[发明专利]井下水平孔混合气体驱替煤层气开采系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层气开采技术，尤其涉及一种井下水平孔混合气体驱替煤层气开采系统及其方法。

背景技术

煤层气属于非常规天然气，俗称瓦斯，由CH₄、CO₂、O₂、N₂、CO、H₂S、NO_x等气体组成的混合气体，主要成分是CH₄(甲烷)，占80～90％。它是成煤过程中生成后以吸着和游离状态赋存于煤层及周围岩层的天然气体。

2005年，全国井下抽采煤矿瓦斯近23亿m³，利用量约10亿m³，释放瓦斯约150亿m³。低预抽率的直接后果是：污染环境(煤炭开采、加工、运输过程中约150亿m³的煤层气排向大气，相当于排放2.3亿tCO_2e)，浪费资源，瓦斯灾害频繁，采煤效率低下。

我国煤层大多含气量较高，平均含气量10m³/t以上的矿区，占41％；但煤层的渗透率较低，一般为0.002～16.17mD(毫达西)。其中，渗透率小于1.0mD的占72％，非常不利于煤层气的开采和利用。我国煤层普遍渗透率低、解吸速度慢而导致绝大多数煤层试验井产量低、衰减快、难以形成稳定的工业性气流。

当前技术比较成熟的煤层气开采方式有地面垂直井、地面采动区井、井下水平孔(即煤矿井下瓦斯抽放)和废弃矿井。这几种方式采用单纯抽采。为了提高煤层气单产量，还采用定向羽状分支水平孔技术、水压致裂增渗、解放层增渗等技术，取得了一定的效果。当前井下煤层气开采主要还是水平井抽采为主，采用负压抽取煤层气；煤层气的采收率较低，同时水平孔的深度有限，抽采的影响范围有限，容易在采区的中部形成煤层气开采空白带，浪费了大量煤层气资源。

目前驱替开采煤层气的方法多种多样，例如：水驱替、CO₂驱替、N₂驱替煤层气技术。水驱替煤层气的效果有待商榷；CO₂驱替煤层气效果好，但是会引起煤基质膨胀，降低煤层的渗透性，影响煤层的注入性，导致注入困难，并不适合我国的低渗煤层；N₂驱替煤层气的效果较好，但其置换效果有限；同时CO₂和N₂的分离成本较贵，影响煤层气驱替开采的经济性。

总体上，井下煤层气开采的效果还有待提高。开发新型的煤层气增产技术方式对于我国煤炭企业具有经济、安全和环保等方面的多重意义，必须寻找一种经济的、采收率高的煤层气开采方法。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，扩大现有技术的使用范围，提供一种井下水平孔混合气体驱替煤层气开采系统及其方法。

该方法不仅有利于提高煤层气的采收率、采收速度和采收范围，同时在不可开采煤层中存储废弃和温室气体。

本发明的目的是这样实现的：

一、井下水平孔混合气体驱替煤层气开采系统(简称本开采系统)

如图1，本开采系统包括煤层(3)、由机巷、风巷组成的巷道(4)以及抽排孔(2)；

在煤层(3)平面的周围有巷道(4)，在煤层(5)中有和巷道(4)连通的若干抽排孔(6)；

在煤层(5)中设置有注入孔(1)；

所述的注入孔(1)与抽排孔(2)交替排列。

在地下煤层气采区由煤层(3)、巷道(4)以及抽排孔(2)组成了一种常规的巷道抽排系统；通过设置注入孔(1)，从而形成了本发明的一种井下水平孔混合气体驱替煤层气开采系统。

二、井下水平孔混合气体驱替煤层气开采方法(简称本开采方法)

本开采方法是以本系统为作业平台，包括下列步骤：

①将各种气体形成一种混合气体；混合气体包括强置换气体中的一种或几种，强置换气体包括H₂S、SO₂、CO₂；混合气体还包括弱置换气体中的一种或几种，弱置换气体包括N₂、H₂、H_e；

②利用高压注入设备将混合气体通过注入孔(1)注入煤层(3)中；

③同时利用抽排设备在抽排孔(2)中获取含有煤层气的气体，直到获取的甲烷浓度低于经济开采浓度和安全浓度为止。

本发明的工作原理：