CN1508387A - 煤层气的热力开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了煤层气的热力开采方法,煤层甲烷气通常是以吸附状态存在于煤层孔隙表面的,它的产出至少要经过解吸、渗流两个过程,因而解吸速度和渗流速度是决定产气速度的主要因素。这种热力采气方法,通过热吞吐方式注入热能,增加吸附态煤层气(甲烷)的自由能,从而增加甲烷从煤层孔隙表面上解吸的速度,同时气体受热膨胀加速渗流流动,从而达到大幅度提高煤层气产量、实现煤层气的工业化开发的目的。

Description

煤层气的热力开采方法
技术领域
本发明涉及一种提高煤层气井产量、高速开发煤层气的方法和技术,特别是指煤层气的热力开采方法,属于煤炭化工技术领域。
背景技术
煤层甲烷气(Coal bed Methane)简称煤层气,也称为瓦斯或沼气,是成煤过程中形成的、仍以煤层为储集层的天然气,主要成分为甲烷(CH4)。甲烷是宝贵的资源、优质的能源和化工原料,可作为常规天然气的接替能源或补充能源。但是,如果不预先开发煤层气,采煤过程中甲烷将进入矿井巷道而可能导致瓦斯爆炸事故,或作为废气排入大气、引起环境污染。因此,开发煤层气能充分利用宝贵的自然资源、防止煤矿瓦斯爆炸事故、保护大气环境。
以往开发煤层气的效果不理想,主要问题是产量低(产气量超过1000米3/目的井仅占总钻井数的10%左右)、产量不稳定,不能达到工业化开发的标准。
产气量小的原因主要为:与常规天然气相比,煤层气的储存方式以吸附为主、储层能量低(压力低)、渗透性差,煤层气的产出过程是首先降压解吸,然后在孔隙介质中渗流。由此可见煤层气的产出过程复杂,产量受解吸速度和渗流速度的制约,除非针对个别很高渗透性的储层,否则仅依靠天然能量较难获得很高的产气量和采收率,必须寻找和研究提高开采速度(或日产气量)和采收率的新方法。
常规石油天然气开采可以采用注水或注天然气的方法,增加地层压力和能量,达到驱替石油天然气、实现高速开采的目的。而对于煤层气,如果高压注水或注气,则煤层气体压力增高,由于甲烷是吸附态的,增加压力不利于解吸放出,甚至使已经解吸的游离气体再吸附。所以注水或注气致使煤层气无法解吸,只有降压才能解吸,因此采用高压注水、注气是不合适的。
目前,有一种针对煤层气的CO2吸附法,该方法是利用CO2具有比甲烷高的吸附性,注入CO2后,排挤甲烷或改变其吸附特性。但这种方法还必须适当地降压,在降压过程中CH4解吸,CO2具有强吸附性而占据CH4的位置,从而使CH4保持游离状态。总的过程是:生产井开井降压,注入井注入CO2,降压后甲烷解吸为游离状态,CO2吸附。然后增加注入压力,甲烷无法吸附,只能沿孔隙流动从气井产出。生产一段时间后,再次降压,进行下一个循环的注入和产出。但由于降压过程在生产井,而CO2是在注入井注入,所以CH4与CO2的竞争可能不同时发生,另外由于升压与降压的反复循环,因此也不能很大幅度地提高产气量。目前这只是一种理论上的方法。
通过研究发现,高温下CH4的吸附能力大大降低,采用热力方法加热煤层可以增加CH4的解吸速度,同时热能在向煤层传递的过程中气体受热膨胀,有利于建立生产压差,从而大幅度地增加气井日产量。当前,有热力开采稠油的专利,但没有把热力方法引入开采煤层气的先例。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种煤层气的热力开采方法,使煤层气产量得到提高。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种煤层气的热力开采方法,至少包括如下步骤:
步骤1、注入:向地层注入热能,使煤层加热;
步骤2、焖井:关闭气井;
步骤3、采气:开井生产。
所述的注入热能的方式至少包括:注入热流体或化学剂氧化产生热量或电加热。
当注入热流体时,该开采方法的具体步骤如下:
步骤a1:由地面蒸汽发生器和注入泵经由管道向煤层注入热流体,用于加热煤层;
步骤a2:关闭气井;
步骤a3:游离态的甲烷由地层深部流入气井,经管道产出,到达地面汇入输气管线。
所述的热流体至少为过热蒸汽或热水。
所述的热流体的注入温度为:100-400℃;注入压力不大于地层破裂压力;注入速度为:每米煤层厚度1000公斤/天~10000公斤/天。
所述的热流体的注入总量为每米煤层厚注入5-20吨水当量。
当注入的热能为微波加热的能量时,该开采方法的具体步骤如下:
步骤b1:向微波发生器供电,使其发射微波,用于加热煤层;
步骤b2:关闭气井;
步骤b3:游离态的甲烷由地层深部流入气井,经由管道产出,到达地面汇入输气管线。
所述的微波发生器安装在注入井的煤层部位,微波频率为1NHZ-10GHZ,功率为100千瓦-1000千瓦。
当注入的热能为化学剂氧化生成的热量时,该开采方法的具体步骤如下:
步骤c1:将氧化剂送入燃烧室,使氧化剂在燃烧室内与碳氢化合物发生氧化反应产生热量,加热煤层;
步骤c2:关闭气井;
步骤c3:游离态的甲烷由地层深部流入气井,经由管道产出,到达地面汇入输气管线。
所述的氧化剂至少为过氧化氢,其浓度为30%-35%。
所述的管道至少为不锈钢管或塑料内衬管。
在注入热能之前,首先自然产气,当日产气量低于工业化开发标准时,再注入热能。
所述的热能采用吞吐方式注入,即在单井中,注入热能和开采煤层气交替进行。
所述的热能注入量以煤层温度升高≥20℃为标准。
上述的关闭气井的时间为1-15天。
通过以上技术方案,本发明具有如下优点:
1、加热煤层提高了煤层气(甲烷)的解吸速度;
2、温度升高,气体膨胀,提高了渗流速度;
3、热力吞吐还具有清除井底污染物并疏通堵塞物的作用;
4、热力吞吐开采煤层气具有灵活、可靠、投资小的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1过热蒸汽注入过程示意图;
图2为本发明实施例1开采过程示意图;
图3为本发明实施例2微波注热过程示意图;
图4为本发明实施例2开采过程示意图;
图5为本发明实施例3生产过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明:
实施例一:注入过热蒸汽吞吐采气
煤层气井1经过一段时间的排水、采气后,当气井日产量低于工业开发标准时(例如1000米3/日),进行注入过热蒸汽吞吐采气。如图1所示,首先由地面蒸汽发生器和注入泵3经油管2向煤层4注入过热蒸汽,其中,注入蒸汽温度为100-400℃,注入压力为≤地层破裂压力,注入速度为500~10000公斤/天/米煤层,气体渗入地层,在蒸汽波及的区域内加热煤层,从而使原来呈吸附态的甲烷解吸,变为游离状态。当注入总量为每米煤层厚注入5-15吨水当量蒸汽后,注入蒸汽过程结束,关井平衡1-15天,等待蒸汽中的热量传递给远井地带的地层深部5,其目的是扩大蒸汽的作用范围,使吸附态甲烷解吸、游离状态的甲烷受热膨胀。
开井生产阶段,如图2所示,大量高温的游离状态的甲烷由地层深部5流入气井,经油管2产出,到达地面汇入输气管线6。
通常煤层埋藏深度约1000米,原始地层温度约50℃,加热后煤层平均温度可达到150℃以上,此时煤层的吸附能力约降低到原来的约1/10,解吸速度提高约10倍,气井产量提高约10-30倍。
实施例二:微波注热吞吐采气
如图3所示,在注入阶段,微波发生器6安装在注入井1的煤层部位,地面工业电源5通过电缆4向微波发生器供电,微波发生器发射微波,微波对地下储层2直接加热。微波的频率范围为1NHZ-10GHZ之间,微波发生器的功率为100千瓦-1000千瓦,加热后煤层温度达到100-400℃以上,焖井1-15天,等待煤层内热量传递,煤层温度分布均匀,加速解吸,使吸附态甲烷迅速变为游离状态。
如图4所示,在产气阶段,由于温度提高加速了解吸,加上气体的热膨胀,使得煤层气由地层2流向井筒,经油管5流到地面,并汇入输气管网。
实施例三:利用过氧化氢反应热采气
如图5所示,在注入阶段,将较低浓度(30%-35%)的过氧化氢,用泵送入,通过不锈钢或塑料内衬油管3送到燃烧室5,水由油套环空注入到井底(油套环空:外边大管子叫套管,内部的细管子叫油管,大小管子之间的空间,行业上叫油套环空),在燃烧室5过氧化氢与碳氢化合物发生反应而被氧化,氧化产生的热量可将水蒸发,生成过热蒸汽和二氧化碳,过热蒸汽进入煤层2,使煤层加热,煤层温度升高20℃以上,加速解吸,使吸附态甲烷迅速变为游离状态,焖井1-15天。
需要注意的是:在上述的过程中,热流体的温度不宜太高,以防止热流体将煤层气推向远井地带,热流体的温度以产气量明显上升为宜。例如:对注蒸汽吞吐,注入总量约为每米煤层厚注5-15吨水当量蒸汽。
选择注入何种热能,主要根据注入规模、设备费、运行费等因素综合考虑。一般注热蒸汽的投入高,但热量也高,增产效果最好。注热水的设备投资小,但水的热容量也低,增产效果不如注蒸汽。化学氧化剂生热或电加热的特点是设备投资小,应用灵活方便,适合于小型气田或井组试验。
通过注入蒸汽或其它方法加热煤层,从而使原来呈吸附态的甲烷迅速解吸,变为游离状态。随着热量向煤层深部传递,大量煤层气解吸为游离状态,游离状态的甲烷又受热膨胀。当开井生产时,这些游离态的甲烷迅速产出。从而大幅度地提高煤层气井的产量。
在产气阶段,由于温度提高加速了解吸,加上气体的热膨胀,使得煤层气由地层2流向井筒1,经油管3流到地面,并汇入输气管网。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种煤层气的热力开采方法,其特征在于:至少包括如下步骤:
步骤1、注入:向地层注入热能,使煤层加热;
步骤2、焖井:关闭气井;
步骤3、采气:开井生产。
2、根据权利要求1所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:所述的注入热能的方式至少包括:注入热流体或化学剂氧化产生热量或电加热。
3、根据权利要求1或2所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:当注入热流体时,该开采方法的具体步骤如下:
步骤a1:由地面蒸汽发生器和注入泵经由管道向煤层注入热流体,用于加热煤层;
步骤a2:关闭气井;
步骤a3:游离态的甲烷由地层深部流入气井,经管道产出,到达地面汇入输气管线。
4、根据权利要求3所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:所述的热流体至少为过热蒸汽或热水;该热流体的注入温度为:100-400℃;注入压力不大于地层破裂压力;注入速度为:每米煤层厚度1000公斤/天~10000公斤/天;热流体的注入总量为每米煤层厚注入5-20吨水当量。
5、根据权利要求1或2所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:当注入的热能为微波加热的能量时,该开采方法的具体步骤如下:
步骤b1:向微波发生器供电,使其发射微波,用于加热煤层;
步骤b2:关闭气井;
步骤b3:游离态的甲烷由地层深部流入气井,经由管道产出,到达地面汇入输气管线。
6、根据权利要求5所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:所述的微波发生器安装在注入井的煤层部位,微波频率为1NHZ-10GHZ,功率为100千瓦-1000千瓦。
7、根据权利要求1或2所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:当注入的热能为化学剂氧化生成的热量时,该开采方法的具体步骤如下:
步骤c1:将氧化剂送入燃烧室,使氧化剂在燃烧室内与碳氢化合物发生氧化反应产生热量,加热煤层;
步骤c2:关闭气井;
步骤c3:游离态的甲烷由地层深部流入气井,经由管道产出,到达地面汇入输气管线。
8、根据权利要求7所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:所述的氧化剂至少为过氧化氢,其浓度为30%-35%。;所述的管道至少为不锈钢管或塑料内衬管。
9、根据权利要求1所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:在注入热能之前,首先自然产气,当日产气量于工业化开发标准时,再注入热能;该热能采用吞吐方式注入,即在单井中,注入热能和开采煤层气交替进行。
10、根据权利要求1或3或5或7所述的煤层气的热力开采方法,其特征在于:所述的热能注入量以煤层温度升高≥20℃为标准;关闭气井的时间为1-15天。
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