一种煤层气热力开采的原位加热方法技术

一种煤层气热力开采的原位加热方法，涉及煤层气热力开采的方法。解决现有开采方法需对井筒进行保温改造与维护，给施工带来较大困难和在特殊地区无法实施的技术问题。本发明专利技术对经过水力压裂的煤层气储层，通过钻井放置大功率电加热棒、注水钢管，温度与压力传感器，并用耐高温橡胶封隔器进行封堵，通过对煤层注水并利用电加热棒加热注入的冷水，将水作为传热介质，综合煤层厚度，渗透性，含气量等因素，调节煤层注水速率与电加热棒加热功率，实现对煤层气储层的原位加热。也为低渗透煤层瓦斯热力开采提供了有效的原位加热方法。

In situ heating method for coal seam gas thermal recovery

The invention relates to an in-situ heating method for coal seam gas thermal recovery, which relates to a method for coal seam gas thermal recovery. The existing mining method needs to carry out the thermal insulation reconstruction and maintenance of the shaft, which brings great difficulties to the construction and the technical problems which can not be implemented in the special area. The invention of the coalbed methane reservoir hydraulic fracturing, placing large power electric heating rod, water pipe through the drilling, the temperature and pressure sensor, and high temperature resistant rubber packer sealing, through the water injection in coal seam and use cold water heater into electricity, water as heat transfer medium, integrated coal seam thickness, permeability, gas content and other factors, adjusting the coal injection rate and electric heating power, heating to achieve in situ coalbed gas reservoir. It also provides an effective in-situ heating method for thermal recovery of gas in low permeability coal seam.

【技术实现步骤摘要】
一种煤层气热力开采的原位加热方法
本专利技术涉及煤层气热力开采的方法。特别涉及通过煤储层中放置电加热棒将注入的冷水加热，将水作为传热介质，实现对煤层加热的一种煤层气热力开采的原位加热方法。技术背景煤矿瓦斯是一种可燃性气体。它既是一种宝贵的资源，也是威胁煤矿安全生产的最大隐患。在采矿过程中，瓦斯从煤层内扩散、涌出到矿井的巷道中，当巷道中的瓦斯浓度达到爆炸界限，遇到明火时，就会造成煤矿瓦斯爆炸事故。进行井下本煤层或邻近煤层的瓦斯预抽采是减少矿井瓦斯涌出量、防治煤矿瓦斯灾害的有效方法。公知的煤矿瓦斯对单一煤层或煤层群的主要抽采方法有：煤矿巷道内的本煤层钻孔抽采、邻近煤层穿层钻孔抽采，或顶层巷道抽采方法等；地面实施的垂直井及其相配套的压裂抽采方法、地面实施的多分支水平井抽采方法。这些常规方法对于较低渗透的煤层几乎没有什么效果。目前，国内外许多学者研究了温度对煤体中瓦斯解吸速度的影响规律。研究发现温度能提高煤体中的瓦斯解吸速度，有助于煤层气快速、高效开采。埃克森美孚公司在进行油页岩原位开采技术研究中，提出了ElectrofracTM的原位地层加热工艺。该工艺先利用平行水平井对页岩层进行水力压裂,向油页岩矿层的裂缝中填充导电介质,形成加热单元。导电介质通过传导把热量传递给页岩层,使页岩层内的干酪根热解,产生的油气通过采油井采到地面上来。但由于煤层是热的不良导体，热量不能在煤层中有效传导。同时过高的温度导致煤炭焦化变质。因此，该技术不能应用于煤层原位加热。CN101503957公开了一种井上下联合注热抽采煤层气的方法，是将高压过热水从地面由钻孔注入加热煤层。这种加热方法的缺点在于：一方面，注热井需要装配保温套管减少过热水热量沿井壁的散失，而装配保温套管增加了施工与井筒维护的难度，同时减小了注水孔的孔径；另一方面，地面注热时，安装加热锅炉需要占用一定的土地，并且需要修筑道路，铺设注热管路等工程。由于条件的限制，在一些特殊的地区(如山区等)往往无法实施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种煤层气热力开采的原位加热方法，解决现有开采方法需对井筒进行保温改造与维护，给施工带来较大困难和在特殊地区无法实施的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种煤层气热力开采的原位加热的方法，其具体步骤如下：①对煤层进行水力压裂后，由地面施工垂直钻井或水平钻井至煤层；②沿垂直钻井或水平钻井将电加热棒放置在钻井内，所述电加热棒与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆连接至地面；③将内径30～60mm的注水钢管由地面布置在钻井中，使管口放置在电加热棒附近；④将温度传感器、压力传感器放置在与注水钢管同一位置，所述温度传感器和压力传感器由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆连接至地面；⑤在垂直钻井或水平钻井中的注水管口附近，靠近井口的一侧利用耐高温橡胶封隔器进行封隔；⑥由注水钢管向煤层注入冷水，并通过压力传感器检测煤层注水压力；⑦通过地面控制，启动电加热棒，对煤层进行加热，并通过温度传感器检测煤层注水温度；⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率，使煤层中的水温达到预定温度与压力范围；⑨高温高压水沿煤层压裂的裂缝渗流，并加热煤层。进一步，所述步骤①中，由地面施工垂直钻井时，钻井至煤层底板；由地面施工水平钻井时，钻井至煤层中部。进一步，所述步骤②中，沿所述垂直钻井将电加热棒放置在钻井的底部；沿所述水平钻井将电加热棒放置在水平钻井内。进一步，所述步骤③中，将注水钢管由地面布置在垂直钻井中，使管口处于煤层中距离煤层底板1/2至2/3煤层厚度的位置。进一步，所述步骤⑤中，耐高温橡胶封隔器的阻水压力不小于H×ρ/9800+15MPa，其中：H为煤层的埋深(米)，ρ为水的密度(kg/m3)。进一步，所述步骤②与④中，耐高温橡胶封隔器的耐高温不低于300℃。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：本专利技术对经过水力压裂的煤层气储层，通过钻井放置大功率电加热棒、注水钢管，温度与压力传感器，并用耐高温橡胶封隔器进行封堵，通过对煤层注水并利用电加热棒加热注入的冷水，将水作为传热介质，综合煤层厚度，渗透性，含气量等因素，调节煤层注水速率与电加热棒加热功率，实现对煤层气储层的原位加热。也为低渗透煤层瓦斯热力开采提供了有效的原位加热方法。附图说明图1是煤层气垂直钻井原位加热开采方法剖面图；图2是煤层气水平钻井原位加热开采方法剖面图。其中：1-顶板、2-煤层、3-底板、4-注水钢管、5-垂直钻井、6-温度传感器、7-压力传感器、8-耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆、9-耐高温橡胶封隔器、10-耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆、11-电加热棒、12-水平钻井。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。实施例1：如图1所示，在一个厚度为10m，埋藏深度300m的近水平的单一煤层2中，采用本专利技术对煤层进行原位加热。一种煤层气热力开采的原位加热的方法，其具体步骤如下：①对煤层2进行水力压裂后，由地面施工垂直钻井5至煤层底板3；②沿所述垂直钻井5将电加热棒11放置在钻井的底部，所述电加热棒11与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆8连接至地面；③将内径30～60mm的注水钢管4由地面布置在钻井中，使管口处于煤层中距离煤层底板1/2至2/3煤层厚度的位置；④将温度传感器6、压力传感器7放置在与注水钢管4同一位置，所述温度传感器6和压力传感器7由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆10连接至地面；⑤在钻孔中与煤层相邻的顶板1位置采用250℃耐高温橡胶封隔器9进行深度5m的密封；⑥由注水钢管4向煤层2注入冷水，并通过压力传感器7检测煤层注水压力；⑦通过地面控制，启动电加热棒11，对煤层进行加热，并通过温度传感器6检测煤层注水温度；⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率，使煤层中的水温达到预定温度与压力范围，实现煤层的一定范围内的原位加热。所述步骤⑤中，所述耐高温橡胶封隔器9的阻水压力不小于18MPa。实施例2：如图2所示，在一个厚度为10m，埋藏深度300m的近水平的单一煤层2中，采用本专利技术对煤层进行原位加热。一种煤层气热力开采的原位加热的方法，其具体步骤如下：①对煤层2进行水力压裂后，由地面施工水平钻井12至煤层中部；②沿所述水平钻井12将电加热棒11放置在水平钻井内，所述电加热棒11与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆8连接至地面；③将内径30～60mm的注水钢管5由地面布置在钻井中，使管口放置在电加热棒11附近；④将温度传感器6、压力传感器7放置在与注水钢管4同一位置，所述温度传感器6和压力传感器7由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆10连接至地面；⑤在水平钻孔中注水管口附近靠近井口的一侧利用300℃耐高温橡胶封隔器9进行深度3m的密封；⑥由注水钢管4向煤层2注入冷水，并通过压力传感器7检测煤层注水压力；⑦通过地面控制，启动电加热棒11，对煤层进行加热，并通过温度传感器6检测煤层注水温度；⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率，使煤层中的水温达到预定温度与压力范围，实现煤层的一定范围内的原位加热。所述步骤⑤中，所述耐高温橡胶封隔器9的阻水压力不小于20MPa。本专利技术能够以多种形式具体实施而不脱离本专利技术的精神和范围，应当理解，上述实施例不限于前述的细节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤层气热力开采的原位加热的方法，其具体步骤如下：①对煤层(2)进行水力压裂后，由地面施工垂直钻井(5)或水平钻井(12)至煤层；②沿垂直钻井(5)或水平钻井(12)将电加热棒(11)放置在钻井内，所述电加热棒(11)与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆(8)连接至地面；③将注水钢管(4)由地面布置在钻井中，使管口放置在电加热棒(11)附近；④将温度传感器(6)、压力传感器(7)放置在与注水钢管(4)出水端同一位置，所述温度传感器(6)和压力传感器(7)由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆(10)连接至地面；⑤在垂直钻井(5)或水平钻井(12)中的注水管口附近，靠近井口的一侧利用300℃耐高温橡胶封隔器(9)进行深度3～5m的密封；⑥由注水钢管(4)向煤层(2)注入冷水，并通过压力传感器(7)检测煤层注水压力；⑦通过地面控制，启动电加热棒(11)，对煤层进行加热，并通过温度传感器(6)检测煤层注水温度；⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率，使煤层中的水温达到预定温度与压力范围，实现煤层一定范围内的原位加热。

【技术特征摘要】
1.一种煤层气热力开采的原位加热的方法，其具体步骤如下：①对煤层(2)进行水力压裂后，由地面施工垂直钻井(5)或水平钻井(12)至煤层；②沿垂直钻井(5)或水平钻井(12)将电加热棒(11)放置在钻井内，所述电加热棒(11)与由耐高温橡胶封隔器封隔的1号电缆(8)连接至地面；③将注水钢管(4)由地面布置在钻井中，使管口放置在电加热棒(11)附近；④将温度传感器(6)、压力传感器(7)放置在与注水钢管(4)出水端同一位置，所述温度传感器(6)和压力传感器(7)由耐高温橡胶封隔器封隔的2号电缆(10)连接至地面；⑤在垂直钻井(5)或水平钻井(12)中的注水管口附近，靠近井口的一侧利用300℃耐高温橡胶封隔器(9)进行深度3～5m的密封；⑥由注水钢管(4)向煤层(2)注入冷水，并通过压力传感器(7)检测煤层注水压力；⑦通过地面控制，启动电加热棒(11)，对煤层进行加热，并通过温度传感器(6)检测煤层注水温度；⑧通过调节注水压力与电加热棒加热功率，使煤层中的水温达到预定温度与压力范围，实现煤层一定范围内的原位加热。2.根据权利要求1所述的煤层气热力开采的原位加热的方法，其特征在于：所述步骤①中，由地面施工垂直钻井(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周动，孟巧荣，冯增朝，王辰，郭纪哲，赵阳升，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14