專利名稱：煤層氣的熱力開采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高煤層氣井產(chǎn)量、高速開發(fā)煤層氣的方法和技術(shù)，特別是指煤層氣的熱力開采方法，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)簡稱煤層氣，煤礦稱瓦斯或沼氣，是成煤過程中形成的、仍以煤層為儲集層的天然氣，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充能源，但是，如果不預先開發(fā)煤層氣，采煤過程中甲烷將進入礦井巷道而可能導致瓦斯爆炸事故，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、保護大氣環(huán)境。
中國煤層氣資源豐富，90年代開始有關(guān)公司借鑒美國成功開發(fā)煤層氣的經(jīng)驗，開發(fā)煤層氣，打井數(shù)百口，但試驗效果不理想，主要問題是產(chǎn)量低(產(chǎn)氣量超過1000米3/日的井僅占總鉆井數(shù)的10％左右)、產(chǎn)量不穩(wěn)定，不能達到工業(yè)化開發(fā)的標準。
試驗表明，中國煤層氣儲層特點與其他國家不同，簡單地照搬應用他國經(jīng)驗是行不通的，必須研制適合中國煤層特點的開發(fā)技術(shù)。
產(chǎn)氣量小的原因主要為與常規(guī)天然氣相比，煤層氣的儲存方式以吸附為主、儲層能量低(壓力低)、滲透性差，煤層氣的產(chǎn)出過程是首先降壓解吸，然后在孔隙介質(zhì)中滲流。由此可見煤層氣的產(chǎn)出過程復雜，產(chǎn)量受解吸速度和滲流速度的制約，除非針對個別很高滲透性的儲層，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，達到驅(qū)替石油天然氣、實現(xiàn)高速開采的目的。而對于煤層氣，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?shù)亟祲海诮祲哼^程中CH4解吸，CO2具有強吸附性而占據(jù)CH4的位置，從而使CH4保持游離狀態(tài)。總的過程是生產(chǎn)井開井降壓，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，甲烷無法吸附，只能沿孔隙流動從氣井產(chǎn)出。生產(chǎn)一段時間后，再次降壓，進行下一個循環(huán)的注入和產(chǎn)出。但由于降壓過程在生產(chǎn)井，而CO2是在注入井注入，所以CH4與CO2的競爭可能不同時發(fā)生，另外由于升壓與降壓的反復循環(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，同時熱能在向煤層傳遞的過程中氣體受熱膨脹，有利于建立生產(chǎn)壓差，從而大幅度地增加氣井日產(chǎn)量。當前，有熱力開采稠油的專利，但沒有把熱力方法引入開采煤層氣的先例。

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采方法，使煤層氣產(chǎn)量得到提高。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種煤層氣的熱力開采方法，至少包括如下步驟
步驟1、注入從注入井，向地層注入熱能，使煤層加熱；步驟2、采氣在注入熱能的同時，從生產(chǎn)井開采煤層氣。
所述的熱能種類至少包括熱流體或化學劑氧化生熱或電加熱的方式之一或其結(jié)合。
當以熱流體注入的方式加熱時，該開采方法的具體步驟如下步驟a1從注入井口連續(xù)注入熱流體，使煤層加熱，并驅(qū)替煤層氣朝生產(chǎn)井前進；步驟a2在注入熱流體的同時，從生產(chǎn)井開采煤層氣。
所述的熱流體至少為過熱蒸汽或熱水。
所述的熱流體的注入條件為注入溫度注入熱流體的溫度應當遠高于煤層氣藏的原始溫度，考慮各種熱損失后，能使煤層平均溫度升高20-60℃以上；注入壓力≤煤層破裂壓力；注入速度每米油層0.01-0.2kg/s所述的熱流體的注入總量，根據(jù)煤層厚度、煤層孔隙度、開發(fā)井組面積確定，當產(chǎn)氣井產(chǎn)量低于工業(yè)產(chǎn)氣量標準時，停止注氣。
當以微波加熱方式注入熱能時，該開采方法的具體步驟如下步驟b1向裝設(shè)在注入井內(nèi)的微波發(fā)生器供電，使其向煤層發(fā)射用于加熱的微波；步驟b2在注入熱能的同時，從生產(chǎn)井開采煤層氣。
所述的微波加熱方式為由微波發(fā)生器直接加熱煤層，或由微波發(fā)生器對水加熱，以加熱水產(chǎn)生的熱量加熱煤層。
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。
在注入熱能之前，首先自然產(chǎn)氣；當日產(chǎn)氣量低于工業(yè)化開發(fā)標準時，再注入熱能。
所述的注入井和生產(chǎn)井均至少為一口，且注入井為，注入熱量與采氣同時在不同的井口進行多于兩口時為井組注熱力采氣。
所述的熱能注入量至少使煤層溫度升高20℃；且以生產(chǎn)井產(chǎn)氣量不低于工業(yè)氣流為標準。
煤層氣的熱力開采方法，通過向煤層注入熱流體(過熱蒸汽或熱水)或其它增加熱能的方法(化學劑氧化生熱或電加熱)使煤層加熱升溫。一方面加速解吸，使吸附態(tài)甲烷迅速變?yōu)橛坞x狀態(tài)，另一方面熱流體在前進過程中驅(qū)替游離狀態(tài)的煤層氣朝生產(chǎn)井前進。由于加速了解吸，加上氣體的熱膨脹，使得生產(chǎn)井產(chǎn)量急劇提高。
選擇注入何種熱能，主要根據(jù)注入規(guī)模、設(shè)備費、運行費等因素綜合考慮。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氧化劑生熱或電加熱方法的特點是設(shè)備投資小，應用靈活方便，適合于小型氣田或井組試驗。
注入熱流體的溫度應當遠高于煤層氣藏的原始溫度，考慮各種熱損失后，能使煤層平均溫度升高20-60℃以上；注入的壓力應盡量高以滿足快速注入的需要，但最高不應高于煤層的破裂壓力。
現(xiàn)場應用時，應根據(jù)實際煤層情況，進行經(jīng)濟核算和評價，綜合考慮確定各參數(shù)。
熱力驅(qū)方式為井組、區(qū)塊注熱流體驅(qū)替煤層氣的過程。
產(chǎn)氣量明顯上升為宜。注入量應滿足產(chǎn)氣速度的要求，一般在生產(chǎn)井產(chǎn)氣量下降到低于工業(yè)標準時，停止注入。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點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、熱力開采還具有清除井底污染物并疏通堵塞物的作用；4、熱力驅(qū)可以實現(xiàn)連續(xù)、高速開采的目的。


圖1為本發(fā)明實施例一的示意圖；圖2為本發(fā)明實施例二的示意圖；圖3為本發(fā)明實施例三的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明實施例一熱蒸汽加熱開采煤層氣如圖1所示，設(shè)計一注一采兩口井，從注入井1的井口連續(xù)注入過熱蒸汽，注入熱流體的溫度控制在遠高于煤層氣藏的原始溫度，具體而言，考慮各種熱損失后，該溫度升高的范圍為至少20-60℃以上；注入的壓力不大于煤層的破裂壓力，并應盡量滿足快速注入的需要。蒸汽由注入井1井底進入煤層4后，在煤層4中前進，一方面加熱煤層，使煤層的原始溫度提高，加速CH4的解吸，使吸附態(tài)的甲烷變?yōu)橛坞x狀態(tài)甲烷；另一方面蒸汽在前進過程中驅(qū)替游離狀態(tài)的煤層氣向生產(chǎn)井2前進。由于加速了解吸，再加上氣體的熱膨脹，使得生產(chǎn)井2的產(chǎn)量急劇提高。該方法是連續(xù)注入蒸汽，直到生產(chǎn)井2產(chǎn)出大量蒸汽、凝析水，或煤層氣日產(chǎn)量低于工業(yè)標準時停止注入蒸汽。此時煤層的吸附能力大大降低，解吸速度提高相應提高，生產(chǎn)井的日產(chǎn)量提高因此得到提高，瞬時可增產(chǎn)近千倍。
實施例二微波加熱煤層開采煤層氣如圖2所示，設(shè)計一注一采兩口井，微波發(fā)生器3安裝在注入井1的煤層4部位，地面工業(yè)電源5通過電纜6向微波發(fā)生器3供電，微波發(fā)生器3發(fā)射微波，用微波對地下煤層4直接加熱，使煤層4溫度升高。微波的頻率范圍1NHZ-10GHZ之間，微波發(fā)生器的功率為100千瓦-1000千瓦，加熱后煤層溫度達到400℃以上。加熱煤層，加速解吸，使吸附態(tài)甲烷迅速變?yōu)橛坞x狀態(tài)。由于加速了解吸，加上氣體的熱膨脹，使得生產(chǎn)井2的產(chǎn)量急劇提高。
實施例三微波井下鍋爐熱力開采煤層氣如圖3所示，設(shè)計至少一注一采兩口井，其中1為注入井，另一口井2為生產(chǎn)井。微波發(fā)生器3安裝在注入井1的煤層4部位，地面工業(yè)電源5通過電纜6向微波發(fā)生器供電，由微波發(fā)生器發(fā)生微波。從地面經(jīng)油管7向微波發(fā)生器注水，微波發(fā)生器對水加熱成為蒸汽或熱水，蒸汽或熱水注入煤層。對煤層進行加熱。達到提高煤層氣產(chǎn)量的目的。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進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，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種煤層氣的熱力開采方法，其特征在于至少包括如下步驟步驟1、注入從注入井，向地層注入熱能，使煤層加熱；步驟2、采氣在注入熱能的同時，從生產(chǎn)井開采煤層氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣的熱力開采方法，其特征在于所述的熱能種類至少包括熱流體或化學劑氧化生熱或電加熱的方式之一或其結(jié)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤層氣的熱力開采方法，其特征在于當以熱流體注入的方式加熱時，該開采方法的具體步驟如下步驟a1從注入井口連續(xù)注入熱流體，使煤層加熱，并驅(qū)替煤層氣朝生產(chǎn)井前進；步驟a2在注入熱流體的同時，從生產(chǎn)井開采煤層氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤層氣的熱力開采方法，其特征在于所述的熱流體至少為過熱蒸汽或熱水；該熱流體的注入條件為注入溫度注入熱流體的溫度應當遠高于煤層氣藏的原始溫度，考慮各種熱損失后，能使煤層平均溫度升高20-60℃以上；注入壓力≤煤層破裂壓力；注入速度每米油層0.01-0.2kg/s
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤層氣的熱力開采方法，其特征在于當以微波加熱方式注入熱能時，該開采方法的具體步驟如下步驟b1向裝設(shè)在注入井內(nèi)的微波發(fā)生器供電，使其向煤層發(fā)射用于加熱的微波；步驟b2在注入熱能的同時，從生產(chǎn)井開采煤層氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層氣的熱力開采方法，其特征在于所述的微波加熱方式為由微波發(fā)生器直接加熱煤層，或由微波發(fā)生器對水加熱，以加熱水產(chǎn)生的熱量加熱煤層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤層氣的熱力開采方法，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣的熱力開采方法，其特征在于在注入熱能之前，首先自然產(chǎn)氣；當日產(chǎn)氣量低于工業(yè)化開發(fā)標準時，再注入熱能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣的熱力開采方法，其特征在于所述的注入井和生產(chǎn)井均至少為一口，且注入井為，注入熱量與采氣同時在不同的井口進行多于兩口時為井組注熱力采氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣的熱力開采方法，其特征在于所述的熱能注入量至少使煤層溫度升高20℃；且以生產(chǎn)井產(chǎn)氣量不低于工業(yè)氣流為標準。
全文摘要
本發(fā)明公開了煤層氣的熱力開采方法，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)過解吸、滲流兩個過程，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，通過熱力驅(qū)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，同時氣體受熱膨脹加速滲流流動，從而達到大幅度提高煤層氣產(chǎn)量、實現(xiàn)煤層氣的工業(yè)化開發(fā)的目的。
文檔編號E21B43/16GK1508389SQ02155690
公開日2004年6月30日 申請日期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 申請人:石油大學(北京)