[发明专利]加热煤层抽采煤层气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下煤层气的开采方法，特别是一种利用群井连通加热煤 层抽采煤层气的方法。

背景技术

煤层气是煤的一种伴生气体，主要成分是甲烷，煤矿中俗称为“瓦斯”。由 于煤层气可以燃烧，因此被当作一种洁净能源加以开采和利用。目前已公知的 主要抽采方法有：煤矿巷道内的地下本煤层钻孔抽放方法和地面实施的多分支 水平井抽采技术。地下本煤层钻孔抽放技术是从煤矿井下巷道向煤层施工钻孔， 并进行抽采的一项技术。该技术主要是降低煤层中的煤层气含量，保证煤矿的 安全生产。多分支水平井抽采技术是从地面向煤层垂直施工一个钻孔，钻孔进 入煤层后变为水平钻孔，并由一个钻孔分成若干个钻孔，形成较大的抽采范围。 该技术主要用于地面煤层气开采。但由于煤对甲烷有很强的吸附性，煤层的渗 透性低，煤层中煤层气的原始压力小，一般在0.5MPa～1.0MPa之间，不论上述 哪种方法都不能有效抽采出煤层中的瓦斯气体。

由于煤体对二氧化碳、氮气的吸附性高于甲烷，国内外也有向煤层中注入 二氧化碳、氮气等气体，以驱替出煤体中的甲烷。如中国专利200710053268.1 公开的“井下水平孔混合气体驱替煤层气开采系统及其方法”，以及 200710053269.6公开的“井下抽排巷混合气体驱替煤层气开采系统及其方法” 等。

煤层气属于原生气体，它是被吸附在煤体内的微小孔隙中，根据煤层气开 采理论，由于瓦斯压力的变化，瓦斯首先解吸为游离瓦斯，并逐渐由孔隙和不 可渗流的微裂隙扩散到大的裂隙中，这是瓦斯的扩散阶段；其次，在压力梯度 的作用下，有高压力区向低压力区流动，这是瓦斯的渗流阶段。在瓦斯抽采过 程中，这两步缺一不可。对于低渗透煤层，由于渗流阶段无法进行，因此驱替 技术对于煤层气开采效果甚微。

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。试 验发现温度能够提高煤体中的瓦斯解吸速度，但试验的温度范围为30℃～70℃。 其结果对于快速、高效开采煤层气没有产生特别影响。因此，也未提出相应的 工业技术方法。

中国专利200710145879.9公开了“一种煤层气开采新技术”，该技术通过 建立连通地面和煤层的竖井，然后将煤层气燃烧后的高温气体注入进气井加热 煤层，对采出的混合气体进行分离。目前，由于快速高效气体分离技术尚不成 熟，特别是二氧化碳与甲烷气体的分离技术难度大，使得该技术很难实现工业 生产应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述煤层气抽采方法的不足，提供一种加热煤层抽 采煤层气的方法。该方法能够有效的进行煤层气抽采，加快煤层气抽采速度和 提高抽采率。

本发明所述加热煤层抽采煤层气的方法为：首先在煤层中建立一个井网， 钻井从地面直至煤层，钻井的数量不少于2个。然后选择至少一眼井为热源注 入井，其它井为采气生产井。从热源注入井向煤层中注入150℃～300℃高温高 压水蒸气，将煤层加热到100℃～250℃以上。煤层被加热后，其中吸附的瓦斯 将迅速解吸称为游离瓦斯，气体从吸附状态变为游离状态后，体积增加2到3 个数量级，因此，煤层中瓦斯压力10到100倍。在水蒸气的驱动作用下，游离 瓦斯迅速向低于常压的采气生产井流动。从而实现迅速、高效开采煤层气的目 的。由于水蒸气的热容系数大，携带热的能力强，因此采用高温高压水蒸气加 热煤层的速度快。

本发明所述加热煤层抽采煤层气的方法，其特征在于：

(1)由地面向抽采煤层施工多个钻井。钻井距离在100～1000米之间，钻 井布置可以是单排或多排分布。

(2)如果煤层的渗透率低于10毫达西时，采用公知方法实施水力压裂， 通过压裂技术连通井群，反之无需进行压裂。

(3)选择至少一个热源注入井向煤层内注入150℃～300℃高温高压水蒸气 加热煤层。并驱动游离的煤层气向采气生产井流动。

(4)从采气生产井中一方面利用水泵提取冷却、凝结的水，另一方面抽取 产出的煤层气与未凝结的水蒸气的混合气体。

(5)对混合气体进行冷却和干燥处理得到煤层气。冷却水经过沉淀、过滤 处理重复使用。

(6)注入水蒸气的温度与压力通过供水量控制。水蒸气中不含空气或氧气， 不会引起煤层自燃。