态CO2注入前的煤层提压，方便CO2注入过程储罐压力的控制与调整；柴油发电机6用于为上述各装置供电；
2)注入管柱串包括自上而下依次连接的Φ73mm平式油管1a、打孔筛管1b、内装有储存式电子压力计的井下压力计托筒1c和井下直读式电子压力计1d；其中，Φ73mm平式油管1a由108根油管依次连接形成，其顶端通过油管挂与采气树7连接；打孔筛管1b采用与油管1a等径、长度为2m的筛管，其上均布开设有50个孔径为8mm的筛孔；井下直读式电子压力计1d通过1120m铠装单芯电缆与地面数据采集仪连接，并设置为每5分钟记一个数据组；该井下直读式电子压力计1d用于实时反馈井下的压力和温度情况，以实时监控井下条件是否满足施工安全的要求；储存式电子压力计用于存储施工过程中的井下的压力和温度情况的存储以便于施工完成后实现数据回放和分析；
注入管柱串整体长度为1036.92m，使井下压力计刚好位于目标煤层上方且邻近目标煤层，具体地，筛管深度：1034.66m，储存式压力计深度：1035.68m，直读压力计深度：1036.71m；
步骤二、CO2注入工序：
步骤1、将地面注入系统的气化增压器出液端通过管路与采气树，使液态二氧化碳能够通过注入管柱串泵送；然后将注入管柱串下入井内，此时，井下直读式电子压力计1d刚好位于煤层上方，且邻近煤层；
步骤2、为了避免井下管柱在长期注入CO2后，井底流体的PH值降低，对井下管柱和井筒外的水泥环有一定的腐蚀，因此，根据地层水成分分析，配制 500L5wt.％的LHH缓蚀剂水溶液，其中，200L的LHH缓蚀剂水溶液通过注入管柱串泵送至油管内，300L的LHH缓蚀剂水溶液泵送至套管内，进行预膜及防腐蚀处理；
步骤3、启动CO2增压泵及注入泵，控制液态CO2以1.4～2.0MPa的管路压力向煤层注入液态CO2，其中，升压速度应控制为≤0.05MPa/min，井口压力低于 13MPa，控制液态二氧化碳的泵送速度为1～2t/h，并采用泵送8h停止泵送16h 的方式间歇注入液态二氧化碳，实现每天向煤层注入10-15t液态二氧化碳，连续作业2.5～3个月，共计向该煤层注入1000t液态二氧化碳；
如图3所示为该CO2注入工序的注入施工过程中其中一段时期的压力、温度、排量、日注入量关系曲线图。其中，线A为井口温度变化曲线，线B为井底温度变化曲线，线C为注入排量(L/min)变化曲线，线D为井口套压(MPa)变化曲线，线E为井底压力变化曲线，线F为注入量(t)变化曲线；线G为井口温度变化曲线；
步骤三、关井扩压工序
步骤1、全部液态二氧化碳注入完成后，再次配制500L5wt.％的LHH缓蚀剂水溶液，并于闷井之前将200L的LHH缓蚀剂水溶液通过注入管柱串泵送至油管内，300L的LHH缓蚀剂水溶液泵送至套管内，然后关井扩压1个月；
步骤2、配制1wt.％KCl水溶液15m3作为活性液进行反循环压井，排量 400L/min，泵压2Mpa，返水2m3，充分循环井内压井液，停泵后观察2小时，确定油、套管均无溢流后，即可拆卸CO2注入设备，施工完成。
在进行上述CO2注入工序实施过程中，为了验证二氧化碳填埋注入效果，在每次泵送缓蚀溶液后，每次还利用注入管柱串向井下泵送浓度为1.5mg/L水溶性荧光示踪剂水溶液600L，用于在邻井取水样并采用与示踪剂适配的紫外线分光示踪剂检测仪进行检测，跟踪二氧化碳的运移情况。具体测试结果如表1所示。
表1：
从表1中可以看出，采用本实施例的二氧化碳填埋方法对符合作业要求的煤层气生产井实施液态注入施工，能够有效将二氧化碳填埋入煤层，同时成功在煤层中进行运移。此外，注入施工完成后，起出油管及压力计上均无明显腐蚀迹象。
综上所述，该用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法能够有效实现CO2的有效填埋和运移，使CO2置换并驱替煤层中的甲烷，实现提高煤层气产量，提高煤层气采收率的目的。
Claims (6)
1.一种用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法，其特征在于，步骤如下：
S1、选取煤层参数满足：煤岩在104Mpa下测得的杨氏模量为0.6～4.39、泊松比为0.22～0.39、煤层厚度＞4m、煤层深度＜1200m、渗透率>0.1mD、煤层破裂压力>16MPa、与相邻井间距＜1000m的煤层气生产井作为液态CO2注入；
S2、安装地面注入系统和CO2注入管柱串，使液态CO2以间歇注入方式泵送至井下煤气层处并连续作业至完成目标量液态二氧化碳的注入；其中，采用泵送8h停止泵送16h的方式间歇注入，液态CO2泵送速度为1～2t/h，井口压力控制为低于煤层破裂压力；
S3、当目标量的液态二氧化碳完全注入完成后，关井扩压至少1个月。
2.根据权利要求1所述的用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法，其特征在于，在步骤S2中，地面注入系统包括依次连接储罐、CO2增压泵、CO2注入泵和CO2气化器，以及柴油发电机，柴油发电机分别与储罐、CO2增压泵、CO2注入泵和CO2气化器相连接；CO2注入管柱串包括自上而下依次连接的油管、打孔筛管、内装有储存式电子压力计的井下压力计托筒和井下直读式电子压力计；油管通过管路与CO2气化器的出液端连接。
3.根据权利要求2所述的用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法，其特征在于，所述油管的长度满足井下直读式电子压力计位于煤气层上方且邻近煤气层的位置处。
4.根据权利要求2所述的用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法，其特征在于，所述打孔筛管采用与油管等径、长度为2m，且其上均布有50个筛孔的筛管，其中，每个筛孔的孔径为8mm。
5.根据权利要求1所述的用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法，其特征在于，还包括预膜及防腐蚀处理工序，具体为：在进行液态CO2注入前液态CO2注入完成后，向油管和套管内注入与地层水成分相适应的缓蚀剂水溶液。
6.根据权利要求2所述的用于煤层气藏增产的二氧化碳填埋方法，其特征在于，在步骤S2实施前和步骤S3实施后，还包括有反循环压井工序，具体地为，采用1wt.％KCl水溶液作为活性液，以400L/min的排量、2MPa的泵压进行反循环压井，停泵后观察2小时，确定有无溢流现象。
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