低透性煤層氣儲層循環(huán)凍融增透方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤層氣抽采技術(shù)領(lǐng)域，特別是利用循環(huán)凍融的方法提高低透性煤層氣儲層的透氣性原位增透方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣(亦稱瓦斯)作為一種非常規(guī)清潔能源在中國一次能源消費中的戰(zhàn)略地位正逐步凸顯。積極推進煤層氣抽采技術(shù)不僅可以解決煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)問題，也可以在很大程度上緩解日益緊張的能源結(jié)構(gòu)危機。隨著井工開采深度的延伸，地應(yīng)力隨之加大，煤層的透氣性降低，抽采難度隨之增大。國內(nèi)外專家學者對于煤層氣抽采技術(shù)展開廣泛的研宄，國外常用的煤層氣抽采技術(shù)包括排水采氣技術(shù)、儲層激勵增產(chǎn)技術(shù)、儲層模擬技術(shù)以及地面鉆孔水力壓裂技術(shù)。國內(nèi)自主設(shè)計的垂直井壓裂和多分支水平井工藝，以及液氮壓裂、二氧化碳注入、洞穴完井技術(shù)也已進入工業(yè)性實驗階段。受我國煤層氣賦存條件和成藏機理制約，現(xiàn)有的技術(shù)尚不能完全有效的解決低透性煤層氣的高效抽采。
[0003]中國專利200810079794.X公開了一種加熱煤層抽采煤層氣的方法，通過多個垂直鉆井對采氣生產(chǎn)井進行排水降壓抽采煤層氣與水蒸氣的混合氣體，隨后對煤層氣與水蒸氣的混合氣體冷卻后得到氣態(tài)的煤層氣與液態(tài)的蒸餾水，實現(xiàn)混合氣體分離繼而抽采煤層氣。對于埋藏深度較大且吸附性強的煤層氣，通過加熱并不能有效的將煤層氣從煤儲層中有效的驅(qū)離。
[0004]中國專利ZL200520018054.7公開了一種開采煤田內(nèi)煤層氣的井筒封閉式煤層氣抽采井，由連接地面與煤層的井筒、煤層內(nèi)連接井筒的煤巷和自煤巷施工的多條煤孔構(gòu)成，井筒內(nèi)鋪設(shè)連接煤巷與地面抽氣泵的氣管。井筒內(nèi)有封閉井蓋將煤巷封閉，煤層內(nèi)的煤層氣進入煤孔、煤巷、氣管被地面抽氣泵抽至地面。對于低透性煤層氣而言，需要施工的煤孔數(shù)目將顯著增加，工程量大，抽采周期長。
[0005]為此，本發(fā)明提出一種利用巖石凍融破壞機理增加低透性煤層透氣性的方法，通過水壓致裂的方法向煤層氣儲層中注入液態(tài)水，然后向提前打設(shè)在煤層氣儲層中的冷凍井中注入冷凍液將煤層氣儲層中的液態(tài)水進行冷凍。隨后通過射頻加熱的方法將冷凍后的液態(tài)水解凍，在凍融過程中液態(tài)水熱脹冷縮，從而使煤層氣儲層中圍巖介質(zhì)產(chǎn)生新生裂隙。重復(fù)上述過程，直至反復(fù)凍融作用使得煤層氣儲層中的巖體松散破碎，從而產(chǎn)生大量的人為裂隙，使吸附在煤層氣儲層中的煤層氣驅(qū)離，從而實現(xiàn)增加透氣性的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單、地質(zhì)條件適應(yīng)性強的低透性煤層氣儲層增透方法，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)難點，實現(xiàn)低透性煤層氣的安全高效抽采。
[0007]本發(fā)明所述的低透性煤層氣儲層循環(huán)凍融增透方法為:首先從地面向預(yù)抽采區(qū)域打設(shè)冷凍井，在冷凍井中布置射頻加熱器，并施工與射頻加熱器連通的射頻加熱管網(wǎng)。隨后在預(yù)抽采區(qū)域施工水壓致裂鉆孔，通過水壓致裂設(shè)備將液態(tài)水壓入到煤層氣儲層中細小的原生裂隙中，在壓力作用下產(chǎn)生新生裂隙。采用注入冷凍井中的冷凍液對流動在原生裂隙和新生裂隙中的液態(tài)水進行冷凍。當所有液態(tài)水固結(jié)成冰后，通過布置在冷凍井中的射頻加熱器對預(yù)抽采區(qū)域進行加熱，使固態(tài)水溶化，在融化過程中液態(tài)水的熱脹冷縮作用可以使預(yù)抽采區(qū)域內(nèi)的圍巖介質(zhì)產(chǎn)生更多新生裂隙，液態(tài)水在貫通的裂隙中自由移動。循環(huán)此過程多次，可以使得煤層氣儲層中的圍巖介質(zhì)產(chǎn)生更多的新生裂隙，原來吸附在煤層氣儲層中的煤層氣開始驅(qū)離，從而實現(xiàn)增加透氣性的目的。
[0008]本發(fā)明所述的低透性煤層氣儲層循環(huán)凍融增透方法，其特征在于。
[0009](I)在地面圈定預(yù)抽采區(qū)域后，向煤層氣儲層垂直施工冷凍井。冷凍井間距在20-25米之間。
[0010](2)通過注入冷凍井中_50°C的冷凍液對水壓致裂鉆孔中液態(tài)水壓裂圍巖介質(zhì)后產(chǎn)生的新生裂隙進行冷凍。
[0011](3)冷凍井內(nèi)布置有與射頻加熱管網(wǎng)連通的射頻加熱器，通過布置在地面的地面變電站提供動力，用于對冷凍后的液態(tài)水進行加熱解凍。
[0012](4)從地面施工水壓致裂鉆孔，鉆孔間距在20-25米之間，水壓致裂鉆孔在施工垂直方向鉆孔的同時適當?shù)脑黾硬糠炙姐@孔，分段進行水力壓裂。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0014]圖1是本發(fā)明冷凍井及密閉管網(wǎng)布置示意圖。
[0015]圖2沿圖1中A-A的剖面圖。
[0016]圖3是本發(fā)明水壓致裂鉆孔布置剖面圖。
[0017]圖4是本發(fā)明反復(fù)循環(huán)凍融后的效果剖面示意圖。
[0018]圖中:1_地面；2_預(yù)抽采區(qū)域；3_地面變電站；4_水壓致裂設(shè)備；5_冷凍井；6-煤層氣儲層頂板；7_煤層氣儲層底板；8_射頻加熱器；9_冷凍液；10_射頻加熱管網(wǎng)；11_水壓致裂鉆孔；12_煤層氣抽采鉆孔；13_液態(tài)水；14_原有裂隙；15_新生裂隙。
【具體實施方式】
[0019]圖1，圖2給出了冷凍井及密閉管網(wǎng)布置示意圖以及剖面圖。如圖所示，在地面
(I)確定預(yù)抽采區(qū)域(2)后，按25米的間排距施工垂直于地面(I)的冷凍井(5)，當冷凍井(5 )到達煤層氣儲層底板(7 )時停止施工。-50 0C的冷凍液(9 )注入冷凍井(5 )，將布置在地面(I)的水壓致裂設(shè)備(4)通過水壓致裂鉆孔(11)注入預(yù)抽采區(qū)域(2)的液態(tài)水(13)進行凍結(jié)，由地面變電站(3 )供給動力的布置在冷凍井(5 )中的射頻加熱器(8 )通過射頻加熱管網(wǎng)(10)對煤層氣儲層頂板(3)和煤層氣儲層底板(4)之間的已經(jīng)凍結(jié)的液態(tài)水(13)進行加熱，循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)預(yù)抽采區(qū)域(2)內(nèi)巖石的凍融破壞。
[0020]圖3給出了水壓致裂鉆孔施工示意圖。如圖3所示，在預(yù)抽采區(qū)域(2)施工水壓致裂鉆孔(11)，當?shù)竭_煤層氣儲層頂板(6)和煤層氣儲層底板(7)之間時，施工水平方向的水壓致裂鉆孔(11 )，采用布置在地面(I)的水壓致裂設(shè)備(4)將液態(tài)水(13)注入預(yù)抽采區(qū)域(2)，在原有裂隙(14)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生新生裂隙(15)，液態(tài)水(13)可在原有裂隙(14)和新生裂隙(15)中自由流動，煤層氣可通過貫通地面的煤層氣抽采鉆孔(12)抽出地面(I)。
[0021]圖4給出了本發(fā)明反復(fù)循環(huán)凍融后的效果剖面示意圖。通過冷凍液(9)對預(yù)抽采區(qū)域(2)內(nèi)的圍巖介質(zhì)進行冷凍后使用射頻加熱器(8)進行解凍，煤層氣儲層頂板(6)和煤層氣儲層底板(7)之間的圍巖介質(zhì)熱脹冷縮，最后破碎，新生裂隙(15)和原有裂隙(14)貫通，吸附在煤層氣儲層頂板(6)和煤層氣儲層底板(7)之間煤層氣透氣性得到有效的增強。
【主權(quán)項】
1.一種低透性煤層氣儲層循環(huán)凍融增透方法，其特征在于: Ca)在地面圈定預(yù)抽采區(qū)域后，向煤層氣儲層垂直施工冷凍井，冷凍井間距在20-25米之間； (b)通過注入冷凍井中_50°C的冷凍液對水壓致裂鉆孔中液態(tài)水壓裂圍巖介質(zhì)后產(chǎn)生的新生裂隙進行冷凍； (C)冷凍井內(nèi)布置有與射頻加熱管網(wǎng)連通的射頻加熱器，通過布置在地面的地面變電站提供動力，用于對冷凍后的液態(tài)水進行加熱解凍。
【專利摘要】本發(fā)明低透性煤層氣儲層循環(huán)凍融增透方法通過水壓致裂的方法向煤層氣儲層中注入液態(tài)水，然后向提前打設(shè)在煤層氣儲層中的冷凍井中注入冷凍液將煤層氣儲層中的液態(tài)水進行冷凍。隨后通過射頻加熱的方法將冷凍后的液態(tài)水解凍，在凍融過程中液態(tài)水熱脹冷縮，從而使煤層氣儲層中圍巖介質(zhì)產(chǎn)生新生裂隙。重復(fù)上述過程，直至反復(fù)凍融作用使得煤層氣儲層中的巖體松散破碎，從而產(chǎn)生大量的人為裂隙，使吸附在煤層氣儲層中的煤層氣驅(qū)離，從而實現(xiàn)增加透氣性的目的。該方法操作簡單、地質(zhì)條件適應(yīng)性強，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)難點，可實現(xiàn)低透性煤層氣的安全高效抽采。
【IPC分類】E21B43-24, E21F7-00, E21B43-26, E21B36-00, E21B36-04
【公開號】CN104712302
【申請?zhí)枴緾N201510173050
【發(fā)明人】趙紅超, 張曉雷, 張志強, 帕力旦·努爾麥麥提, 溫穎遠, 劉洪林, 呂金星, 蔣振華, 王廣輝
【申請人】新疆大學
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月14日