一种煤层气的采收方法.pdf

本发明公开一种煤层气的采收方法，采用多分支U型井配合加热煤层气注入井道的方式采收煤层气，可提高采气效率，节约成本、安全高效，操作简单。

1.  一种煤层气的采收方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、钻多分支U型井，钻井过程中同时钻上煤层和下煤层，所述钻多分支U型井包括一个中间直井和至少两个周边直井，所述中间直井与周边直井在上煤层和下煤层中分别连通；
步骤2、压裂改造，对上煤层和下煤层都进行水力压裂，将井筒与煤层连通，将煤层中的裂缝孔隙连通；
步骤3、利用多分支U型井的中间直井和周边直井直同时对上煤层和下煤层进行排水降压；
步骤4、上煤层有煤层气产出后，将产出的部分煤层气在地面进行加热处理，收集其余煤层气；
步骤5、将中间直井位于下煤层与上煤层之间的直井段关闭，将加热的煤层气压缩后通过中间直井注入上煤层，注入压力小于煤层的破裂压力，并通过周边直井采集上煤层的煤层气；
步骤6、当下煤层压力降低，有煤层气产出时，打开中间直井位于下煤层与上煤层之间的直井段，通过中间的注气井同时向上煤层和下煤层注入热的煤层气，并通过周边直井采集上煤层和下煤层的煤层气。

2.  根据权利要求1所述的煤层气的采收方法，其特征在于，所述多分支U型井的周边直井有4个，分别位于以中间直井为中心的菱形的4个顶点上。

3.  根据权利要求1所述的煤层气的采收方法，其特征在于，所述中间直井与周边直井在上煤层和下煤层中分别通过水平井道连通。

4.  根据权利要求1所述的煤层气的采收方法，其特征在于，在步骤5中，将加热的煤层气压缩采用的设备为压缩机。

5.  根据权利要求1所述的煤层气的采收方法，其特征在于，在步骤4中，将产出的部分煤层气在地面进行加热处理时，将所述部分煤层气加热至200℃-300℃。

一种煤层气的采收方法
技术领域
本发明涉及煤层气开采技术领域，尤其涉及一种煤层气的采收方法。
背景技术
我国煤层气资源丰富，资源量与我国常规天然气总量相当，具有广阔的开发前景。煤层气的开发不仅可以做到资源利用，缓解能源危机，而且可以提高煤炭开采的安全性，对减少甚至消除煤矿瓦斯爆炸事故都具有重大意义。
我国煤层气开发的主要区域位于山西沁水盆地。其中可采煤层主要有两层，分别是3#上煤层和15#下煤层。15#煤层距离3#煤层为85m-96m。目前主要开采3#煤层，但开采效果不甚理想。关于双层合采的研究和技术较少，如何将类似3#上煤层和15#下煤层的煤层气同时高效的开采是我国煤层气开发的技术关键。
目前对于煤层气的常规开采方法主要是排水降压采气，先将煤层水排出一段时间，降低煤层压力，然后煤层气解吸，进行开采。但该方法采收率很低，很多井无法达到工业生产的标准。如何安全高效的开发煤层气，降低成本，提高煤层气的采收率，是煤层气开发的关键。
随着钻井水平的提高，尤其是U型井的出现解决了同时注采的难题。也对本发明的实施奠定了基础。
一种煤层注热的二氧化碳提高煤层气采收率的方法(申请号：201210419162.X，公开日2013年2月20日)是利用多分支水平井向煤层中 注入热的CO₂提高采收率，利用CO₂与煤层的吸附和热能来达到增产的目的。
此方法需要注入大量的CO₂，而开采现场制备CO₂的难度较大，成本较高，工业生产投入与产出不匹配，而且产出的混合气体需要进一步的分离，再次增加了经济负担，生产过程中还要不断的焖井，停采，打乱了原有煤层气的开采制度，耗费了大量的时间及财力。由于我国目前开采的都是浅层煤层气，排采完甲烷后还要开采煤炭，而该方法实施后煤层中将残留大量的CO₂，在开采过程中CO₂会逸散出来，容易导致煤炭开采人员CO₂中毒，危及生命，同时还将煤层中的大量CO₂排至大气，造成环境污染。
一种煤层气开采新技术(申请号：200710145879.9，公开日2008年1月30日)，利用进气井注入高压空气或者高压氧气，并在出气井燃烧煤层产生热量及CO₂的方法来开采煤层气，本方法没有充分考虑到煤炭也是易燃物这一属性，在煤层中燃烧煤层气的过程也可能将煤点燃，从而造成气井报废，地层垮塌等危险，而且排出的气体需要进一步净化，造成经济损失。
发明内容
本发明旨在提供一种煤层气的采收方法，可提高采气效率，节约成本、安全高效，操作简单。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开的煤层气的采收方法，包括以下步骤：
步骤1、钻多分支U型井，钻井过程中同时钻上煤层和下煤层，所述钻多分支U型井包括一个中间直井，所述中间直井与周边直井在上煤层和下煤层中分别连通；
步骤2、压裂改造，对上煤层和下煤层都进行水力压裂，将井筒与煤层连通，将煤层中的裂缝孔隙连通；
步骤3、利用多分支U型井的中间直井和周边直井直同时对上煤层和下煤层进行排水降压；
步骤4、上煤层有煤层气产出后，将产出的部分煤层气在地面进行加热处理，收集其余煤层气；
步骤5、将中间直井位于下煤层与上煤层之间的直井段关闭，将加热的煤层气压缩后通过中间直井注入上煤层，注入压力小于煤层的破裂压力，并通过周边直井采集上煤层的煤层气；
步骤6、当下煤层压力降低，有煤层气产出时，打开中间直井位于下煤层与上煤层之间的直井段，通过中间的注气井同时向上煤层和下煤层注入热的煤层气，并通过周边直井采集上煤层和下煤层的煤层气。
优选的，所述多分支U型井的周边直井有4个，分别位于以中间直井为中心的菱形的4个顶点上。
优选的，所述中间直井与周边直井在上煤层和下煤层中分别通过水平井道连通。
优选的，在步骤5中，将加热的煤层气压缩采用的设备为压缩机。
优选的，在步骤4中，将产出的部分煤层气在地面进行加热处理时，将所述部分煤层气加热至200℃-300℃。
本发明的原理如下：煤层气主要以三种形式储存于煤层中，即吸附在煤层表面的吸附状态，煤层裂缝孔隙中的游离状态，以及溶解在煤层水中的溶解状态，其中绝大多数煤层气都是以吸附状态赋存于煤层中。因而一般开采的煤层气指的是吸附状态的煤层气。煤层气的产量与煤层气在煤层中的解吸有很大的关系。影响煤层气的解吸有很多因素，比如压力越小，甲烷的解吸越快；煤层排水越快，解吸速度越快；煤层温度越高，解吸速度越快；渗透 率越大，解吸越快。根据煤样在25℃-55℃条件下进行的等温吸附实验，实验的结果可以明显的看到不同的温度条件下煤层气吸附能力有明显的变化。随着温度的升高，煤对甲烷的吸附量明显降低。其原因在于随着温度的升高，煤层气分子吸收热量后，分子活性增强，内能增大，动能增大，煤基质表面的脱附能力提高，而且煤层的渗透率随着温度的增加而呈现增加的趋势，从而不断的增加了煤层气的产量。
本发明的有益效果：可以同时开采多层煤层气，提高采气效率，从而增加煤层气的采收率。利用煤层自产气来进行加热，然后再将加热的煤层气注入煤层，不需要制备外来气体，更不需要对采出气进行分离净化，节约成本，安全高效。不会对煤层及大气造成污染，绿色环保。操作简单，只需在地面设置加热加压装置，不需要额外添加其他设备。适应现场复杂井网的开采方式，热力波可持续传播，不断增加井网控制面积，扩大波及范围。不会对煤层及煤层气的平衡状态造成伤害，反而改善煤层气的解吸环境，从而提高产量。在开发过程中连续稳定，避免焖井停产等造成损失。在开采过程中避免了大量修井，抽提油管等造成的煤层出煤粉和煤粉堵塞。
附图说明
图1为多分支U型井的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明的流程图；
图中：1-上煤层、2-下煤层、3-周边直井，4-水平井道、5-压裂缝、6-中间直井。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图， 对本发明进行进一步详细说明。
如图3所示，本发明公开的煤层气的采收方法，依次执行以下工序：
第一步：钻多分支U型井，多分支U型井如图1、图2所示，包括1个中间直井6和4个周边直井3，4个周边直井3分别位于以中间直井6为中心的菱形的4个顶点上，钻井过程中同时钻上煤层1和下煤层2，中间直井6与每个周边直井3在上煤层1和下煤层2中分别通过水平井道4连通。
第二步：对上煤层1和下煤层2都进行压裂改造，完善储层；煤层进行水力压裂之后将井筒与煤层连通起来，将煤层中的压裂缝5连通起来，从而改善煤层气的渗流环境。
第三步：利用多分支U型井的1个中间直井6和4个周边直井3同时对上煤层1和下煤层2进行排水降压，因为上煤层埋藏较浅，煤层含水量较下煤层少，压力低，故上煤层先有煤层气产出；
第四步：将产出的部分煤层气在地面进行加热处理，煤层气(甲烷)的燃点为538℃，将煤层气加热至200℃-300℃的安全范围，将产出的剩余煤层气输送到集气站；
第五步：将中间直井6位于下煤层2与上煤层1之间的直井段关闭，将加热的煤层气经压缩机压缩后通过中间直井6注入上煤层，注入压力小于煤层的破裂压力；
第六步：注入热的煤层气将逐渐加热上煤层1，从而提高煤层气的产气量，产出工业气流，产出的煤层气通过多分支U型井的4个周边直井3排出地层，下煤层2继续通过4个周边直井3排采地层水；
第七步：当下煤层2压力降低，有煤层气产出时，打开中间直井6位于下煤层2与上煤层1之间的直井段，通过中间直井6同时向上煤层1和下煤 层2注入热的煤层气；
第八步：经过加热的上煤层1和下煤层2同时产出大量煤层气，通过多分支U型井的4个周边直井3排出地层；
第九步：再将产出的部分煤层气进行加热加压后注入地层，剩余的大部分煤层气通过集气站外输，循环加热、注入、采出过程。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。