一种用于叠置煤层气藏多向闭环抽采煤层气的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于叠置煤层气藏多向闭环抽采煤层气的方法，先在叠置煤层气藏形成水平井和四个抽采井；在水平井和各个抽采井布设闭环抽采系统；然后将气化剂依次注入水平井的四个水平段，通过气化反应会产生大量辐射热和CO2气体，产生裂隙网络，裂隙网络将上煤层、岩层和下煤层进行连通，并在煤体升温降低CH4气体吸附性和CO2气体竞争吸附的双重作用下，使得上煤层和下煤层内的CH4气体快速解吸；气化反应后的CO2气体经过分离后与发电产生的CO2气体可再次注入上煤层中，再次通过CO2吸附性能促进CH4气体的驱替，整个工作流程形成一个闭环，同时开采出的CH4气体通过CH4发电机组转化成电能进行的后续利用，实现了煤层气资源的高效开采与利用。的高效开采与利用。的高效开采与利用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于叠置煤层气藏多向闭环抽采煤层气的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于叠置煤层气藏多向闭环抽采煤层气的方法，尤其适用于横跨区域较大的叠置煤层气储层的煤层气高效开采。

技术介绍

[0002]煤层气的开发利用对于改善我国能源结构、实现温室气体减排具有重要意义。我国煤层气资源探明可采量超过10万亿m3，随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭，煤层气开采逐步向深部进发。我国煤层气资源普遍具有低孔隙率、低渗透率等特点，极差的孔渗特性阻碍了煤层气的有效渗流，严重制约了煤层气产业的快速发展。
[0003]目前煤层气开采主要是通过排水卸压法进行气体抽采，通过地面井疏水降低储层孔隙水压，当储层压力低于临界解吸压力时，煤层气会发生大量解吸，从而促进储层中的游离气体运移至井筒形成混合气流，进而将混合气流抽采出。煤层气藏的孔渗特征决定了煤层气的赋存状态和流动行为，而目前大部分煤层气藏普遍具有低孔隙率、低渗透率等特点，严重制约了煤层气的解吸与排采。相关学者提出向煤层气储层注入CO2、热蒸气等方式来提高煤层气抽采效率，通过气体竞争吸附或热力驱赶的方式使得吸附煤层气脱附，依靠压力梯度和裂隙网络发生扩散和渗流，最终促进煤层气流入抽采井筒内。但这些技术手段在实际施工中存在一定的局限性，例如，CO2注入需要考虑CO2捕集和运输成本，且CO2进入煤层裂隙后其吸附膨胀性能导致裂隙内部压力持续增大，进而使得后续CO2气体无法持续注入原位煤层；热蒸汽由于温度较高，因此需要在实际使用时设置蒸汽发生器才能产生所需的热蒸汽，导致其获取较为复杂，且注入过程中所需的温度维持难度系数较大，需要设置特定的保温设备，这样间接增加了热蒸汽的注入成本；另一方面，目前上述两类技术在叠置煤层气藏的气体抽采方面无法做到闭环施工，即注入的CO2在完成压裂增透及竞争吸附后，剩余部分均排出煤层，注入的热蒸汽当其与原位煤层换热后，会液化成水，最终被留在煤层内或被抽水泵排出，均无法实现闭环重复利用的过程，并且由于CO2气体持续注入，如不能很好的监控煤层内部压力，则易引起储层内部憋压，进而扩大施工安全隐患。
[0004]因此，针对目前横跨区域较大的叠置煤层气藏气体抽采技术存在的不足，如何能提供一种方法，在结合煤层气化技术和CO2驱替技术基础上，实现横跨区域较大的叠置煤层气藏高效闭环抽采，能循环利用CO2气体，不仅能降低煤层气开采成本，提高煤层气开采效率，而且能将部分CO2气体封存在叠置煤层气藏内，实现煤层气低碳开采，为助力煤层气产业发展提供一种新的研究思路。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于叠置煤层气藏多向闭环抽采煤层气的方法，在结合煤层气化技术和CO2驱替技术基础上，实现横跨区域较大的叠置煤层气藏高效闭环抽采，使CO2气体循环利用，不仅能降低煤层气开采成本，提高煤层气开采效率，而且能将部分CO2气体封存在叠置煤层气藏内，实现煤层气低碳开采。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于叠置煤层气藏多向闭环抽采煤层气的方法，具体步骤为：
[0007]A、先确定所需抽采的叠置煤层气藏，叠置煤层气藏由上煤层、岩层和下煤层组成，上煤层处于下煤层上方，且岩层处于上煤层和下煤层之间，首先利用钻机分别依次穿过上煤层、岩层并到达下煤层进行钻井施工，分别形成水平井和四个抽采井；所述四个抽采井分布在以水平井为圆心、一定距离为半径的圆周上，且四个抽采井均分圆周，其中水平井由一个竖直段和四个水平段组成，四个水平段均处于下煤层内且分别朝向四个抽采井，相邻水平段之间相互垂直；
[0008]B、在水平井的竖直段装有第一封堵器和第二封堵器，其中第一封堵器处于水平井的井口处，第二封堵器处于岩层位置，从而使水平井的四个水平段至第二封堵器之间形成第一密闭空间，第一封堵器和第二封堵器之间的水平井的竖直段形成第二密闭空间；在各个抽采井的井口处均装有第三封堵器，使其对各个抽采井进行封堵，在地面上设有气化剂注入泵、CO2注入泵、气体分离器、CH4发电机组、抽采泵和换热机组，气化剂注入泵的出口与气化剂注入管一端连接，气化剂注入管另一端穿过第一封堵器和第二封堵器后伸入第一密闭空间至竖直段与水平段的连接处，在气化剂注入管内靠近另一端处装有点火器，气化剂注入管与气化剂注入泵的出口连接处装有压力表，气化剂注入管另一端装有四向分流器，四向分流器包括连接管、壳体和四个伸缩注入装置，四个伸缩注入装置各自的伸缩方向分别朝向四个水平段，所述伸缩注入装置包括第一变径伸缩管、第二变径伸缩管、第三变径伸缩管和第四变径伸缩管，其中第一变径伸缩管处于第二变径伸缩管内，且能从第二变径伸缩管内滑动伸出，第二变径伸缩管处于第三变径伸缩管内，且能从第三变径伸缩管内滑动伸出，第三变径伸缩管处于第四变径伸缩管内，且能从第四变径伸缩管内滑动伸出，连接管一端与气化剂注入管另一端连接，连接管另一端分别通过四个连接支管与四个伸缩注入装置的第四变径伸缩管连接，在四个连接支管上均装有单向阀，分别为单向阀a、单向阀b、单向阀c和单向阀d；初始时四个单向阀均为关闭状态，且四个伸缩注入装置均处于完全收缩状态；四个气体抽采管一端分别穿过各个抽采井的第三封堵器伸入其内部、另一端均与抽采泵的进气口连接，抽采泵的出气口通过管路与换热机组的进气口连接，换热机组的出气口通过管路与气体分离器的进气口连接，气体分离器的CH4出气口通过管路与CH4发电机组的进气口连接，CH4发电机组的排气口和气体分离器的CO2出气口均通过CO2输送管路与CO2注入泵的进口连接，CO2输送管路外部包裹有冷凝器；CO2注入泵的出口与CO2注入管一端连接，CO2注入管另一端穿过第一封堵器伸入第二密闭空间，完成系统的布设工作；伸缩注入装置采用这种结构在安装时处于收缩状态，便于四向分流器从水平井竖直段安装至所需位置，在进行气化剂注入时，第一变径伸缩管、第二变径伸缩管、第三变径伸缩管和第四变径伸缩管能依次伸出，使得气化剂注入至对应的水平段内部，并且由于第一变径伸缩管的口径比第四变径伸缩管的口径要小的多，因此气化剂在推动伸缩注入装置伸展后，最终从第一变径伸缩管的端口喷出时，能增加气化剂喷射速度，使气化剂进一步达到该水平段的最深处；
[0009]C、设定一个压力阈值，然后启动气化剂注入泵，将混合好的气化剂通过气化剂注入泵的泵送作用，使气化剂经过气化剂注入管持续注入四向分流器，此时开启单向阀a，使气化剂经过单向阀a对与其对应的伸缩注入装置进行施压，进而该伸缩注入装置的第一变
径伸缩管、第二变径伸缩管、第三变径伸缩管和第四变径伸缩管均向其中一个水平段内伸出，直至完全伸出时，气化剂通过第一变径伸缩管端部持续进入该水平段内，通过压力表实时测量气化剂注入管内的压力值，当压力值达到设定的压力阈值时，此时停止气化剂注入泵，并启动点火器，使得当前水平段内的气化剂与CH4气体发生气化反应；接着开启气化剂注入泵，并关闭单向阀a、开启单向阀b，并重复上述过程，使单向阀b对应的水平段内的气化剂与CH4气体发生气化反应；然后依次重复使单向阀c和单向阀d依次打开，从而使四个水平段内的气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于叠置煤层气藏多向闭环抽采煤层气的方法，其特征在于，具体步骤为：A、先确定所需抽采的叠置煤层气藏，叠置煤层气藏由上煤层、岩层和下煤层组成，上煤层处于下煤层上方，且岩层处于上煤层和下煤层之间，首先利用钻机分别依次穿过上煤层、岩层并到达下煤层进行钻井施工，分别形成水平井和四个抽采井；所述四个抽采井分布在以水平井为圆心、一定距离为半径的圆周上，且四个抽采井均分圆周，其中水平井由一个竖直段和四个水平段组成，四个水平段均处于下煤层内且分别朝向四个抽采井，相邻水平段之间相互垂直；B、在水平井的竖直段装有第一封堵器和第二封堵器，其中第一封堵器处于水平井的井口处，第二封堵器处于岩层位置，从而使水平井的四个水平段至第二封堵器之间形成第一密闭空间，第一封堵器和第二封堵器之间的水平井的竖直段形成第二密闭空间；在各个抽采井的井口处均装有第三封堵器，使其对各个抽采井进行封堵，在地面上设有气化剂注入泵、CO2注入泵、气体分离器、CH4发电机组、抽采泵和换热机组，气化剂注入泵的出口与气化剂注入管一端连接，气化剂注入管另一端穿过第一封堵器和第二封堵器后伸入第一密闭空间至竖直段与水平段的连接处，在气化剂注入管内靠近另一端处装有点火器，气化剂注入管与气化剂注入泵的出口连接处装有压力表，气化剂注入管另一端装有四向分流器，四向分流器包括连接管、壳体和四个伸缩注入装置，四个伸缩注入装置各自的伸缩方向分别朝向四个水平段，所述伸缩注入装置包括第一变径伸缩管、第二变径伸缩管、第三变径伸缩管和第四变径伸缩管，其中第一变径伸缩管处于第二变径伸缩管内，且能从第二变径伸缩管内滑动伸出，第二变径伸缩管处于第三变径伸缩管内，且能从第三变径伸缩管内滑动伸出，第三变径伸缩管处于第四变径伸缩管内，且能从第四变径伸缩管内滑动伸出，连接管一端与气化剂注入管另一端连接，连接管另一端分别通过四个连接支管与四个伸缩注入装置的第四变径伸缩管连接，在四个连接支管上均装有单向阀，分别为单向阀a、单向阀b、单向阀c和单向阀d；初始时四个单向阀均为关闭状态，且四个伸缩注入装置均处于完全收缩状态；四个气体抽采管一端分别穿过各个抽采井的第三封堵器伸入其内部、另一端均与抽采泵的进气口连接，抽采泵的出气口通过管路与换热机组的进气口连接，换热机组的出气口通过管路与气体分离器的进气口连接，气体分离器的CH4出气口通过管路与CH4发电机组的进气口连接，CH4发电机组的排气口和气体分离器的CO2出气口均通过CO2输送管路与CO2注入泵的进口连接，CO2输送管路外部包裹有冷凝器；CO2注入泵的出口与CO2注入管一端连接，CO2注入管另一端穿过第一封堵器伸入第二密闭空间，完成系统的布设工作；C、设定一个压力阈值，然后启动气化剂注入泵，将混合好的气化剂通过气化剂注入泵的泵送作用，使气化剂经过气化剂注入管持续注入四向分流器，此时开启单向阀a，使气化剂经过单向阀a对与其对应的伸缩注入装置进行施压，进而该伸缩注入装置的第一变径伸缩管、第二变径伸缩管、第三变径伸缩管和第四变径伸缩管均向其中一个水平段内伸出，直至完全伸出时，气化剂通过第一变径伸缩管端部持续进入该水平段内，通过压力表实时测量气化剂注入管内的压力值，当压力值达到...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐吉钊，翟成，余旭，刘厅，孙勇，丛钰洲，郑仰峰，唐伟，李宇杰，朱薪宇，徐鹤翔，王帅，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：