CN112196506B - 一种煤层原位热解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利提供了一种煤层原位热解方法，包括步骤：钻井设置以点火井为中心，相互之间呈正多边形状态分布的注水井/抽采井；对点火井进行富氧空气注入并点火，根据与之临近注水井/抽采井下流体压力，流体压力较高者作为抽采井进行热解产物抽采作业。本发明通过注水井注水量控制燃烧井内煤层燃烧方向，点火井与注水井呈正多边形分布，注水井和抽采井可以实时转换，注水井/抽采井内煤层实施定向射孔不仅能够实现燃烧方向的有效控制，而且不需要外部载热流体的注入，便可实现地下煤炭资源的高效转化和油气资源提取，具有简单易行的优点。

Description

一种煤层原位热解方法
技术领域
本发明属于油页岩以及煤炭资源油气制取技术领域，尤其涉及一种煤层原位热解方法。
背景技术
近年来，油页岩以及煤的地下原位热解技术越来越受到人们的重视，该方法一般包括两种思路实施。
一种方法统称为外热法，目前公布的主要专利有对“流加热油页岩开采油气的方法(200510012473.4)”、“高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法(200710139353.X)”，具体是通过现有钻井技术和压裂方法，在岩层当中制造人工裂缝网络，然后向其中注入过热水蒸气或过热烃类气体等高温热载体，使地下岩层受热并促使有机质热解形成油气，并最终将形成的油气资源抽采至地面并加以利用。。
另一种方法一般称为内热法，目前公布的主要专利有“一种矿井式煤炭地下气化炉及气化方法(201910836067.1)”、“深层地下煤炭气化工艺方法(200510064769.0)”、“分离控制注气点煤炭地下气化炉及其工艺方法(200510134205.X)”等等，多应用于煤的原位热解当中，同样是基于复杂的钻井技术和工艺，在煤层当中制造气体通道，向其中注入富氧混合气体或空气，并将煤层在地下点燃使之燃烧产生高温，混合气体内的水以及煤层燃烧产生的二氧化碳与旁边受热的煤岩发生反应产生混合煤气并抽采至地面加以利用，一般产物包括甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等等。
外热法技术方案面临的主要难题在于如何将外部热量注入地下煤层，当前解决方案中利用过热水蒸气或烃类气体作为热载体注入煤层往往热损失较大，且对井筒保温性能要求极高。而内热法技术方案面临的最大困难在于煤炭地下燃烧方向控制问题，目前尚没有一个十分有效的解决方案，一般是基于钻井方向和注气方向对燃烧方向进行控制，但实施效果并不理想。
发明内容
针对上述背景技术的阐述，本发明提供一种煤层原位热解方法。能够实现燃烧方向的有效控制，而且不需要外部载热流体的注入，便可实现地下煤炭资源的高效转化和提取。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤层原位热解方法，包括如下步骤：
步骤一，基于地质条件，确定目标区域以后，钻井设置点火井和注水井/抽采井N眼，N≥3，以点火井为中心，N眼注水井/抽采井相互之间呈正多边形状态分布。
步骤二，对地下煤层进行射孔及定向压裂作业，其中，中心为点火井，射孔为各向均匀射孔；注水井/抽采井射孔采用定向射孔及压裂作业，作业完成后在注水井/抽采井下安装温度/压力检测装置；
步骤三，对点火井进行富氧空气注入并点火；
步骤四，完成点火作业之后开始对注水井/抽采井内的温度及压力进行实时监测以确定注水时机，各注水井不能同时注水，应当以煤层内温度为准，当井内温度达到350℃时开始向井内注水，注水量应当以维持注水井下温度稳定在350℃左右做适时调整，温度过低时减少注水量，温度过高时则增加注水量；
步骤五，确定第一口注水井/抽采井之后，随之根据与之临近注水井/抽采井下流体压力，流体压力较高者作为抽采井进行热解产物抽采作业。
上述技术方案中，所述所述注水井/抽采井数量为6眼，注水井/抽采井相互之间呈正六边形状态分布。
上述技术方案中，所述注水井/抽采井内煤岩温度能够达到350℃为宜。
上述技术方案中，所述步骤四中，对于不同的煤类，尚需要进行实验测定，确定最优热解温度后以确定最佳注水温度。
上述技术方案中，所述步骤五抽采过程中需要实时关注井下温度，当温度高于550℃时需要将该抽采井改为注水井，并将与之临近的注水井改为抽采井，如此循环作业，对目标区内煤层进行原位热解提取油气资源。
本发明通过注水井注水量控制燃烧井内煤层燃烧方向，点火井与注水井呈梅花状分布，注水井和抽采井可以实时转换，注水井/抽采井内煤层实施定向射孔不仅能够实现燃烧方向的有效控制，而且不需要外部载热流体的注入，便可实现地下煤炭资源的高效转化和油气资源提取，具有简单易行的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例A-B的剖面示意图；
其中，1.点火井、2注水井/抽采井、3注水井/抽采井定向射孔方向、4上覆岩层、5目标煤层、6温度/压力检测装置。
具体实施方式
下面将结合本发明专利的附图，对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。
根据图1-2所示，作为实施例所示的一种煤层原位热解方法使用的井身结构为：包括设置点火井和注水井/抽采井N眼，N≥3，以点火井为中心，N眼注水井/抽采井相互之间呈正多边形状态分布，所述点火井井壁设置射孔，所述注水井/抽采井射孔井壁设置定向射孔并压裂，在所述注水井/抽采井下安装温度/压力检测装置。
其具体方法为：作为实施例所示的一种煤层原位热解方法，包括如下步骤：
步骤一，基于地质条件，确定目标区域以后，钻井设置点火井和注水井/抽采井共6眼，点火井和注水井/抽采井相互之间的口径关系不做要求，以点火井为中心，6眼注水井/抽采井在实施过程中可以根据实际情况做实时转换，注水井/抽采井相互之间呈正六边形状态分布，如此循环布井，形成如图1所示的平面分布形式。注水井/抽采井与点火井的井间距基于煤层燃烧热值及其导热能力来确定，具体需要经过实验室测定和计算，使得注水井内煤岩温度能够达到350℃为宜；
根据实际施工条件可以做具体调整，间距设置为30-100米，以经过定向射孔和压裂能够相互连通为最终目的，根据实际地质条件设置的口径没有特殊要求，注水井/抽采井数量可能需要施工8口或者10口甚至更多口的注水井/抽采井才能够满足围绕中心点火井形成连通网络的话，则按照相应的需求重新设计井的数量。
步骤二，钻井完成之后，为对地下煤层进行射孔及定向压裂作业，其中中心为点火井，射孔为各向均匀射孔，目的是为了煤层能够更好地导热和渗水；注水井/抽采井射孔采用定向射孔及压裂作业，射孔及压裂方向如图1中箭头所示，目的是能够联通各注水井/抽采井，作业完成后在注水井/抽采井下安装温度/压力检测装置；
步骤三，对点火井进行富氧空气注入并点火，点火方式参照201911177619.9专利文件中所述方法完成；
步骤四，完成点火作业之后开始对注水井/抽采井内的温度及压力进行实时监测以确定注水时机，各注水井不能同时注水，应当以煤层内温度为准，由于煤层各向异性的普遍性，各注水井不能同时注水，而应当以煤层内温度为准，一般情况下当井内温度达到350℃时开始向井内注水，注水量应当以维持注水井下温度稳定在350℃左右做适时调整，温度过低时减少注水量，温度过高时则增加注水量，对于不同的煤类，尚需要进行实验测定，确定最优热解温度后以确定最佳注水温度；
步骤五，确定第一口注水井之后，随之根据与之临近注水井/抽采井下流体压力，流体压力较高者作为抽采井进行热解产物抽采作业。抽采过程中需要实时关注井下温度，当温度高于550℃时需要将该抽采井改为注水井，并将与之临近的注水井改为抽采井，如此循环作业，对目标区内煤层进行原位热解提取油气资源。
整个过程中通过井下注水量严格控制燃烧方向和煤层温度，各个点火井周边预留一定范围的支撑煤柱，以保证上覆岩层不发生垮塌，预留范围基于煤层埋深及其力学性质确定。
以上所述，仅为本发明专利的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种煤层原位热解方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，基于地质条件，确定目标区域以后，钻井设置点火井和注水井/抽采井N眼，N≥3，以点火井为中心，N眼注水井/抽采井相互之间呈正多边形状态分布；
步骤二，对地下煤层进行射孔及定向压裂作业，其中中心为点火井，射孔为各向均匀射孔；注水井/抽采井射孔采用定向射孔及压裂作业，作业完成后在注水井/抽采井下安装温度/压力检测装置；
步骤三，对点火井进行富氧空气注入并点火；
步骤四，完成点火作业之后开始对注水井/抽采井内的温度及压力进行实时监测以确定注水时机，各注水井不能同时注水，应当以煤层内温度为准，当井内温度达到350℃时开始向井内注水，注水量应当以维持注水井下温度稳定在350℃左右做适时调整，温度过低时减少注水量，温度过高时则增加注水量；
步骤五，确定第一口注水井之后，随之根据与之临近注水井/抽采井下流体压力，流体压力较高者作为抽采井进行热解产物抽采作业，抽采过程中需要实时关注井下温度，当温度高于550℃时需要将该抽采井改为注水井，并将与之临近的注水井改为抽采井，如此循环作业，对目标区内煤层进行原位热解提取油气资源，整个过程中通过井下注水量严格控制燃烧方向和煤层温度。
2.根据权利要求1所述一种煤层原位热解方法，其特征在于：所述注水井/抽采井内煤岩温度能够达到350℃。
3.根据权利要求1或2所述一种煤层原位热解方法，其特征在于：所述步骤四中，对于不同的煤类，尚需要进行实验测定，确定最优热解温度后以确定最佳注水温度。
4.根据权利要求3所述一种煤层原位热解方法，其特征在于：所述注水井/抽采井数量为6眼，注水井/抽采井相互之间呈正六边形状态分布。
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