调控解吸扩散的煤层气开采方法技术

一种包括调控煤层气解吸和扩散方法在内的低成本高效率煤层气开发解决方法，由井口设备、远程控制系统和系统控制算法三部分构成，N口井综合组成一个网络，监控管理整个采气区域，综合利用次声波、矩阵控制、大数据等现代技术，整体调控区域煤层解吸和扩散采气，以达到最佳效果。通过控制井口设备以可闻声波以下(含次声波)频率采气，实现在采气生产中持续不间断的给煤层施加这种一定周期波动的压力，使煤层微结构在这种力的作用下产生周期弹性收缩舒张微变形，改变不同的频率和单元整体驱动方案，搜索提炼单元解吸扩散特征，跟踪该特征寻找最佳周期数据，采用最佳周期数据激活地层能量，从而达到低成本快速采出煤层气的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地下能源开采
，尤其涉及到一种煤层气高效开采方法。
技术介绍
煤层气是一种清洁环保能源，储量丰富，但是，从美中两国的开发情况看，比较容易开采的储量大约只占10％，90％的煤层气属于难采煤层气，如果把煤层气做为资源来开发，就必须解决难采煤层气的开采技术问题。已有的排水降压采气工艺，完成的就是解吸→扩散→渗流→采气这样一个串联发生的过程，其单井产量(每天从煤层内部运移到井筒内的煤层气的多少)取决于前3个步骤中最慢的一步。对于难采煤层气井，过了初期的排水期以后，产水很少甚至不产水，产气量进入相对稳定期，这个稳定期也就是低产期。对于这类煤层而言，游离态甲烷气的渗流在其运移中不占主导地位，而解吸和扩散常常成为其运移的主控因素。难采煤层气就难在煤层气的解吸和扩散上，没有其他因素的干预，这两个过程的完成需要很长时间，致使煤层气单井产量低，现在所采用的系列开采技术不能直接调控上述主控因素来提高单井产量，因而并不完全适用于这种煤层的煤层气开发。为了尽快开采煤层气，尽快的完成解吸和扩散，就是尽可能的排出煤层气的水，使煤层气减压，然后就会加快解吸和渗流，为此，人们想了许多办法，其中：CN/201410511073.7公开了一种利用高能声电复合技术提高煤层透气性的方法，通过向钻孔、钻井中注水，将声电复合作用器放置到指定位置，作用器在煤层各个区段反复作用后，起出声电复合作用器等设备，再对煤层钻孔进行抽采。CN/201110027312.8公开了一种基于重复频率冲击波的地面抽采煤层气井改造方法，采用向煤层气井中持续注入本井或邻井抽排出的地下水到井口高度，将高聚能大功率电脉冲装置的井下设备送到煤层，用电脉冲装置的井下设备在每个作业点进行重复频率冲击波处理，处理完毕后起出井下设备，投入排采。上述两种方法有三个问题，一个是低压井注水会损害煤层气的产出，第二个它是一种短期的作业措施，即使在高压井的环境下采用这种方法有效，它的有效期也很短，第三个问题是，受煤层含气吸收影响高压脉冲作用距离不会很远，这就可能造成局部煤层粉碎成粉给后续采气造成困难；CN/201310114263.0公开了一种煤层气降压排采方法及装置，采用SY水环真空压缩机，通过降低井口套压的方式来降低井底流压，继而增加解吸半径，提高单井产量和最终采收率；SY水环真空压缩机的机体中装有适量的水作为工作液；当叶轮旋转时，水被叶轮抛向四周，在离心力作用下形成中心低压区，吸入煤层气，煤层气与水一起进入分离器，分离以后的气体进入采气管线，水再回到泵内循环使用，源源不断抽出井内气体。这种方法有三个问题，一个是水环式真空泵系统抽气效率低，能耗高，经济上不一定合理，另一个问题是产生一个稳定压差以后部分解吸→扩散→渗流通道也会因压差的加大而堵塞和封闭，第三个问题是需要在井口设置汽水分离设备，不仅增加设备投资，也增加了能耗。CN/201310697940.6公开了一种煤层气用的毛细管压力测试系统，为了防止井下液体进入传压筒，传压筒底部安装了单向定压差导通阀，如果通过该阀测量井下压力，只需把供气压力加上一个固定压差就可以了，是一种适合于煤层气井生产的长久压力测试监测系统。该专利技术的问题是：所谓定压差只是阀开启的名义压差，开启程度的不同压差会改变，如果吹扫的气流很小，阀的微渗漏就满足气流通过不产生压差，此时就没有压差，显然，用该专利技术测试井下压力数据是不可靠的，以该数据为据控制排水也是不合理的。从上面的分析可以看出，目前还没有一种调控煤层气解吸和扩散的集中开采解决方法，即便是把现有专利技术简单地组合起来，也无法达到这样的目的。
技术实现思路
本专利技术是针对解决现有问题提出来的，目的是提供一种含有调控煤层气解吸和扩散功能的综合开发解决方法，达到经济高效开采煤层气的目标。煤层气在煤层中的储存和运移方式十分复杂，在多数煤层中80％～90％的甲烷含于煤的致密基质微孔隙中，以吸附状态存在，而地层水主要分布在煤层的割理和裂缝中(一般不进入微孔隙)。吸附状态的甲烷首先要从煤的固体微结构中解吸到表面成为游离气，然后从煤的表面向细微裂缝扩散，在细微裂缝中渗流到大裂缝再渗流运移到井筒，上升到地面成为采出气。本专利技术提供一种包括调控煤层气解吸和扩散方法在内的低成本高效率煤层气开发解决方法，该方法由井口设备、远程控制系统和系统控制算法三部分构成，N口井综合组成一个网络，监控管理整个采气区域，综合利用次声波、矩阵控制、大数据等现代技术，整体调控区域煤层解吸和扩散采气，以达到最佳效果。这种网络最小可以是一口井，最大可以是一个煤层气地质构造单元，通过控制井口设备以可闻声波以下(含次声波)频率采气，实现在采气生产中持续不间断的给煤层施加这种一定周期波动的压力，使煤层微结构在这种力的作用下产生周期弹性收缩舒张微变形，从而改善解吸条件，促进孔隙通道变大联通，通过改变不同的频率和单元整体驱动方案，搜索提炼单元解吸扩散特征，跟踪该特征寻找最佳周期数据，采用最佳周期数据激活地层能量，从而达到低成本快速采出煤层气的目的。一、井口设备所说的井口设备包括但不限于装在采气井口的最佳水位控制装置、波发生器、控制阀、井口控制器。所说的井口设备其中的最佳水位控制装置，包括排水设备和井下水位检测控制装置，根据不同的井下环境，它有两种结构：一种是浮力阀直接检测控制水位的结构，这种结构适合水很少甚至是有时没有水的煤层气井。它的排水原理是液压泵通过管路连接马达带动水泵排水的方法。其特征是：在地面装有动力泵、缓冲罐、流量计、过滤器、过渡水箱，井下装有水力马达驱动的排水泵。井上和井下之间，用两个管道连接起来，两个管道分别是动力液管道和排水管道。动力液管道地面与流量计出口相连接，地下与浮力阀进口连接；排水管道地面与过渡水箱连接，地下与井下泵排水口连接。过渡水箱承载着从井下采出的水，它有至少一个进口、两个出口。进口就是井下排水泵排出的水，先进到过渡水箱内，作为动力液的来源。两个出口是：一个出口是排污口，也是采出井下水的最终排水口，考虑到有利于排沙，装在下部。为了使水箱保持一定的水位，排水的控制方式是由过渡水箱内的浮力阀完成的。另一个出口是清水，经过过滤器过滤以后就是动力液。过滤后的清水送到动力泵的进口，动力泵出口连接缓冲罐，缓冲罐出口接流量计，流量计连接通往井下的动力液管道。经过动力泵加压后泵入密封装有压力仪表的缓冲罐，缓冲罐作为动力泵与井下马达之间的蓄能元件，保持一定的压力，根据缓冲罐的压力控制动力泵的启停。由于水力马达与容积式排水泵是一个机组，这样，马达就驱动水泵排出地下水。井下水位下降，浮力阀就关小，以降低抽水速度，水位上升，浮力阀就开大，加快排水。由于马达和水泵都是容积式相对固定运动轨迹的连接体，马达和水泵容积之间有个固定的比例，这样，地面动力液流量计的瞬时流量就是井下水位排水速度的一次函数，知道了这个流量，也就知道了井下水位与产水量。浮力阀控制动力水的进入量，水位高了，井下泵抽吸的就快，没有水了，控制阀会全部关闭，从而实现了井下水位的最佳控制。另一种井下水位控制结构是通过毛细管测压装置监测水位，然后控制排水速度。其特征是：该测压装置的地面部分装有气源，该气源经过一个节流装置和毛细管与井下带有浮力阀的传压筒相连接。同时，在地面上，下井毛细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括调控煤层气解吸和扩散方法在内的低成本高效率煤层气开发解决方法，该方法由井口设备、远程控制系统和系统控制算法三部分构成，N口井综合组成一个网络，监控管理整个采气区域，综合利用次声波、矩阵控制、大数据等现代技术，整体调控区域煤层解吸和扩散采气，以达到最佳效果；这种网络最小可以是一口井，最大可以是一个煤层气地质构造单元，通过控制井口设备以可闻声波以下（含次声波）频率采气，实现在采气生产中持续不间断的给煤层施加这种一定周期波动的压力，使煤层微结构在这种力的作用下产生周期弹性收缩舒张微变形，从而改善解吸条件，促进孔隙通道变大连通，通过改变不同的频率和单元整体驱动方案，搜索提炼单元解吸扩散特征，跟踪该特征寻找最佳周期数据，采用最佳周期数据激活地层能量，从而达到低成本快速采出煤层气的目的。

【技术特征摘要】
1.一种包括调控煤层气解吸和扩散方法在内的低成本高效率煤层气开发解决方法，该方法由井口设备、远程控制系统和系统控制算法三部分构成，N口井综合组成一个网络，监控管理整个采气区域，综合利用次声波、矩阵控制、大数据等现代技术，整体调控区域煤层解吸和扩散采气，以达到最佳效果；这种网络最小可以是一口井，最大可以是一个煤层气地质构造单元，通过控制井口设备以可闻声波以下（含次声波）频率采气，实现在采气生产中持续不间断的给煤层施加这种一定周期波动的压力，使煤层微结构在这种力的作用下产生周期弹性收缩舒张微变形，从而改善解吸条件，促进孔隙通道变大连通，通过改变不同的频率和单元整体驱动方案，搜索提炼单元解吸扩散特征，跟踪该特征寻找最佳周期数据，采用最佳周期数据激活地层能量，从而达到低成本快速采出煤层气的目的。2.根据权利要求1所说的调控煤层气解吸和扩散方法，其中的井口设备包括但不限于装在采气井口的最佳水位控制装置、波发生器、控制阀、井口控制器。3.根据权利要求1和权利要求2所说的井口设备，其中的最佳水位控制装置，包括排水设备和井下水位检测控制装置，根据不同的井下环境，它有两种结构：一种是浮力阀直接检测控制水位的结构，其特征是：在地面装有动力泵、缓冲罐、流量计、过滤器、过渡水箱，井下装有水力马达驱动的排水泵；井上和井下之间，用两个管道连接起来，两个管道分别是动力液管道和排水管道；动力液管道地面与流量计出口相连接，地下与浮力阀进口连接；排水管道地面与过渡水箱连接，地下与井下泵排水口连接；过渡水箱承载着从井下采出的水，它有至少一个进口、两个出口；进口就是井下排水泵排出的水，先进到过渡水箱内，作为动力液的来源。两个出口是：一个出口是排污口，也是采出井下水的最终排水口，考虑到有利于排沙，装在下部；为了使水箱保持一定的水位，排水的控制方式是由过渡水箱内的浮力阀完成的；另一个出口是清水，经过过滤器过滤以后就是动力液；过滤后的清水送到动力泵的进口，动力泵出口连接缓冲罐，缓冲罐出口接流量计，流量计连接通往井下的动力液管道；经过动力泵加压后泵入密封装有压力仪表的缓冲罐，缓冲罐作为动力泵与井下马达之间的蓄能元件，保持一定的压力，根据缓冲罐的压力控制动力泵的启停；井下水位下降，浮力阀就关小，以降低抽水速度，水位上升，浮力阀就开大，加快排水；由于马达和水泵都是容积式相对固定运动轨迹的连接体，马达和水泵容积之间有个固定的比例，这样，地面动力液流量计的瞬时流量就是井下水位排水速度的一次函数，知道了这个流量，也就知道了井下水位与产水量。浮力阀控制动力水的进入量，水位高了，井下泵抽吸的就快，没有水了，控制阀会全部关闭，从而实现了井下水位的最佳控制；另一种井下水位控制结构是通过毛细管测压装置监测水位，然后控制排水速度；其特征是：该测压装置的地面部分装有气源，该气源经过一个节流装置和毛细管与井下带有浮力阀的传压筒相连接。同时，在地面上，下井毛细管还与差压变送器（传感器）的正压端相连接，变送器（传感器）的负压端与套管压力相连接；井下传压筒内装浮力阀，传压筒内进入液体浮力阀就关闭进气阀，保证测压毛细管内不会进入液体；正常工作时，地面上压力大于井下压力的气源（可以是任何气体）通过节流装置输出一个微小的不间断气流，该气流经毛细管进入井下传压筒，排出传压筒水后进入井下液体中，从地面测得毛细管压力，该压力减去套管压力后再乘以井下流体密度，就得到了井下水位，由此就可以根据水位监测情况控制排水速度。4.根据权利要求1所说的调控煤层气解吸和扩散方法，所说的井口设备其中的波发生器，是煤层气抽吸和压缩设备，它是系统中产生压力波动的执行单元，控制算法控制气体抽吸和压缩设备的运行节律速度，就可以产生一定的采气波动曲线；其中的气体抽吸和压缩设备可以是透平式的设备，也可以是容积式的设备。5.根据权利要求1和权利要求2所说的调控煤层气解吸和扩散方法，其中的井口设备，其特征是：其中的控制阀，是一种管道流体流通控制执...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈久会，
申请(专利权)人：北京昊科航科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11