CN114687709B - 一种煤层气+油气协同开采循环利用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤层气+油气协同开采循环利用装置及方法，包括致裂封存机构及地表转运机构；其中，致裂封存机构包括煤层气抽采装置及油气抽采装置；煤层气抽采装置包括依次连接的主输入管、分离输送管、煤层气致裂抽采联管及主抽采联管；油气抽采装置包括依次连接的二级输入管、二级分离输送管、油气致裂抽采联管及二级抽采联管；二级输入管与主输入管连接，二级抽采联管与主抽采联管连接；主输入管及分离输送管内均设有一级二氧化碳输送管、二级二氧化碳输送管、H2O输送管及高温传导管；二级输入管及二级分离输送管内设有二级二氧化碳输送管及H2O输送管；地表转运机构包括依次连接的分离装置、储存装置及辅助设备。本发明节省人力物力财力。
Description
技术领域
本发明涉及煤油气协同开采方法，尤其涉及一种煤层气+油气协同开采循环利用方法，属于共伴生资源开采领域。
背景技术
位于陕甘宁地区的鄂尔多斯盆地含有大量的地质资源，如煤层气和油气，煤层气和油气富集量更是居于全国前列。但是多数情况下，煤层气富集于浅部的煤层中，而在其深部富集着大量的油气资源。在传统的研究中，遇到煤油共储的情况时，一般优先开采油气，之后再开采煤层，抽采煤层气。但是油气开采后存留的大量井内油气将会给煤层气的开采带来巨大的安全隐患。
同时在“双碳”目标下，如何实现二氧化碳的处置成为近年来的热议话题。大气中二氧化碳浓度的大幅增加，主要源于人类生产和生活过程中燃烧大量化石燃料。目前我国是全球二氧化碳排放量最大的国家之一，面临日益强烈的减排要求。因此，我国迫切需要采取有效措施，减少二氧化碳排放量，减缓二氧化碳排放强度。CCS、CCUS等技术也成为众多研究者们关注的重点。
基于现有情况，迫切需要一种煤层气+油气协同开采循环利用方法，利用该方法，实现了二氧化碳对煤层和低渗透油储层的致裂、二氧化碳驱替煤层气和油气、二氧化碳封存及煤层气利用四者协同。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，提出一种煤层气+油气协同开采循环利用方法。
本发明的技术方案在于：
（一）本发明提出一种煤层气+油气协同开采循环利用装置。
一种煤层气+油气协同开采循环利用装置，包括致裂封存机构及地表转运机构；其中，
致裂封存机构包括煤层气抽采装置及油气抽采装置；所述煤层气抽采装置包括依次连接的主输入管、分离输送管、煤层气致裂抽采联管及主抽采联管；
油气抽采装置包括依次连接的二级输入管、二级分离输送管、油气致裂抽采联管及二级抽采联管；二级输入管与主输入管连接，二级抽采联管与主抽采联管连接；
其中，所述主输入管及分离输送管内均设有一级二氧化碳输送管、二级二氧化碳输送管、H2O输送管及高温传导管；二级输入管及二级分离输送管内设有二级二氧化碳输送管及H2O输送管；
地表转运机构包括依次连接的分离装置、储存装置及辅助设备，储存装置包括煤层气储存罐及二氧化碳储存罐；分离装置的入口端连接至主抽采联管，出口端分别连接至煤层气储存罐的入口端及二氧化碳储存罐的入口端；辅助设备包括高温炉和蒸汽炉；煤层气储存罐的出口端分别连接至高温炉的入口端和蒸汽炉的入口端，高温炉的出口端连接至主输入管内的高温传导管，蒸汽炉的出口端连接至主输入管内的H2O输送管；二氧化碳储存罐的出口端连接至主输入管内的一级二氧化碳输送管及二级二氧化碳输送管。
所述煤层气致裂抽采联管内切有一级二氧化碳输送管和高温传导管，一级二氧化碳输送管和高温传导管相外切，一级二氧化碳输送管与煤层气致裂抽采联管的管壁相切处设有一级二氧化碳流孔，高温传导管与煤层气致裂抽采联管的管壁相切处设有高温流孔；一级二氧化碳流孔轴向两侧设有柔性弹簧，柔性弹簧的另一端连接有闭孔电极，闭孔电极的直径＞一级二氧化碳流孔的直径；煤层气致裂抽采联管的外管壁外侧还设有导线管，导线管内设有导线；一级二氧化碳输送管和高温传导管的两端均设有正电极挡板，正电极挡板的一端连接导线，另一端通过柔性弹簧连接有负电极挡板；煤层气致裂抽采联管不与一级二氧化碳输送管和高温传导管相切的管壁上还设有煤层气抽气孔。
所述油气致裂抽采联管内切有二级二氧化碳输送管及H2O输送管；二级二氧化碳输送管及H2O输送管相外切，二级二氧化碳输送管与油气致裂抽采联管的管壁相切处设有二级二氧化碳流孔，H2O输送管与油气致裂抽采联管的管壁相切处设有H2O流孔；二级二氧化碳流孔和H2O流孔轴向两侧也设有柔性弹簧，柔性弹簧的另一端也连接闭孔电极，闭孔电极的直径＞二级二氧化碳流孔的直径；油气致裂抽采联管的外管壁外侧也设有导线管，导线管内设有导线；二级二氧化碳输送管及H2O输送管的两端均设有正电极挡板，正电极挡板的一端连接导线，另一端通过柔性弹簧连接有负电极挡板；油气致裂抽采联管不与二级二氧化碳输送管及H2O输送管相切的管壁上还设有油气抽采孔。
所述煤层气储存罐的入口端与分离装置之间、煤层气储存罐的出口端与高温炉的入口端之间、煤层气储存罐的出口端和蒸汽炉的入口端之间、二氧化碳储存罐的入口端与分离装置之间、二氧化碳储存罐的出口端与一级二氧化碳输送管之间、二氧化碳储存罐的出口端与二级二氧化碳输送管之间均通过地面转运管连接。
所述分离装置包括依次连接的一级分离装置及二级分离装置；一级分离装置为气体抽采分离仓，二级分离装置包括煤层气分离仓、二氧化碳分离仓、油气分离仓及杂质分离仓；煤层气分离仓连接煤层气储存罐，二氧化碳分离仓连接二氧化碳储存罐；气体抽采分离仓连接主抽采联管。
（二）本发明提出一种煤层气+油气协同开采循环利用方法。
一种煤层气+油气协同开采循环利用方法，应用如上煤层气+油气协同开采循环利用装置，方法如下：
步骤1：确定含煤层气煤层和低渗透油气储层的位置；
步骤2：系统搭建：
从地表向含煤层气煤层的回风顺槽和运输顺槽打地面钻井，并分别布置主输入管和主抽采联管；
搭建地表转运机构；
在含煤层气煤层内架设煤层气致裂抽采联管，贯穿整个含煤层气煤层，两端分别与主输入管和主抽采联管连接；
步骤3：初步抽采含煤层气煤层内解析出来的初级煤层气；
步骤4：沿着步骤2的钻井方向继续钻井，直至钻至低渗透油气储层，在低渗透油气储层假设贯穿整个低渗透油气储层的油气致裂抽采联管，油气致裂抽采联管两端分别与二级输入管及二级抽采联管连接；
步骤5：步骤3中解析出来的初级煤层气经分离装置进行杂质分离，获得分离煤层气及二氧化碳；分离煤层气用于加热高温炉和蒸汽炉；二氧化碳和高温进一步致裂含煤层气煤层，驱替含煤层气煤层内剩余的煤层气；二氧化碳和水蒸气致裂低渗透油气储层，驱替油气；
步骤6：抽采煤层气和油气，通过分离装置分离成二氧化碳、煤层气、油气和杂质；二氧化碳储存至二氧化碳储存罐，煤层气储存在煤层气储存罐，循环利用。
本发明的技术效果在于：
(1)通过本发明提供的方法，实现了煤层气和油气的协同开采、二氧化碳的地质封存和煤层气的有效利用，节省了大量的人力物力财力，符合当前“双碳”的要求；
(2)本发明中，分离输送管与多个煤层气致裂抽采联管连接，二级分离输送管与多个油气致裂抽采联管连接，在同一个工作面，只需要打一个输送孔和一个抽采孔，即可完成对整个工作面的煤层气和油气的抽采；
(3)本发明中，在含煤层气煤层和低渗透油气储层分别布置水平铺设的煤层气致裂抽采联管和油气致裂抽采联管，使得致裂和抽采循序渐进。
附图说明
图1为本发明一种煤层气+油气协同开采循环利用装置的地质系统图。
图2为本发明一种煤层气+油气协同开采循环利用装置的地质系统竖剖图。
图3为本发明一种煤层气+油气协同开采循环利用装置的地质系统平剖图。
图4为本发明二级输入管的结构示意图。
图5为本发明主输入管的结构示意图。
图6为本发明分离输送管的结构示意图。
图7为本发明煤层气致裂抽采联管的结构示意图。
图8为本发明油气致裂抽采联管的结构示意图。
图9为本发明主抽采联管图。
附图标记：1、地面转运管；2、阀门；3、高温炉；4、蒸汽炉；5、 二氧化碳储存罐；6、煤层气储存罐；7、煤层气分离仓；8、二氧化碳分离仓；9、油气分离仓；10、杂质分离仓；11、气体抽采分离机；12、主输入管；13、保护煤柱；14、分离输送管；15、煤层气致裂抽采联管；16、主抽采联管；17、低渗透油气储层；18、含煤层气煤层；19、回风顺槽；20、运输顺槽；21、二级输入管；22、油气致裂抽采联管；23、二级二氧化碳输送管；24、H2O输送管；25、高温传导管；26、一级二氧化碳输送管；27、导线管；28、导线；29、正电极挡板；30、负电极挡板；31、柔性弹簧；32、高温流孔；33、煤层气抽气孔；34、一级二氧化碳流孔；35、闭孔电极；36、二级二氧化碳流孔；37、油气抽采孔；38、H2O流孔。
具体实施方式
实施例1
一种煤层气+油气协同开采循环利用装置，包括致裂封存机构及地表转运机构；其中，
致裂封存机构包括煤层气抽采装置及油气抽采装置；所述煤层气抽采装置包括依次连接的主输入管12、分离输送管14、煤层气致裂抽采联管15及主抽采联管16；
油气抽采装置包括依次连接的二级输入管21、二级分离输送管、油气致裂抽采联管22及二级抽采联管；二级输入管21与主输入管12连接，二级抽采联管与主抽采联管16连接；
其中，所述主输入管12及分离输送管14内均设有一级二氧化碳输送管26、二级二氧化碳输送管23、H2O输送管24及高温传导管25；二级输入管21及二级分离输送管内设有二级二氧化碳输送管23及H2O输送管24；
地表转运机构包括依次连接的分离装置、储存装置及辅助设备，储存装置包括煤层气储存罐6及二氧化碳储存罐5；分离装置的入口端连接至主抽采联管16，出口端分别连接至煤层气储存罐6的入口端及二氧化碳储存罐5的入口端；辅助设备包括高温炉3和蒸汽炉4；煤层气储存罐6的出口端分别连接至高温炉3的入口端和蒸汽炉4的入口端，高温炉3的出口端连接至主输入管12内的高温传导管25，蒸汽炉4的出口端连接至主输入管12内的H2O输送管24；二氧化碳储存罐5的出口端连接至主输入管12内的一级二氧化碳输送管26及二级二氧化碳输送管23。
实施例2
在实施例1的基础上，还包括：
所述煤层气致裂抽采联管15内切有一级二氧化碳输送管26和高温传导管25，一级二氧化碳输送管26和高温传导管25相外切，一级二氧化碳输送管26与煤层气致裂抽采联管15的管壁相切处设有一级二氧化碳流孔34，高温传导管25与煤层气致裂抽采联管15的管壁相切处设有高温流孔32；一级二氧化碳流孔34轴向两侧设有柔性弹簧31，柔性弹簧31的另一端连接有闭孔电极35，闭孔电极35的直径＞一级二氧化碳流孔34的直径；煤层气致裂抽采联管15的外管壁外侧还设有导线管27，导线管27内设有导线28；一级二氧化碳输送管26和高温传导管25的两端均设有正电极挡板29，正电极挡板29的一端连接导线28，另一端通过柔性弹簧31连接有负电极挡板30；煤层气致裂抽采联管15不与一级二氧化碳输送管26和高温传导管25相切的管壁上还设有煤层气抽气孔33。
所述油气致裂抽采联管22内切有二级二氧化碳输送管23及H2O输送管24；二级二氧化碳输送管23及H2O输送管24相外切，二级二氧化碳输送管23与油气致裂抽采联管22的管壁相切处设有二级二氧化碳流孔36，H2O输送管24与油气致裂抽采联管22的管壁相切处设有H2O流孔38；二级二氧化碳流孔36和H2O流孔38轴向两侧也设有柔性弹簧31，柔性弹簧31的另一端也连接闭孔电极35，闭孔电极35的直径＞二级二氧化碳流孔36的直径；油气致裂抽采联管22的外管壁外侧也设有导线管27，导线管27内设有导线28；二级二氧化碳输送管23及H2O输送管24的两端均设有正电极挡板29，正电极挡板29的一端连接导线28，另一端通过柔性弹簧31连接有负电极挡板30；油气致裂抽采联管22不与二级二氧化碳输送管23及H2O输送管24相切的管壁上还设有油气抽采孔37。
以煤层气致裂抽采联管15为例，高温传导管25与一级二氧化碳输送管26外切，高温传导管25与一级二氧化碳输送管26又分别与煤层气致裂抽采联管15内切；高温传导管25与煤层气致裂抽采联管15内切处布置有高温流孔32，一级二氧化碳流管与煤层气致裂抽采联管15内切处布置有一级二氧化碳流孔34；为了控制一级二氧化碳流孔34的开闭，在一级二氧化碳流孔34的两侧安设柔性弹簧31与闭孔电极35，通过控制开关控制闭孔电极35，从而控制一级二氧化碳流孔34的开闭。相同地，在高温传导管25与一级二氧化碳输送管26两端设置的正电极挡板29与负电极挡板30，也是通过控制开关控制，从而实现高温传导管25与一级二氧化碳输送管26的开闭。煤层气抽气孔33布置在高温传导管25、一级二氧化碳输送管26与煤层气致裂抽采联管15不相切的区域，煤层气抽采通过煤层气抽气孔33进入煤层气致裂抽采联管15内部。
实施例3
在实施例2的基础上，还包括：
所述煤层气储存罐6的入口端与分离装置之间、煤层气储存罐6的出口端与高温炉3的入口端之间、煤层气储存罐6的出口端和蒸汽炉4的入口端之间、二氧化碳储存罐5的入口端与分离装置之间、二氧化碳储存罐5的出口端与一级二氧化碳输送管26之间、二氧化碳储存罐5的出口端与二级二氧化碳输送管23之间均通过地面转运管1连接。
所述分离装置包括依次连接的一级分离装置及二级分离装置；一级分离装置为气体抽采分离仓，二级分离装置包括煤层气分离仓7、二氧化碳分离仓8、油气分离仓9及杂质分离仓10；煤层气分离仓7连接煤层气储存罐6，二氧化碳分离仓8连接二氧化碳储存罐5；气体抽采分离仓连接主抽采联管16。
实施例4
一种煤层气+油气协同开采循环利用方法，应用如上实施例3煤层气+油气协同开采循环利用装置，方法如下：
步骤1：确定含煤层气煤层18和低渗透油气储层17的位置；
步骤2：系统搭建：从地表向含煤层气煤层18的回风顺槽19和运输顺槽20打地面钻井，并分别布置主输入管12和主抽采联管16；回风顺槽19和运输顺槽20左右两侧均设有保护煤柱13；
搭建地表转运机构；
在含煤层气煤层18内架设煤层气致裂抽采联管15，贯穿整个含煤层气煤层18，两端分别与主输入管12和主抽采联管16连接；
步骤3：初步抽采含煤层气煤层18内解析出来的初级煤层气；
步骤4：沿着步骤2的钻井方向继续钻井，直至钻至低渗透油气储层17，在低渗透油气储层17假设贯穿整个低渗透油气储层17的油气致裂抽采联管22，油气致裂抽采联管22两端分别与二级输入管21及二级抽采联管连接；
步骤5：步骤3中解析出来的初级煤层气经分离装置进行杂质分离，获得分离煤层气及二氧化碳；分离煤层气用于加热高温炉3和蒸汽炉4；二氧化碳和高温进一步致裂含煤层气煤层18，驱替含煤层气煤层18内剩余的煤层气；二氧化碳和水蒸气致裂低渗透油气储层17，驱替油气；
步骤6：抽采煤层气和油气，通过分离装置分离成二氧化碳、煤层气、油气和杂质；二氧化碳储存至二氧化碳储存罐5，煤层气储存在煤层气储存罐6，循环利用。
其中，煤层气致裂抽采联管15的具体过程为：
二氧化碳经一级二氧化碳输送管26输送至需致裂的含煤层气煤层18，此时由控制开关通过导线28控制与一级二氧化碳流孔34连接的闭孔电极35，并在柔性弹簧31的支撑作用下，使一级二氧化碳流孔34打开，向含煤层气煤层18中释放二氧化碳气体；随后高温炉3经高温传导管25向所需致裂的含煤层气煤层18供给高温热流，并通过高温流孔32释放到含煤层气煤层18中，使二氧化碳气体进一步膨胀，达到二次致裂煤层的目的。待含煤层气煤层18致裂充分后，由气体抽采分离仓抽采煤层气，含煤层气煤层18中的煤层气通过煤层气抽采孔进入煤层气致裂抽采联管15，抽采至地面进一步转化利用。
其中，油气致裂抽采联管22的具体过程为：
与煤层气致裂抽采连管类似，差别在于油气致裂抽采联管22利用的是二氧化碳气体和H2O蒸汽。二氧化碳气体依次经由主输入管12中的一级二氧化碳输送管26及二级输入管21中的二级二氧化碳输送管23内部注入二氧化碳气体，并由控制开关通过导线28控制打开二级二氧化碳流孔36，向待致裂油气层释放二氧化碳气体，同时蒸汽炉4向H2O输送管24注入高温H2O蒸汽，同样使得H2O流孔38打开，使二氧化碳气体进一步膨胀，达到二次致裂油气层和封存二氧化碳的目的。
Claims (3)
1.一种煤层气+油气协同开采循环利用装置，其特征在于：包括致裂封存机构及地表转运机构；其中，
致裂封存机构包括煤层气抽采装置及油气抽采装置；所述煤层气抽采装置包括依次连接的主输入管(12)、分离输送管(14)、煤层气致裂抽采联管(15)及主抽采联管(16)；
油气抽采装置包括依次连接的二级输入管(21)、二级分离输送管、油气致裂抽采联管(22)及二级抽采联管；二级输入管(21)与主输入管(12)连接，二级抽采联管与主抽采联管(16)连接；
其中，所述主输入管(12)及分离输送管(14)内均设有一级二氧化碳输送管(26)、二级二氧化碳输送管(23)、H2O输送管(24)及高温传导管(25)；二级输入管(21)及二级分离输送管内设有二级二氧化碳输送管(23)及H2O输送管(24)；
地表转运机构包括依次连接的分离装置、储存装置及辅助设备，储存装置包括煤层气储存罐(6)及二氧化碳储存罐(5)；分离装置的入口端连接至主抽采联管(16)，出口端分别连接至煤层气储存罐(6)的入口端及二氧化碳储存罐(5)的入口端；辅助设备包括高温炉(3)和蒸汽炉(4)；煤层气储存罐(6)的出口端分别连接至高温炉(3)的入口端和蒸汽炉(4)的入口端，高温炉(3)的出口端连接至主输入管(12)内的高温传导管(25)，蒸汽炉(4)的出口端连接至主输入管(12)内的H2O输送管(24)；二氧化碳储存罐(5)的出口端连接至主输入管(12)内的一级二氧化碳输送管(26)及二级二氧化碳输送管(23)；
所述煤层气致裂抽采联管(15)内切有一级二氧化碳输送管(26)和高温传导管(25)，一级二氧化碳输送管(26)和高温传导管(25)相外切，一级二氧化碳输送管(26)与煤层气致裂抽采联管(15)的管壁相切处设有一级二氧化碳流孔(34)，高温传导管(25)与煤层气致裂抽采联管(15)的管壁相切处设有高温流孔(32)；一级二氧化碳流孔(34)轴向两侧设有柔性弹簧(31)，柔性弹簧(31)的另一端连接有闭孔电极(35)，闭孔电极(35)的直径＞一级二氧化碳流孔(34)的直径；煤层气致裂抽采联管(15)的外管壁外侧还设有导线管(27) ，导线管(27) 内设有导线(28)；一级二氧化碳输送管(26)和高温传导管(25)的两端均设有正电极挡板(29)，正电极挡板(29)的一端连接导线(28)，另一端通过柔性弹簧(31)连接有负电极挡板(30)；煤层气致裂抽采联管(15)不与一级二氧化碳输送管(26)和高温传导管(25)相切的管壁上还设有煤层气抽气孔(33)；
所述油气致裂抽采联管(22)内切有二级二氧化碳输送管(23)及H2O输送管(24)；二级二氧化碳输送管(23)及H2O输送管(24)相外切，二级二氧化碳输送管(23)与油气致裂抽采联管(22)的管壁相切处设有二级二氧化碳流孔(36)，H2O输送管(24)与油气致裂抽采联管(22)的管壁相切处设有H2O流孔(38)；二级二氧化碳流孔(36)和H2O流孔(38)轴向两侧也设有柔性弹簧(31)，柔性弹簧(31)的另一端也连接闭孔电极(35)，闭孔电极(35)的直径＞二级二氧化碳流孔(36)的直径；油气致裂抽采联管(22)的外管壁外侧也设有导线管(27) ，导线管(27) 内设有导线(28)；二级二氧化碳输送管(23)及H2O输送管(24)的两端均设有正电极挡板(29)，正电极挡板(29)的一端连接导线(28)，另一端通过柔性弹簧(31)连接有负电极挡板(30)；油气致裂抽采联管(22)不与二级二氧化碳输送管(23)及H2O输送管(24)相切的管壁上还设有油气抽采孔(37)；
所述分离装置包括依次连接的一级分离装置及二级分离装置；一级分离装置为气体抽采分离仓，二级分离装置包括煤层气分离仓(7)、二氧化碳分离仓(8)、油气分离仓(9)及杂质分离仓(10)；煤层气分离仓(7)连接煤层气储存罐(6)，二氧化碳分离仓(8)连接二氧化碳储存罐(5)；气体抽采分离仓连接主抽采联管(16)。
2.根据权利要求1所述煤层气+油气协同开采循环利用装置，其特征在于：所述煤层气储存罐(6)的入口端与分离装置之间、煤层气储存罐(6)的出口端与高温炉(3)的入口端之间、煤层气储存罐(6)的出口端和蒸汽炉(4)的入口端之间、二氧化碳储存罐(5)的入口端与分离装置之间、二氧化碳储存罐(5)的出口端与一级二氧化碳输送管(26)之间、二氧化碳储存罐(5)的出口端与二级二氧化碳输送管(23)之间均通过地面转运管(1)连接。
3.一种煤层气+油气协同开采循环利用方法，其特征在于：应用如上权利要求2所述煤层气+油气协同开采循环利用装置，方法如下：
步骤1: 确定含煤层气煤层(18)和低渗透油气储层(17)的位置；
步骤2：系统搭建：
从地表向含煤层气煤层(18)的回风顺槽(19)和运输顺槽(20)打地面钻井，并分别布置主输入管(12)和主抽采联管(16)；
搭建地表转运机构；
在含煤层气煤层(18)内架设煤层气致裂抽采联管(15)，贯穿整个含煤层气煤层(18)，两端分别与主输入管(12)和主抽采联管(16)连接；
步骤3：初步抽采含煤层气煤层(18)内解析出来的初级煤层气；
步骤4：沿着步骤2的钻井方向继续钻井，直至钻至低渗透油气储层(17)，在低渗透油气储层(17)假设贯穿整个低渗透油气储层(17)的油气致裂抽采联管(22)，油气致裂抽采联管(22)两端分别与二级输入管(21)及二级抽采联管连接；
步骤5：步骤3中解析出来的初级煤层气经分离装置进行杂质分离，获得分离煤层气及二氧化碳；分离煤层气用于加热高温炉(3)和蒸汽炉(4)；二氧化碳和高温进一步致裂含煤层气煤层(18)，驱替含煤层气煤层(18)内剩余的煤层气；二氧化碳和水蒸气致裂低渗透油气储层(17)，驱替油气；
步骤6：抽采煤层气和油气，通过分离装置分离成二氧化碳、煤层气、油气和杂质；二氧化碳储存至二氧化碳储存罐(5)，煤层气储存在煤层气储存罐(6)，循环利用。
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