CN116025309A

CN116025309A - 一种地层注液增温提产的煤层气开发方法

Info

Publication number: CN116025309A
Application number: CN202211479615.8A
Authority: CN
Inventors: 降文萍; 刘柏根; 郭恒
Original assignee: XI'AN RESEARCH INSTITUTE OF CHINA COAL RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: XI'AN RESEARCH INSTITUTE OF CHINA COAL RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2022-11-24
Filing date: 2022-11-24
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2042-11-24
Also published as: CN116025309B

Abstract

本发明涉及一种煤层气开发方法，属于煤层气开采技术领域，具体是涉及一种地层注液增温提产的煤层气开发方法。本发明利用煤层气降温吸附、高温解吸的理论，在地面施工1口垂直井和1口多分支水平井，两口井在煤层气开发煤层段进行对接连通；通过向垂直井中注水将深部高温地层的热量运输至开发煤层段，并使煤层气在高于初始条件的高温下解吸，在水平井抽水作用下通过水平井主支和分支通道运移产出至地面；气体产出后通过地面采集系统输出并实现利用，抽出水则可作为注入水进行循环注入利用。本发明方法建立了低成本零污染的煤层气增产改造技术，可为深部煤层气高效开发和清洁利用提供一种有效手段。

Description

一种地层注液增温提产的煤层气开发方法

技术领域

本发明涉及一种煤层气开发方法，属于煤层气开采技术领域，具体是涉及一种地层注液增温提产的煤层气开发方法。

背景技术

随着近年来煤炭开采和煤层气开发逐渐向深部转移，煤矿开采中的瓦斯治理和地面煤层气开发难度增加。埋深增大、地应力增高，煤层气储层渗透率进一步降低，现行的煤层气开发技术和瓦斯治理技术并不完全适用，难以实现与浅部煤层同等的效果。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，该方法可降低深部煤层气开发中投资成本高和工程难度大问题。包括：

为解决上述问题，本发明的方案是：

一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，包括：

在煤层气开发区从地面施工垂直井，所述垂直井穿过待解吸煤层且底部位于高温地层，所述高温地层的温度高于待解吸煤层的温度；

在煤层气开发区内施工一水平井，所述水平井的水平段在待解吸层内与所述垂直井连通；

向所述垂直井内注水，并从所述水平井抽出气体。

优选的，上述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，包括：

在所述垂直井位于待解吸煤层的位置处进行造穴，并且向所述垂直井内注水时使水面达到造穴处。

优选的，上述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，水平井的水平段位于待解吸煤层中。

优选的，上述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，所述高温地层的温度高于待解吸煤层的温度30度以上。

优选的，上述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，在垂直井位于高温地层至待解吸煤层的区段设置玻璃钢保温套。

因此，相对于现有技术，本发明具备以下优点：可在深部煤层气开发中利用地层热能实现煤层气解吸产出，一方面减少了水力压裂等储层改造工程费用，降低煤储层改造中污染问题，另一方面也可以高效利用地层热能。

附图说明

并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。

图1为垂直井井身结构示意图。

图2为水平井井身结构及与垂直井对接后示意图。

图3为水平井抽水产气示意图。

图4为地面气、水收集系统示意图。

将参照附图描述本发明的实施例。

具体实施方式

实施例

煤层气具有降温吸附、升温解吸的特点，当环境温度高于储层温度时，煤层气从煤中解吸，在浓度差和压力差的作用下通过裂隙等通道产出。深部煤层储层温度高，煤层下部地层温度还要高于煤层，因此深部煤层气解吸能力高于浅部煤层。

第一步，根据煤层气地质资料及开发要求等，获知开发区不同埋深的地层温度，找到煤层气开发煤层以下超过煤层温度30℃以上的邻近高地温地层，查明其埋深、地温及稳定程度等。

第二步，从地面施工1口垂直井，一开采用Ф311.15mm钻头钻至基岩面以下20m完钻，下入Ф244.5×8.94mm表层套管固井，候凝24h结束、试压合格后，采用Ф215.9mm钻头二开常规钻进至邻近高地温地层深度超过10m，下入Ф177.8×9.19mm保温套管至高温层顶界，其中在高温层和开发煤层段分别下入玻璃钢保温套管，注入水泥固井，水泥浆返至地面。固井质量检查和试压合格后，对煤层段、高温层段玻璃钢套管进行扩孔造穴，造出一个直径不小于0.50m的洞穴。

第三步，地面施工1口水平井，水平段在煤层中钻井，水平段长度根据煤层气产能要求和经济性需求设计，一般800m以上；水平井采用三开井身结构，一开采用Φ444.5mm钻头钻至基岩面以下20m完钻，下入Φ339.7×9.65mm保温表层套管固井，候凝24h结束、试压合格后，采用Ф311.15mm钻头二开常规钻进，钻至设计的着陆点后，下入Φ244.5×8.94mm保温技术套管，套管顶口与地面齐平，注水泥固井，水泥返至地面；二开套管侯凝结束、试压合格后，采用Φ215.9mm钻头在煤层进行三开水平段主支钻进，采用RMRS(近钻头旋转磁场测距法)技术与煤层段的垂直井对接联通。水平井与垂直井对接后，提钻后侧钻各分支至完钻，各分支长度一般100～200m，与主支夹角30～60°，各分支在主支端距离超过50m，主支与分支均采用裸眼完井。

第四步，在水平井垂直段和造斜段下入油管，将抽采泵置于造斜段位置。

第五步，从地面向垂直井注水直至井底，保留水面至煤层段造穴位置后停止注水。

第六步，用电缆将温度传感器输送至垂直井井筒水面，待所测温度稳定超过煤层储层温度30℃以上后，利用水平井抽采泵抽水并分析水质成分，待产出水成分与注入水基本相同时降低抽水速度。

第七步，待产出水中检测到气泡时，抽水速度执行慢、控、稳制度，保证煤层气能充分解吸，并从水平井套管和油管环空稳定产出。

第八步，水平井抽出气体进入地面采集系统；抽出水储集至地面储集系统，待产气量衰减明显时，作为注入水循环利用。

下面结合附图1-4对上述方法进行详细说明。

步骤1，整理分析研究区煤与煤层气地质与测试资料，重点分析地层分类、地质构造、地温梯度A，以及开发煤层的厚度t_c、埋深h_c、储层温度T_c、储层压力P_c、含气量G_c、裂隙发育特征、渗透性等，根据测井、试井实测或地温梯度计算获得煤层下部各地层温度，根据公式(1)确定超过煤层温度30℃以上的最浅部临近高温地层位置。

h_s＝h_c +(T_c + 30)/A (1)

式中：h_s为最浅部临近高温地层S埋深；h_c为开发煤层埋深；T_c为开发煤层储层温度；A为地温梯度。

临近高温地层S地层温度T_s为：

T_s＝T_c+30

步骤2，在煤层气开发区从地面施工1口垂直井Well-v，采用二开井身结构，一开采用Ф311.15mm钻头钻至基岩面以下20m完钻，下入Ф244.5×8.94mm表层套管固井，候凝24h结束、试压合格后，采用Ф215.9mm钻头二开常规钻进至邻近高地温地层S深度超过10m，下入Ф177.8×9.19mm保温套管至S层顶界，其中在S层和开发煤层C段下入玻璃钢保温套管，注入水泥(一般为G级水泥)固井，水泥浆返至地面。固井质量检查和试压合格后，对S层和煤层段玻璃钢套管进行扩孔造穴，造出一个直径不小于0.50m的洞穴(参见附图1)。

步骤3，在距离垂直井Well-v一定距离(根据煤层气开发实际需求设计，一般800m以上)地面施工1口水平井Well-h，水平段在煤层C中钻井，水平段长度根据煤层气开产能要求和经济性需求设计，一般800m以上；Well-h井采用三开井身结构，一开采用Φ444.5mm钻头钻至基岩面以下20m完钻，下入Φ339.7×9.65mm保温表层套管固井，候凝24h结束、试压合格后，采用Ф311.15mm钻头二开常规钻进，钻至设计的着陆点后，下入Φ244.5×8.94mm保温技术套管，套管顶口与地面齐平，注水泥(一般为G级水泥)固井，水泥返至地面；二开套管侯凝结束、试压合格后，采用Φ215.9mm钻头在煤层进行三开水平段主支钻进，采用RMRS(近钻头旋转磁场测距法)技术与煤层段的Well-v井对接联通。Well-h井与Well-v井对接连通后，提钻后侧钻各分支至完钻，分支数按照主支长度设定，在主支两侧交错排列，各分支长度一般100～200m，与主支夹角一般在30～60°，各分支在主支端距离要超过50m，主支与分支均采用裸眼完井(参照附图2)。

步骤4，在Well-h井垂直段和造斜段下入油管，将抽采泵置于造斜段位置(参照附图3)。

步骤5，从地面向Well-v井注水(一般为活性水，也可为杂质处理后的就近地表水)直至井底，保留水面至C煤层段造穴位置后停止注水(参照附图3)。

步骤6，用电缆将温度传感器输送至Well-v井筒水面，待所测温度稳定超过煤层储层温度30℃以上后，利用Well-h井中抽采泵从油管抽水，并在肉眼可见水的颜色或浓度等发生变化时分析水质成分，待产出水成分与注入水基本相同时降低抽水速度(参照附图3)。

温度传感器测温范围：20℃～150℃。图中蓝色为水，红色为气体。

步骤7，待Well-h井产出水中出现气泡时，执行慢、控、稳的排水制度(一般每天水面降低幅度不超过0.5m)，保证钻井范围内煤层气能充分解吸，并从Well-h井套管和油管环空稳定产出(参照附图4)。

步骤8，将油管与套管环空的产出气体储集至地面储集系统、输送、利用，抽出的水可临时储集在地面储水罐，待Well-h井产气量衰减明显时，作为Well-v井注入水循环利用(参照附图4)。

本实施例提出的地层注液增温提产的煤层气开发方法，可在深部煤层气开发中利用地层热能实现煤层气解吸产出，一方面减少了水力压裂等储层改造工程费用，降低煤储层改造中污染问题，另一方面也可以高效利用地层热能。主要体现在如下方面：

深部地层温度高，煤层埋深以下满足条件的高温地层，垂直井钻井难度小、投资成本低，对煤层气开发基本无影响；

多分支水平井设计与高温增强解吸产出相结合的技术，避免了水力压裂改造等工艺对煤储层的污染伤害，且降低了工程难度和成本；

多分支水平井设计与高温增强解吸产出相结合的技术，可保证煤层气井稳定产气，实现煤层气资源的绿色、清洁利用。

注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims

1.一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，其特征在于，包括：

在煤层气开发区从地面施工垂直井，所述垂直井穿过待解吸煤层且井底位于高温地层，所述高温地层的温度高于待解吸煤层的温度；

向所述垂直井内注水，并从所述水平井抽取注水的解吸气体。

2.根据权利要求1所述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求1所述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，其特征在于，水平井的水平段位于待解吸煤层中。

4.根据权利要求1所述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，其特征在于，所述高温地层的温度高于待解吸煤层的温度30度以上。

5.根据权利要求1所述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，其特征在于，在垂直井位于高温地层至待解吸煤层的区段设置玻璃钢保温套。

6.根据权利要求1所述的一种地层注液增温提产的煤层气开发方法，其特征在于，利用油管从所述水平井抽取注水，并从所述油管与所述水平井内部设置的套管之间的环空抽取解吸气体。