[发明专利]注氮气诱发煤层自改造提高甲烷采收率方法

说明书

本发明公开了注氮气诱发煤层自改造提高甲烷采收率方法，在从煤层中开采甲烷时，下入生产套管至煤层中部，生产套管旁侧设置有与氮气源相连接的注氮气管线；还设置封隔器，封隔器将煤层顶部与下方的套管环空分隔开；并在煤层顶部和煤层底部进行射孔；打开注氮气管线上的注氮气阀门，氮气通过注氮气管线注入到封隔器上方的空间，煤岩储层中的地层水在注入氮气的驱替下经煤层内流动，然后通过套管底部的射孔进入井底，进行排水降压。注入到煤岩储层的氮气在加速地层水排采的同时，还降低煤层内的甲烷分压，加快以吸附态赋存于煤层的甲烷发生解吸，甲烷解吸后引起煤基质收缩，煤基质收缩和煤层应力的释放将产生新的裂缝，使得煤层渗透率提高。

技术领域

本发明属于煤层气开采技术领域，涉及通过注入氮气诱发煤层自改造提高煤层甲烷采收率的方法。

背景技术

近年来，随着全球能源结构的调整，非常规资源开采的力度逐渐加大。煤层气作为重要的非常规能源，对其进行经济高效的开采具有战略性意义。煤层气90％以吸附气的形式存在，因此，成功开发煤层气的基础是开采煤层中的吸附气。

目前煤层气的开采方式主要分为两种：①排水降压法。通过排水使得煤层压力降低，促进煤层中甲烷的解吸，这种方法简单实用，但生产周期长，并且在排水降压后期，煤层压力降低，实际地层有效应力增加，裂缝闭合，容易诱发应力敏感损害，导致最终的甲烷采收率降低，一般排水降压最终的采收率不超过原地煤层气资源的50％。②注入非烃类气体，与煤层中的甲烷气体形成竞争吸附或降低游离气中甲烷的分压，从而促进甲烷从煤层中解吸，最终提高煤层气采收率。文献中关于注入非甲烷气体提高煤层气采收率的方式以持续注入为主，注入气体一般为N₂、CO₂、N₂和CO₂混合气以及烟道气等。这种注入方式不仅需要大量的非烃类气体，而且煤岩储层中含有大量的水，气体注入困难，难以保证足够体积气量注入煤层，最终的提高采收率效果有限。

发明内容

本发明解决的问题在于提供注氮气诱发煤层自改造提高甲烷采收率方法，该方法能快速的提高煤层气的采收效率和最终的采收率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

注氮气诱发煤层自改造提高甲烷采收率方法，在从煤层中开采甲烷时，包括以下操作：

1)钻穿整个煤层并进行固井完井，然后下入生产套管至煤层中部，生产套管旁侧设置有与氮气源相连接的注氮气管线；还在距煤层顶部一定深度处设置封隔器，封隔器将煤层顶部与下方的套管环空分隔开；还分别在煤层顶部和煤层底部进行射孔；

2)打开注氮气管线上的注氮气阀门，氮气通过注氮气管线注入到封隔器上方的空间，氮气通过封隔器上方开设的射孔进入到煤岩储层，煤岩储层中的地层水在注入氮气的驱替下经煤层内流动，然后通过套管底部的射孔进入井底，通过电潜泵将煤层产出水抽出至矿井外，进行排水降压；

3)注入到煤岩储层的氮气在加速地层水排采的同时，还降低煤层内的甲烷分压，加快以吸附态赋存于煤层的甲烷发生解吸，甲烷解吸后引起煤基质收缩，煤基质收缩和煤层应力的释放将产生新的裂缝，使得煤层渗透率提高，煤层甲烷快速渗流到井筒。

进一步的，通过注氮气管线注入的氮气压力应介于煤层水相启动压力和破裂压力之间，根据煤层特性采用间歇注入或连续注入方式，注入量不低于煤层发生自改造作用的临界注入量。

根据煤层状况，所述的自改造发生的临界注入量由煤层自改造室内物理实验和/或数值模拟实验确定。

所述射孔的开设为：

在封隔器上方煤层顶部的射孔，应能将顶部煤层全部打开，射孔密度依据封隔器下入深度而定，射孔深度不低于1m；

在煤层底部的射孔，要保证射孔位置处于煤层底部，射孔打开煤层高度控制在0.5m以上，射孔深度不低于1m。