一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于煤层气开采技术领域，涉及一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置，利用煤层和顶底板岩层的不同地质特性和吸水特性，将清水在一定时间内注入目的煤层后，利用制冷系统将目的煤层中注入的水冷却成冰，由于水变成冰后体积发生膨胀，在裂缝影响范围内冲顶目的煤层的顶底板，使顶底板发生弹性变形，从而在作业井目的煤层形成冰楔，改变目的煤层应力分布，制造微裂缝网络，促进运移‑降压‑解吸的动态耦合过程，实现煤层气的灵活可控、经济环保的开采方式。本发明专利技术方法和装置开采煤层气灵活、低污染、低反排；整个装置可重复使用，成本相对低廉，且适用于直井、定向井或水平井；可根据实际地质情况和开采需要，实现规模化的井工厂开发模式。

Coal seam gas mining method and device with ice wedge pressure regulating

The invention belongs to the technical field of coal-bed gas exploitation, relates to an ice wedge pressure regulating gas mining method and device, the use of coal seam and roof and floor rock strata of different geological properties and water absorption characteristics, the water in a certain period of time to inject the coal seam, using water cooling cooling system will be injected into the ice to the coal layer. The water becomes ice volume after expansion of top coal in the top floor to crack in the range of influence, the top and bottom of elastic deformation, thus forming the ice wedge in the wells to change the coal seam, the stress distribution, micro fracture network, promote the dynamic coupling process migration step-down desorption, implementation CBM is flexible and controllable and environment-friendly mining method. The method and device of the invention of coal-bed methane mining flexible, low pollution and low discharge; the whole device can be repeatedly used, relatively low cost, and is suitable for vertical wells and directional wells or horizontal wells; according to the actual geological conditions and mining needs, realize the scale of wells factory development model.

【技术实现步骤摘要】
一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置
本专利技术属于煤层气开采
，具体涉及一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置。
技术介绍
煤层气是指赋存在煤层中的非常规天然气，其以甲烷为主要组分，属于煤的伴生型矿产资源。煤层气燃烧具有热值高、污染低的特点，是优质的新兴清洁能源。煤层气由于储层具备自生自储、低孔隙度低渗透率、高有机质含量等与常规天然气储层不同的特点，气体的赋存形式也相对不同，煤层气的赋存形式以吸附气和游离气为主。现有煤层气开采技术中，一般采用水力压裂的方法，在地面钻探煤层气井后，在井内设置油管和套管，在目的层位进行水力压裂作业，构造人工裂缝网络，提高煤层渗透率，为煤层气的运移提供通道。压裂结束后，开始排水采气作业，通过油管将地层中的水排出，通过油套环空采气。煤层气赋存方式是吸附气和游离气并存，储层渗透性和孔隙度都较低，通过水力压裂施工造缝之后，游离气通过裂缝构成的流动通道流入井筒后采出，煤层中压力逐渐降低，解吸气逐步解吸并继续通过流动通道进入井筒后采出，维持煤层气井持续产气。现有的基于压裂技术的煤层气开采方法，在采气一段时间后，采气井产量会急剧递减，产量稳定期短、总产量低，最终难以达到经济开发的效果,其中主要原因表现在以下几方面：首先由于水力压裂作业将大量的压裂液压入到煤层中，而压裂液主要成分为水和支撑剂，高压水起破碎造缝作用，支撑剂起支撑微裂缝的作用。但是由于煤岩当中含有一定的泥质成分遇水会发生膨胀作用，因此容易重新封堵裂缝网络，影响煤层气的流动过程。另一方面，水进入微孔隙后，由于“水锁效应”封堵孔喉结构，进一步的影响到了解吸气的解吸过程，因此依靠传统的水力压裂技术进行煤层气开采方法较难获得很高的产气量和总采收率。此外，水力压裂投资大，压裂过程会浪费大量水，压裂液反排如不能及时妥善的处理还会对环境造成影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述不足，提供一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置，以解决现有煤层气开采技术产量稳定期短、总产量低、投资大和环保性差等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冰楔调压的煤层气开采方法，具体步骤如下：一、为实现注水冷却作业和采气作业，从地面设计位置向目的煤层13的指定位置钻探一口煤层气井作为作业井8，在作业井8的设计距离内周边钻探一口或多口煤层气井作为采气井9；二、在作业井8和采气井9内分别下入套管1，在目的煤层13处使用筛管2完井；三、在作业井8和采气井9内分别下入油管3，将封隔装置4分别下入至作业井8中的目的煤层13的顶板14和底板15位置处进行封隔，在井口安装作业系统5，其中，作业管线5t通过井口装置6连接油管3，出口管线5u通过井口装置6连接油套环形空间；四、打开作业系统5中的高压注水管线阀门5c，利用高压注水泵5a将高压清水泵入作业井8的目的煤层13实施注水作业，直至水压、注入时间和注水量达到设计值，形成一定体积的煤水饱和体，构造人工微裂缝网络；五、注水作业完成后，关闭高压注水管线阀门5c，将顶板14处的封隔装置4解封，并使其下滑到目的煤层13的筛管2处进行筛孔封堵，打开压缩空气注入管线阀门5h和排液出口管线阀门5r，利用空压机5f向油管3内注入压缩空气，将作业井8井筒中剩余的水通过油套环形空间排至井口，由排液出口管线5q排出，直到井筒剩余水排完后关闭压缩空气注入管线阀门5h和排液出口管线阀门5r；六、打开冷剂注入管线阀门5k和冷剂回收管线阀门5o，利用制冷装置5i将冷剂送至作业井8目的煤层13处进行制冷，使目的煤层13的温度逐步降低，这样，注入目的煤层13中的水逐步从液态变为固态，体积膨胀，从而冲顶目的煤层13的顶板14和底板15，在作业井8的目的煤层13中形成冰楔，从而使冰楔周围的煤岩内的应力发生变化，使其中吸附的甲烷从吸附状态解析出来成为游离状态；七、打开采气井9，利用油套环形空间进行采气，并在井底存在积液时开启潜液泵7利用油管3及时将积液排出到地面，保持采气井9的干燥作业环境；八、在采气井9开采处于衰竭状态后，为了把作业井8周围目的煤层13的煤层气充分采出，可将原作业井8冰楔溶解后，将原作业井8和采气井9进行互换，进行上述步骤三～七，在原采气井9目的煤层13处重新制造冰楔，将原作业井8转为采气井9，开始新的产气过程。本专利技术为实现上述目的还提出了一种冰楔调压的煤层气开采装置，用于实现有效可控的煤层气开采。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种冰楔调压的煤层气开采装置，包括：套管1、筛管2、油管3、封隔装置4、作业系统5、井口装置6和潜液泵7，其特征是，在作业井8的套管1内目的煤层13的顶板14和底板15处分别设有封隔装置4，作业系统5通过作业管线5t和出口管线5u与井口装置6连接油管3和油套环形空间，采气井9底部设有潜液泵7，作业时对作业井8目的煤层13进行冰楔调压作业，再利用采气井9对煤层气进行开采。所述的套管1用于固定煤层气井井壁，为耐压管道，耐压范围0～60MPa。所述的筛管2用于连通煤层气井井筒和目的煤层13，提供流体进出通道，为耐压管道，耐压范围0～60MPa。所述的油管3用于高压水、压缩空气和冷剂注入使用，和套管1之间形成油套环形空间。油管3为加保温层的耐压管道，防止冷剂在未到达目的煤层13前冷量流失，耐压范围0～60MPa。所述的封隔装置4用于隔离其他层位单独对目的煤层13进行注水的作业或封隔目的层位防止回水，为专用的可密封和可解封的滑动式配套封隔装置。所述的井口装置6用于煤层气井顶端和外部环境隔绝作用，设置有油管3连接孔和油套环形空间出口孔。作业管线5t利用法兰组件和井口装置6的油管3连接孔连接，出口管线5u利用法兰组件和油套环形空间出口孔连接，便于作业使用。所述的潜液泵7用于防止采气井9井底积液，保证采气作业的干燥环境。所述的作业系统5包括高压注水泵5a、高压注水管线5b、高压注水管线阀门5c、高压注水流量计5d、压力表5e、空压机5f、压缩空气注入管线5g、压缩空气注入管线阀门5h、制冷装置5i、冷剂注入管线5j、冷剂注入管线阀门5k、冷剂注入流量计5l、管汇5m、冷剂回收管线5n、冷剂回收管线阀门5o、冷剂回收流量计5p、排液出口管线5q、排液出口管线阀门5r、中控设备5s、作业管线5t和出口管线5u。所述的高压注水泵5a用于煤层气井的注水使用。高压注水泵5a通过高压注水管线5b和作业管线5t连接油管3，在注水作业时，将水注入至目的煤层13中。所述的空压机5f用于煤层气井注水完成后返排水使用。空压机5f通过压缩空气注入管线5g和作业管线连接油管3，返排作业时，空压机5f将压缩空气注入井筒内，让水从油套环形空间返排至井口，并通过出口管线和排液出口管线5q送至地面进行回收处理。所述的制冷装置5i用于降低冷剂温度、提供冷剂循环动力。制冷装置5i通过冷剂注入管线5j和油管3相连，冷剂送到目的煤层13换热后，通过油套环形空间返回至出口管线，经过冷剂回收管线5n回到制冷装置5i,实现冷剂循环。制冷装置5i制冷温度范围为0℃～-150℃。所述的冷剂可采用专用的液态或气态冷剂。所述的中控设备5s用于控制注水、返排和制冷等步骤的操作，通过信号传输线缆连接高压注水泵5a、空压机5f、制冷装置5i、压力表5e和高压注水流量计5d本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冰楔调压的煤层气开采方法，其特征是，一、为实现注水冷却作业和采气作业，从地面设计位置向目的煤层(13)的指定位置钻探一口煤层气井作为作业井(8)，在作业井(8)的设计距离内周边钻探一口或多口煤层气井作为采气井(9)；二、在作业井(8)和采气井(9)内分别下入套管(1)，在目的煤层(13)处使用筛管(2)完井；三、在作业井(8)和采气井(9)内分别下入油管(3)，将封隔装置(4)分别下入至作业井(8)中的目的煤层(13)的顶板(14)和底板(15)位置处进行封隔，在井口安装作业系统(5)，其中，作业管线(5t)通过井口装置(6)连接油管(3)，出口管线(5u)通过井口装置(6)连接油套环形空间；四、打开作业系统(5)中的高压注水管线阀门(5c)，利用高压注水泵(5a)将高压清水泵入作业井(8)的目的煤层(13)实施注水作业，直至水压、注入时间和注水量达到设计值，形成一定体积的煤水饱和体，构造人工微裂缝网络；五、注水作业完成后，关闭高压注水管线阀门(5c)，将顶板(14)处的封隔装置(4)解封，并使其下滑到目的煤层(13)的筛管(2)处进行筛孔封堵，打开压缩空气注入管线阀门(5h)和排液出口管线阀门(5r)，利用空压机(5f)向油管(3)内注入压缩空气，将作业井(8)井筒中剩余的水通过油套环形空间排至井口，由排液出口管线(5q)排出，直到井筒剩余水排完后关闭压缩空气注入管线阀门(5h)和排液出口管线阀门(5r)；六、打开冷剂注入管线阀门(5k)和冷剂回收管线阀门(5o)，利用制冷装置(5i)将冷剂送至作业井(8)目的煤层(13)处进行制冷，使目的煤层(13)的温度逐步降低，这样，注入目的煤层(13)中的水逐步从液态变为固态，体积膨胀，从而冲顶目的煤层(13)的顶板(14)和底板(15)，在作业井(8)的目的煤层(13)中形成冰楔，从而使冰楔周围的煤岩内的应力发生变化，使其中吸附的甲烷从吸附状态解析出来成为游离状态；七、打开采气井(9)，利用油套环形空间进行采气，并在井底存在积液时开启潜液泵(7)利用油管(3)及时将积液排出到地面，保持采气井(9)的干燥作业环境；八、在采气井(9)开采处于衰竭状态后，为了把作业井(8)周围目的煤层(13)的煤层气充分采出，可将原作业井(8)冰楔溶解后，将原作业井(8)和采气井(9)进行互换，进行上述步骤三～七，在原采气井(9)目的煤层(13)处重新制造冰楔，将原作业井(8)转为采气井(9)，开始新的产气过程。...

【技术特征摘要】
1.一种冰楔调压的煤层气开采方法，其特征是，一、为实现注水冷却作业和采气作业，从地面设计位置向目的煤层(13)的指定位置钻探一口煤层气井作为作业井(8)，在作业井(8)的设计距离内周边钻探一口或多口煤层气井作为采气井(9)；二、在作业井(8)和采气井(9)内分别下入套管(1)，在目的煤层(13)处使用筛管(2)完井；三、在作业井(8)和采气井(9)内分别下入油管(3)，将封隔装置(4)分别下入至作业井(8)中的目的煤层(13)的顶板(14)和底板(15)位置处进行封隔，在井口安装作业系统(5)，其中，作业管线(5t)通过井口装置(6)连接油管(3)，出口管线(5u)通过井口装置(6)连接油套环形空间；四、打开作业系统(5)中的高压注水管线阀门(5c)，利用高压注水泵(5a)将高压清水泵入作业井(8)的目的煤层(13)实施注水作业，直至水压、注入时间和注水量达到设计值，形成一定体积的煤水饱和体，构造人工微裂缝网络；五、注水作业完成后，关闭高压注水管线阀门(5c)，将顶板(14)处的封隔装置(4)解封，并使其下滑到目的煤层(13)的筛管(2)处进行筛孔封堵，打开压缩空气注入管线阀门(5h)和排液出口管线阀门(5r)，利用空压机(5f)向油管(3)内注入压缩空气，将作业井(8)井筒中剩余的水通过油套环形空间排至井口，由排液出口管线(5q)排出，直到井筒剩余水排完后关闭压缩空气注入管线阀门(5h)和排液出口管线阀门(5r)；六、打开冷剂注入管线阀门(5k)和冷剂回收管线阀门(5o)，利用制冷装置(5i)将冷剂送至作业井(8)目的煤层(13)处进行制冷，使目的煤层(13)的温度逐步降低，这样，注入目的煤层(13)中的水逐步从液态变为固态，体积膨胀，从而冲顶目的煤层(13)的顶板(14)和底板(15)，在作业井(8)的目的煤层(13)中形成冰楔，从而使冰楔周围的煤岩内的应力发生变化，使其中吸附的甲烷从吸附状态解析出来成为游离状态；七、打开采气井(9)，利用油套环形空间进行采气，并在井底存在积液时开启潜液泵(7)利用油管(3)及时将积液排出到地面，保持采气井(9)的干燥作业环境；八、在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世梁，
申请(专利权)人：杨世梁，
类型：发明
国别省市：贵州,52