一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法技术

本发明专利技术属于煤层气采收技术领域，具体涉及一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，包括以下步骤：S1)在煤层上方n处向下钻竖直井至目标煤层深度，分别确定竖直井中注入井、采气井的数量及位置，开挖水平井并联通竖直井，在水平井段使用水压致裂技术，抽水降压；S2)监测煤层的气体压力、组成成分和各气体分压，向注入井注入氮气并在采收井进行采收气体，当产生气体中水蒸气分压几乎为零时，停止采收气体；S3)向注入井注入二氧化碳，封孔，3～5天后再次在采收井进行采收气体，当监测煤层气分压几乎为零时，增大注入二氧化碳至二氧化碳无法继续注入，即可。本发明专利技术利用氮气和二氧化碳的相配合开采策略，大大提高了采收率。

【技术实现步骤摘要】
一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法
本专利技术属于煤层气采收
，具体涉及一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法。
技术介绍
煤层气，又称瓦斯，是成煤过程中的伴生产物，通过有机质热降解生成主要成分甲烷，其绝大多数吸附在煤岩基质颗粒的表面，还有一少部分游离态的存在于煤岩的大小孔隙中，极少的一部分溶解在煤岩地层水里。我国煤层气储量丰富，赋存深度300-2000m，但其储层地质存在低储层压力、低含气饱和度和低渗透率的地质状况，使得煤层气开采难度大。目前，传统水压致裂以进行自然降压开采的方法很难实现完全抽采。二氧化碳增强煤层气(CO2-ECBM)开采是一种新型的非常规煤层气开采策略，基于CO2对煤基的竞争吸附性强于CH4，通过向煤层内注入CO2，以达到驱替煤基中原本存在的CH4，具有驱替效率高，能大幅度提高煤层气的采收率，且二氧化碳作为温室气体之一也可以同时被煤岩地层封存等优点。如唐书恒等人在2006年进行了模拟注二氧化碳增产煤层气实验，表示在二氧化碳的注入过程中，煤层气的解吸效率明显提高，产气周期缩短，注二氧化碳确实提高了煤层气的采收率。但是，随着其注入煤层气储层中会导致煤岩基质发生膨胀，使得煤基质之间的孔喉和裂缝通道变小甚至堵塞，连通性降低，孔隙度和渗透率减小，反而又降低了煤层气的解吸速度，这是目前CO2-ECBM技术所面临的主要挑战。因此，寻找新的替代气体作为驱替气体至关重要。而研究发现，惰性气体如氦气等在通过储层时对煤岩基质的渗透性几乎没有任何负面影响。但氦气在自然界中存量稀少且价格昂贵，不具有实际使用的意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，包括以下步骤：S1)在煤层上方n处向下钻竖直井至目标煤层深度，分别确定竖直井中注入井、采气井的数量及位置，开挖水平井并联通竖直井，在水平井段使用水压致裂技术，抽水降压；S2)监测煤层的气体压力、组成成分和各气体分压，向注入井注入氮气并在采收井进行采收气体，当产生气体中水蒸气分压几乎为零时，停止采收气体；S3)向注入井注入二氧化碳，封孔，3～5天后再次在采收井进行采收气体，当监测煤层气分压几乎为零时，增大注入二氧化碳至二氧化碳无法继续注入，即可。优选地，所述步骤S2中氮气的注入压力为15～20MPa，注入温度为0～3℃。优选地，所述步骤S3二氧化碳的注入压力为依次为3～5MPa、6～9MPa和10～11MPa。优选地，所述注入压力3～5MPa保持2～4天，所述注入压力6～9MPa保持0.5～0.8天，注入压力10～11MPa保持0.1～0.2天。优选地，所述二氧化碳注入过程中使注入速率变化幅度不超过40kg/h，日注入量变化幅度不超过1t/d。优选地，所述步骤S3后还包括煤层气富集；所述煤层气富集的步骤为：将步骤S2和步骤S3的采收气体采用吸附碳分离出煤层气。优选地，所述吸附碳的制备方法包括以下步骤：将β-淀粉酶加入到淀粉水溶液中于55～65℃下水浴2～3h，再将其转移到内衬为聚四氟乙烯的水热反应壶中，180～200℃下反应10～12h，自然冷却到室温，得到焦炭，将焦炭经60～70wt％乙醇和蒸馏水交替冲洗3～5次后，置于80℃下干燥10～12h，即得初始碳材料；将初始碳材料与微晶纤维素、碳酸镁混合，在氮气保护下升温到800℃并保温1～2h，自然冷却到室温后，用0.1mol/L盐酸和蒸馏水冲洗2～3次，100℃下干燥10～12h，即得吸附碳。优选地，所述β-淀粉酶和淀粉的质量比为1:10～12，所述淀粉水溶液中淀粉与水的质量比为1:50～80，所述初始碳材料、微晶纤维素和碳酸镁的质量比为1:0.3～0.5：0.6～0.8。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，利用氮气和二氧化碳的相配合开采策略，氮气注入的过程能驱替煤层中的部分甲烷和水蒸气，使煤基产生净收缩，增强气体通道的流通性能，且能增加煤层的整体孔隙体积以及改善孔隙体积分布，提高煤层的渗透性能；二氧化碳的多级注入能够降低煤层之间的裂缝通道变小甚至堵塞的现象，且还能利用煤基对其的优先吸附性进一步驱替煤层中的甲烷和水蒸气，使采气井的累积产气量可提高22％以上，煤层气资源采收率可提高10％以上。(2)由于本专利技术采收过程中引入了氮气和二氧化碳，使采收气体中的甲烷浓度变低，因而将所得到的采收气体进行吸附分离，经实验一表明，经过吸附碳的采收气体，气相色谱仪检测到1％体积分数甲烷的时间长，而二氧化碳和氮气的时间短，说明在该时间内吸附碳能够大量吸附甲烷，从而实现分离的效果。(3)本专利技术采用的吸附碳经实验二表明，吸附碳具有使用次数高的效果，说明吸附碳的使用寿命长。具体实施方式以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下实施例。一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，包括以下步骤：S1)在煤层上方n处向下钻竖直井至目标煤层深度，竖直井及周边500m内断层不发育，目的煤层厚度大于5m，煤系地层倾角小于15°，井间距为250～300m，分别确定竖直井中注入井、采气井的数量及位置，开挖水平井并联通竖直井，在水平井段使用水压致裂技术，抽水降压；在一种实施例中，竖直井的数量n不少于3个，n＝3或4或5或6；在一种实施例中，竖直井的数量n＝6，当采用单井注入方式，以注入井为中心，注入井周边5口竖直井为采气井；当采用多井注入方式，以垂直于最大主应力方向深部的2～3口竖直井为注入井，边部及浅部3～4口竖直井为采气井；S2)在注入井周边施工1口竖直井监测煤层的气体压力、组成成分和各气体分压，向注入井注入氮气并在采收井进行采收气体，当产生气体中水蒸气分压几乎为零时，停止采收气体；在一种实施例中，氮气的注入压力为15～20MPa，注入温度为0～3℃；在一种实施例中，氮气的注入压力为15MPa，注入温度为0℃；S3)向注入井注入二氧化碳，封孔，3.7天后再次在采收井进行采收气体，当监测煤层气分压几乎为零时，增大注入二氧化碳至二氧化碳无法继续注入，即可。其中，二氧化碳的注入压力为依次为3～5MPa保持3天，6～9MPa保持0.5天，10～11MPa保持0.2天，注入过程中使注入速率变化幅度不超过40kg/h，日注入量变化幅度不超过1t/d。与传统只采用二氧化碳进行采收的方法相比，采用本专利技术的方法使采气井的累积产气量可提高22％以上，煤层气资源采收率可提高10％以上。实施例1步骤S2和步骤S3采收气体的煤层气富集，步骤为：将步骤S2和步骤S3的采收气体采用吸附碳分离出煤层气。吸附碳的制备方法包括以下步骤：将β-淀粉酶加入到淀粉水溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1)在煤层上方n处向下钻竖直井至目标煤层深度，分别确定竖直井中注入井、采气井的数量及位置，开挖水平井并联通竖直井，在水平井段使用水压致裂技术，抽水降压；/nS2)监测煤层的气体压力、组成成分和各气体分压，向注入井注入氮气并在采收井进行采收气体，当产生气体中水蒸气分压几乎为零时，停止采收气体；/nS3)向注入井注入二氧化碳，封孔，3～5天后再次在采收井进行采收气体，当监测煤层气分压几乎为零时，增大注入二氧化碳至二氧化碳无法继续注入，即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)在煤层上方n处向下钻竖直井至目标煤层深度，分别确定竖直井中注入井、采气井的数量及位置，开挖水平井并联通竖直井，在水平井段使用水压致裂技术，抽水降压；
S2)监测煤层的气体压力、组成成分和各气体分压，向注入井注入氮气并在采收井进行采收气体，当产生气体中水蒸气分压几乎为零时，停止采收气体；
S3)向注入井注入二氧化碳，封孔，3～5天后再次在采收井进行采收气体，当监测煤层气分压几乎为零时，增大注入二氧化碳至二氧化碳无法继续注入，即可。


2.根据权利要求1所述深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，其特征在于，所述步骤S2中氮气的注入压力为15～20MPa，注入温度为0～3℃。


3.根据权利要求1所述深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，其特征在于，所述步骤S3二氧化碳的注入压力为依次为3～5MPa、6～9MPa和10～11MPa。


4.根据权利要求1所述深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方法，其特征在于，所述注入压力3～5MPa保持2～4天，所述注入压力6～9MPa保持0.5～0.8天，注入压力10～11MPa保持0.1～0.2天。


5.根据权利要求1所述深部低渗煤层二氧化碳增强煤气层的采收方...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱煜珣，刘金锋，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44