專利名稱：煤層氣的熱力開(kāi)采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高煤層氣井產(chǎn)量、高速開(kāi)發(fā)煤層氣的方法和技術(shù)，特別是指煤層氣的熱力開(kāi)采方法，屬于煤炭化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤層甲烷氣(Coal bed Methane)簡(jiǎn)稱煤層氣，也稱為瓦斯或沼氣，是成煤過(guò)程中形成的、仍以煤層為儲(chǔ)集層的天然氣，主要成分為甲烷(CH4)。甲烷是寶貴的資源、優(yōu)質(zhì)的能源和化工原料，可作為常規(guī)天然氣的接替能源或補(bǔ)充能源。但是，如果不預(yù)先開(kāi)發(fā)煤層氣，采煤過(guò)程中甲烷將進(jìn)入礦井巷道而可能導(dǎo)致瓦斯爆炸事故，或作為廢氣排入大氣、引起環(huán)境污染。因此，開(kāi)發(fā)煤層氣能充分利用寶貴的自然資源、防止煤礦瓦斯爆炸事故、保護(hù)大氣環(huán)境。
以往開(kāi)發(fā)煤層氣的效果不理想，主要問(wèn)題是產(chǎn)量低(產(chǎn)氣量超過(guò)1000米3/目的井僅占總鉆井?dāng)?shù)的10％左右)、產(chǎn)量不穩(wěn)定，不能達(dá)到工業(yè)化開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)氣量小的原因主要為與常規(guī)天然氣相比，煤層氣的儲(chǔ)存方式以吸附為主、儲(chǔ)層能量低(壓力低)、滲透性差，煤層氣的產(chǎn)出過(guò)程是首先降壓解吸，然后在孔隙介質(zhì)中滲流。由此可見(jiàn)煤層氣的產(chǎn)出過(guò)程復(fù)雜，產(chǎn)量受解吸速度和滲流速度的制約，除非針對(duì)個(gè)別很高滲透性的儲(chǔ)層，否則僅依靠天然能量較難獲得很高的產(chǎn)氣量和采收率，必須尋找和研究提高開(kāi)采速度(或日產(chǎn)氣量)和采收率的新方法。
常規(guī)石油天然氣開(kāi)采可以采用注水或注天然氣的方法，增加地層壓力和能量，達(dá)到驅(qū)替石油天然氣、實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)采的目的。而對(duì)于煤層氣，如果高壓注水或注氣，則煤層氣體壓力增高，由于甲烷是吸附態(tài)的，增加壓力不利于解吸放出，甚至使已經(jīng)解吸的游離氣體再吸附。所以注水或注氣致使煤層氣無(wú)法解吸，只有降壓才能解吸，因此采用高壓注水、注氣是不合適的。
目前，有一種針對(duì)煤層氣的CO2吸附法，該方法是利用CO2具有比甲烷高的吸附性，注入CO2后，排擠甲烷或改變其吸附特性。但這種方法還必須適當(dāng)?shù)亟祲海诮祲哼^(guò)程中CH4解吸，CO2具有強(qiáng)吸附性而占據(jù)CH4的位置，從而使CH4保持游離狀態(tài)?？偟倪^(guò)程是生產(chǎn)井開(kāi)井降壓，注入井注入CO2，降壓后甲烷解吸為游離狀態(tài)，CO2吸附。然后增加注入壓力，甲烷無(wú)法吸附，只能沿孔隙流動(dòng)從氣井產(chǎn)出。生產(chǎn)一段時(shí)間后，再次降壓，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的注入和產(chǎn)出。但由于降壓過(guò)程在生產(chǎn)井，而CO2是在注入井注入，所以CH4與CO2的競(jìng)爭(zhēng)可能不同時(shí)發(fā)生，另外由于升壓與降壓的反復(fù)循環(huán)，因此也不能很大幅度地提高產(chǎn)氣量。目前這只是一種理論上的方法。
通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，高溫下CH4的吸附能力大大降低，采用熱力方法加熱煤層可以增加CH4的解吸速度，同時(shí)熱能在向煤層傳遞的過(guò)程中氣體受熱膨脹，有利于建立生產(chǎn)壓差，從而大幅度地增加氣井日產(chǎn)量。當(dāng)前，有熱力開(kāi)采稠油的專利，但沒(méi)有把熱力方法引入開(kāi)采煤層氣的先例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種煤層氣的熱力開(kāi)采方法，使煤層氣產(chǎn)量得到提高。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種煤層氣的熱力開(kāi)采方法，至少包括如下步驟步驟1、注入向地層注入熱能，使煤層加熱；步驟2、燜井關(guān)閉氣井；步驟3、采氣開(kāi)井生產(chǎn)。
所述的注入熱能的方式至少包括注入熱流體或化學(xué)劑氧化產(chǎn)生熱量或電加熱。
當(dāng)注入熱流體時(shí)，該開(kāi)采方法的具體步驟如下步驟a1由地面蒸汽發(fā)生器和注入泵經(jīng)由管道向煤層注入熱流體，用于加熱煤層；步驟a2關(guān)閉氣井；步驟a3游離態(tài)的甲烷由地層深部流入氣井，經(jīng)管道產(chǎn)出，到達(dá)地面匯入輸氣管線。
所述的熱流體至少為過(guò)熱蒸汽或熱水。
所述的熱流體的注入溫度為100-400℃；注入壓力不大于地層破裂壓力；注入速度為每米煤層厚度1000公斤/天～10000公斤/天。
所述的熱流體的注入總量為每米煤層厚注入5-20噸水當(dāng)量。
當(dāng)注入的熱能為微波加熱的能量時(shí)，該開(kāi)采方法的具體步驟如下步驟b1向微波發(fā)生器供電，使其發(fā)射微波，用于加熱煤層；步驟b2關(guān)閉氣井；步驟b3游離態(tài)的甲烷由地層深部流入氣井，經(jīng)由管道產(chǎn)出，到達(dá)地面匯入輸氣管線。
所述的微波發(fā)生器安裝在注入井的煤層部位，微波頻率為1NHZ-10GHZ，功率為100千瓦-1000千瓦。
當(dāng)注入的熱能為化學(xué)劑氧化生成的熱量時(shí)，該開(kāi)采方法的具體步驟如下步驟c1將氧化劑送入燃燒室，使氧化劑在燃燒室內(nèi)與碳?xì)浠衔锇l(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，加熱煤層；步驟c2關(guān)閉氣井；步驟c3游離態(tài)的甲烷由地層深部流入氣井，經(jīng)由管道產(chǎn)出，到達(dá)地面匯入輸氣管線。
所述的氧化劑至少為過(guò)氧化氫，其濃度為30％-35％。
所述的管道至少為不銹鋼管或塑料內(nèi)襯管。
在注入熱能之前，首先自然產(chǎn)氣，當(dāng)日產(chǎn)氣量低于工業(yè)化開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再注入熱能。
所述的熱能采用吞吐方式注入，即在單井中，注入熱能和開(kāi)采煤層氣交替進(jìn)行。
所述的熱能注入量以煤層溫度升高≥20℃為標(biāo)準(zhǔn)。
上述的關(guān)閉氣井的時(shí)間為1-15天。
通過(guò)以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、加熱煤層提高了煤層氣(甲烷)的解吸速度；2、溫度升高，氣體膨脹，提高了滲流速度；3、熱力吞吐還具有清除井底污染物并疏通堵塞物的作用；4、熱力吞吐開(kāi)采煤層氣具有靈活、可靠、投資小的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1過(guò)熱蒸汽注入過(guò)程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1開(kāi)采過(guò)程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例2微波注熱過(guò)程示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2開(kāi)采過(guò)程示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例3生產(chǎn)過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例一注入過(guò)熱蒸汽吞吐采氣煤層氣井1經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的排水、采氣后，當(dāng)氣井日產(chǎn)量低于工業(yè)開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)(例如1000米3/日)，進(jìn)行注入過(guò)熱蒸汽吞吐采氣。如圖1所示，首先由地面蒸汽發(fā)生器和注入泵3經(jīng)油管2向煤層4注入過(guò)熱蒸汽，其中，注入蒸汽溫度為100-400℃，注入壓力為≤地層破裂壓力，注入速度為500～10000公斤/天/米煤層，氣體滲入地層，在蒸汽波及的區(qū)域內(nèi)加熱煤層，從而使原來(lái)呈吸附態(tài)的甲烷解吸，變?yōu)橛坞x狀態(tài)。當(dāng)注入總量為每米煤層厚注入5-15噸水當(dāng)量蒸汽后，注入蒸汽過(guò)程結(jié)束，關(guān)井平衡1-15天，等待蒸汽中的熱量傳遞給遠(yuǎn)井地帶的地層深部5，其目的是擴(kuò)大蒸汽的作用范圍，使吸附態(tài)甲烷解吸、游離狀態(tài)的甲烷受熱膨脹。
開(kāi)井生產(chǎn)階段，如圖2所示，大量高溫的游離狀態(tài)的甲烷由地層深部5流入氣井，經(jīng)油管2產(chǎn)出，到達(dá)地面匯入輸氣管線6。
通常煤層埋藏深度約1000米，原始地層溫度約50℃，加熱后煤層平均溫度可達(dá)到150℃以上，此時(shí)煤層的吸附能力約降低到原來(lái)的約1/10，解吸速度提高約10倍，氣井產(chǎn)量提高約10-30倍。
實(shí)施例二微波注熱吞吐采氣如圖3所示，在注入階段，微波發(fā)生器6安裝在注入井1的煤層部位，地面工業(yè)電源5通過(guò)電纜4向微波發(fā)生器供電，微波發(fā)生器發(fā)射微波，微波對(duì)地下儲(chǔ)層2直接加熱。微波的頻率范圍為1NHZ-10GHZ之間，微波發(fā)生器的功率為100千瓦-1000千瓦，加熱后煤層溫度達(dá)到100-400℃以上，燜井1-15天，等待煤層內(nèi)熱量傳遞，煤層溫度分布均勻，加速解吸，使吸附態(tài)甲烷迅速變?yōu)橛坞x狀態(tài)。
如圖4所示，在產(chǎn)氣階段，由于溫度提高加速了解吸，加上氣體的熱膨脹，使得煤層氣由地層2流向井筒，經(jīng)油管5流到地面，并匯入輸氣管網(wǎng)。
實(shí)施例三利用過(guò)氧化氫反應(yīng)熱采氣如圖5所示，在注入階段，將較低濃度(30％-35％)的過(guò)氧化氫，用泵送入，通過(guò)不銹鋼或塑料內(nèi)襯油管3送到燃燒室5，水由油套環(huán)空注入到井底(油套環(huán)空外邊大管子叫套管，內(nèi)部的細(xì)管子叫油管，大小管子之間的空間，行業(yè)上叫油套環(huán)空)，在燃燒室5過(guò)氧化氫與碳?xì)浠衔锇l(fā)生反應(yīng)而被氧化，氧化產(chǎn)生的熱量可將水蒸發(fā)，生成過(guò)熱蒸汽和二氧化碳，過(guò)熱蒸汽進(jìn)入煤層2，使煤層加熱，煤層溫度升高20℃以上，加速解吸，使吸附態(tài)甲烷迅速變?yōu)橛坞x狀態(tài)，燜井1-15天。
需要注意的是在上述的過(guò)程中，熱流體的溫度不宜太高，以防止熱流體將煤層氣推向遠(yuǎn)井地帶，熱流體的溫度以產(chǎn)氣量明顯上升為宜。例如對(duì)注蒸汽吞吐，注入總量約為每米煤層厚注5-15噸水當(dāng)量蒸汽。
選擇注入何種熱能，主要根據(jù)注入規(guī)模、設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)等因素綜合考慮。一般注熱蒸汽的投入高，但熱量也高，增產(chǎn)效果最好。注熱水的設(shè)備投資小，但水的熱容量也低，增產(chǎn)效果不如注蒸汽?；瘜W(xué)氧化劑生熱或電加熱的特點(diǎn)是設(shè)備投資小，應(yīng)用靈活方便，適合于小型氣田或井組試驗(yàn)。
通過(guò)注入蒸汽或其它方法加熱煤層，從而使原來(lái)呈吸附態(tài)的甲烷迅速解吸，變?yōu)橛坞x狀態(tài)。隨著熱量向煤層深部傳遞，大量煤層氣解吸為游離狀態(tài)，游離狀態(tài)的甲烷又受熱膨脹。當(dāng)開(kāi)井生產(chǎn)時(shí)，這些游離態(tài)的甲烷迅速產(chǎn)出。從而大幅度地提高煤層氣井的產(chǎn)量。
在產(chǎn)氣階段，由于溫度提高加速了解吸，加上氣體的熱膨脹，使得煤層氣由地層2流向井筒1，經(jīng)油管3流到地面，并匯入輸氣管網(wǎng)。
最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于至少包括如下步驟步驟1、注入向地層注入熱能，使煤層加熱；步驟2、燜井關(guān)閉氣井；步驟3、采氣開(kāi)井生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于所述的注入熱能的方式至少包括注入熱流體或化學(xué)劑氧化產(chǎn)生熱量或電加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于當(dāng)注入熱流體時(shí)，該開(kāi)采方法的具體步驟如下步驟a1由地面蒸汽發(fā)生器和注入泵經(jīng)由管道向煤層注入熱流體，用于加熱煤層；步驟a2關(guān)閉氣井；步驟a3游離態(tài)的甲烷由地層深部流入氣井，經(jīng)管道產(chǎn)出，到達(dá)地面匯入輸氣管線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于所述的熱流體至少為過(guò)熱蒸汽或熱水；該熱流體的注入溫度為100-400℃；注入壓力不大于地層破裂壓力；注入速度為每米煤層厚度1000公斤/天～10000公斤/天；熱流體的注入總量為每米煤層厚注入5-20噸水當(dāng)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于當(dāng)注入的熱能為微波加熱的能量時(shí)，該開(kāi)采方法的具體步驟如下步驟b1向微波發(fā)生器供電，使其發(fā)射微波，用于加熱煤層；步驟b2關(guān)閉氣井；步驟b3游離態(tài)的甲烷由地層深部流入氣井，經(jīng)由管道產(chǎn)出，到達(dá)地面匯入輸氣管線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于所述的微波發(fā)生器安裝在注入井的煤層部位，微波頻率為1NHZ-10GHZ，功率為100千瓦-1000千瓦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于當(dāng)注入的熱能為化學(xué)劑氧化生成的熱量時(shí)，該開(kāi)采方法的具體步驟如下步驟c1將氧化劑送入燃燒室，使氧化劑在燃燒室內(nèi)與碳?xì)浠衔锇l(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，加熱煤層；步驟c2關(guān)閉氣井；步驟c3游離態(tài)的甲烷由地層深部流入氣井，經(jīng)由管道產(chǎn)出，到達(dá)地面匯入輸氣管線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于所述的氧化劑至少為過(guò)氧化氫，其濃度為30％-35％。；所述的管道至少為不銹鋼管或塑料內(nèi)襯管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于在注入熱能之前，首先自然產(chǎn)氣，當(dāng)日產(chǎn)氣量于工業(yè)化開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再注入熱能；該熱能采用吞吐方式注入，即在單井中，注入熱能和開(kāi)采煤層氣交替進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或3或5或7所述的煤層氣的熱力開(kāi)采方法，其特征在于所述的熱能注入量以煤層溫度升高≥20℃為標(biāo)準(zhǔn)；關(guān)閉氣井的時(shí)間為1-15天。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了煤層氣的熱力開(kāi)采方法，煤層甲烷氣通常是以吸附狀態(tài)存在于煤層孔隙表面的，它的產(chǎn)出至少要經(jīng)過(guò)解吸、滲流兩個(gè)過(guò)程，因而解吸速度和滲流速度是決定產(chǎn)氣速度的主要因素。這種熱力采氣方法，通過(guò)熱吞吐方式注入熱能，增加吸附態(tài)煤層氣(甲烷)的自由能，從而增加甲烷從煤層孔隙表面上解吸的速度，同時(shí)氣體受熱膨脹加速滲流流動(dòng)，從而達(dá)到大幅度提高煤層氣產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)煤層氣的工業(yè)化開(kāi)發(fā)的目的。
文檔編號(hào)E21B43/00GK1508387SQ02155689
公開(kāi)日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者楊勝來(lái) 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(北京)