一種煤層氣熱力開采的原位加熱方法技術

一種煤層氣熱力開采的原位加熱方法，涉及煤層氣熱力開采的方法。解決現有開采方法需對井筒進行保溫改造與維護，給施工帶來較大困難和在特殊地區無法實施的技術問題。本發明專利技術對經過水力壓裂的煤層氣儲層，通過鉆井放置大功率電加熱棒、注水鋼管，溫度與壓力傳感器，并用耐高溫橡膠封隔器進行封堵，通過對煤層注水并利用電加熱棒加熱注入的冷水，將水作為傳熱介質，綜合煤層厚度，滲透性，含氣量等因素，調節煤層注水速率與電加熱棒加熱功率，實現對煤層氣儲層的原位加熱。也為低滲透煤層瓦斯熱力開采提供了有效的原位加熱方法。

In situ heating method for coal seam gas thermal recovery

The invention relates to an in-situ heating method for coal seam gas thermal recovery, which relates to a method for coal seam gas thermal recovery. The existing mining method needs to carry out the thermal insulation reconstruction and maintenance of the shaft, which brings great difficulties to the construction and the technical problems which can not be implemented in the special area. The invention of the coalbed methane reservoir hydraulic fracturing, placing large power electric heating rod, water pipe through the drilling, the temperature and pressure sensor, and high temperature resistant rubber packer sealing, through the water injection in coal seam and use cold water heater into electricity, water as heat transfer medium, integrated coal seam thickness, permeability, gas content and other factors, adjusting the coal injection rate and electric heating power, heating to achieve in situ coalbed gas reservoir. It also provides an effective in-situ heating method for thermal recovery of gas in low permeability coal seam.

【技術實現步驟摘要】
一種煤層氣熱力開采的原位加熱方法
本專利技術涉及煤層氣熱力開采的方法。特別涉及通過煤儲層中放置電加熱棒將注入的冷水加熱，將水作為傳熱介質，實現對煤層加熱的一種煤層氣熱力開采的原位加熱方法。技術背景煤礦瓦斯是一種可燃性氣體。它既是一種寶貴的資源，也是威脅煤礦安全生產的最大隱患。在采礦過程中，瓦斯從煤層內擴散、涌出到礦井的巷道中，當巷道中的瓦斯濃度達到爆炸界限，遇到明火時，就會造成煤礦瓦斯爆炸事故。進行井下本煤層或鄰近煤層的瓦斯預抽采是減少礦井瓦斯涌出量、防治煤礦瓦斯災害的有效方法。公知的煤礦瓦斯對單一煤層或煤層群的主要抽采方法有：煤礦巷道內的本煤層鉆孔抽采、鄰近煤層穿層鉆孔抽采，或頂層巷道抽采方法等；地面實施的垂直井及其相配套的壓裂抽采方法、地面實施的多分支水平井抽采方法。這些常規方法對于較低滲透的煤層幾乎沒有什么效果。目前，國內外許多學者研究了溫度對煤體中瓦斯解吸速度的影響規律。研究發現溫度能提高煤體中的瓦斯解吸速度，有助于煤層氣快速、高效開采。埃克森美孚公司在進行油頁巖原位開采技術研究中，提出了ElectrofracTM的原位地層加熱工藝。該工藝先利用平行水平井對頁巖層進行水力壓裂,向油頁巖礦層的裂縫中填充導電介質,形成加熱單元。導電介質通過傳導把熱量傳遞給頁巖層,使頁巖層內的干酪根熱解,產生的油氣通過采油井采到地面上來。但由于煤層是熱的不良導體，熱量不能在煤層中有效傳導。同時過高的溫度導致煤炭焦化變質。因此，該技術不能應用于煤層原位加熱。CN101503957公開了一種井上下聯合注熱抽采煤層氣的方法，是將高壓過熱水從地面由鉆孔注入加熱煤層。這種加熱方法的缺點在于：一方面，注熱井需要裝配保溫套管減少過熱水熱量沿井壁的散失，而裝配保溫套管增加了施工與井筒維護的難度，同時減小了注水孔的孔徑；另一方面，地面注熱時，安裝加熱鍋爐需要占用一定的土地，并且需要修筑道路，鋪設注熱管路等工程。由于條件的限制，在一些特殊的地區(如山區等)往往無法實施。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種煤層氣熱力開采的原位加熱方法，解決現有開采方法需對井筒進行保溫改造與維護，給施工帶來較大困難和在特殊地區無法實施的技術問題。本專利技術是通過以下技術方案實現的：一種煤層氣熱力開采的原位加熱的方法，其具體步驟如下：①對煤層進行水力壓裂后，由地面施工垂直鉆井或水平鉆井至煤層；②沿垂直鉆井或水平鉆井將電加熱棒放置在鉆井內，所述電加熱棒與由耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜連接至地面；③將內徑30～60mm的注水鋼管由地面布置在鉆井中，使管口放置在電加熱棒附近；④將溫度傳感器、壓力傳感器放置在與注水鋼管同一位置，所述溫度傳感器和壓力傳感器由耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜連接至地面；⑤在垂直鉆井或水平鉆井中的注水管口附近，靠近井口的一側利用耐高溫橡膠封隔器進行封隔；⑥由注水鋼管向煤層注入冷水，并通過壓力傳感器檢測煤層注水壓力；⑦通過地面控制，啟動電加熱棒，對煤層進行加熱，并通過溫度傳感器檢測煤層注水溫度；⑧通過調節注水壓力與電加熱棒加熱功率，使煤層中的水溫達到預定溫度與壓力范圍；⑨高溫高壓水沿煤層壓裂的裂縫滲流，并加熱煤層。進一步，所述步驟①中，由地面施工垂直鉆井時，鉆井至煤層底板；由地面施工水平鉆井時，鉆井至煤層中部。進一步，所述步驟②中，沿所述垂直鉆井將電加熱棒放置在鉆井的底部；沿所述水平鉆井將電加熱棒放置在水平鉆井內。進一步，所述步驟③中，將注水鋼管由地面布置在垂直鉆井中，使管口處于煤層中距離煤層底板1/2至2/3煤層厚度的位置。進一步，所述步驟⑤中，耐高溫橡膠封隔器的阻水壓力不小于H×ρ/9800+15MPa，其中：H為煤層的埋深(米)，ρ為水的密度(kg/m3)。進一步，所述步驟②與④中，耐高溫橡膠封隔器的耐高溫不低于300℃。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點和有益效果：本專利技術對經過水力壓裂的煤層氣儲層，通過鉆井放置大功率電加熱棒、注水鋼管，溫度與壓力傳感器，并用耐高溫橡膠封隔器進行封堵，通過對煤層注水并利用電加熱棒加熱注入的冷水，將水作為傳熱介質，綜合煤層厚度，滲透性，含氣量等因素，調節煤層注水速率與電加熱棒加熱功率，實現對煤層氣儲層的原位加熱。也為低滲透煤層瓦斯熱力開采提供了有效的原位加熱方法。附圖說明圖1是煤層氣垂直鉆井原位加熱開采方法剖面圖；圖2是煤層氣水平鉆井原位加熱開采方法剖面圖。其中：1-頂板、2-煤層、3-底板、4-注水鋼管、5-垂直鉆井、6-溫度傳感器、7-壓力傳感器、8-耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜、9-耐高溫橡膠封隔器、10-耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜、11-電加熱棒、12-水平鉆井。具體實施方式下面將結合附圖和實施例對本專利技術的技術方案進行清楚、完整的描述。實施例1：如圖1所示，在一個厚度為10m，埋藏深度300m的近水平的單一煤層2中，采用本專利技術對煤層進行原位加熱。一種煤層氣熱力開采的原位加熱的方法，其具體步驟如下：①對煤層2進行水力壓裂后，由地面施工垂直鉆井5至煤層底板3；②沿所述垂直鉆井5將電加熱棒11放置在鉆井的底部，所述電加熱棒11與由耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜8連接至地面；③將內徑30～60mm的注水鋼管4由地面布置在鉆井中，使管口處于煤層中距離煤層底板1/2至2/3煤層厚度的位置；④將溫度傳感器6、壓力傳感器7放置在與注水鋼管4同一位置，所述溫度傳感器6和壓力傳感器7由耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜10連接至地面；⑤在鉆孔中與煤層相鄰的頂板1位置采用250℃耐高溫橡膠封隔器9進行深度5m的密封；⑥由注水鋼管4向煤層2注入冷水，并通過壓力傳感器7檢測煤層注水壓力；⑦通過地面控制，啟動電加熱棒11，對煤層進行加熱，并通過溫度傳感器6檢測煤層注水溫度；⑧通過調節注水壓力與電加熱棒加熱功率，使煤層中的水溫達到預定溫度與壓力范圍，實現煤層的一定范圍內的原位加熱。所述步驟⑤中，所述耐高溫橡膠封隔器9的阻水壓力不小于18MPa。實施例2：如圖2所示，在一個厚度為10m，埋藏深度300m的近水平的單一煤層2中，采用本專利技術對煤層進行原位加熱。一種煤層氣熱力開采的原位加熱的方法，其具體步驟如下：①對煤層2進行水力壓裂后，由地面施工水平鉆井12至煤層中部；②沿所述水平鉆井12將電加熱棒11放置在水平鉆井內，所述電加熱棒11與由耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜8連接至地面；③將內徑30～60mm的注水鋼管5由地面布置在鉆井中，使管口放置在電加熱棒11附近；④將溫度傳感器6、壓力傳感器7放置在與注水鋼管4同一位置，所述溫度傳感器6和壓力傳感器7由耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜10連接至地面；⑤在水平鉆孔中注水管口附近靠近井口的一側利用300℃耐高溫橡膠封隔器9進行深度3m的密封；⑥由注水鋼管4向煤層2注入冷水，并通過壓力傳感器7檢測煤層注水壓力；⑦通過地面控制，啟動電加熱棒11，對煤層進行加熱，并通過溫度傳感器6檢測煤層注水溫度；⑧通過調節注水壓力與電加熱棒加熱功率，使煤層中的水溫達到預定溫度與壓力范圍，實現煤層的一定范圍內的原位加熱。所述步驟⑤中，所述耐高溫橡膠封隔器9的阻水壓力不小于20MPa。本專利技術能夠以多種形式具體實施而不脫離本專利技術的精神和范圍，應當理解，上述實施例不限于前述的細節本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種煤層氣熱力開采的原位加熱的方法，其具體步驟如下：①對煤層(2)進行水力壓裂后，由地面施工垂直鉆井(5)或水平鉆井(12)至煤層；②沿垂直鉆井(5)或水平鉆井(12)將電加熱棒(11)放置在鉆井內，所述電加熱棒(11)與由耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜(8)連接至地面；③將注水鋼管(4)由地面布置在鉆井中，使管口放置在電加熱棒(11)附近；④將溫度傳感器(6)、壓力傳感器(7)放置在與注水鋼管(4)出水端同一位置，所述溫度傳感器(6)和壓力傳感器(7)由耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜(10)連接至地面；⑤在垂直鉆井(5)或水平鉆井(12)中的注水管口附近，靠近井口的一側利用300℃耐高溫橡膠封隔器(9)進行深度3～5m的密封；⑥由注水鋼管(4)向煤層(2)注入冷水，并通過壓力傳感器(7)檢測煤層注水壓力；⑦通過地面控制，啟動電加熱棒(11)，對煤層進行加熱，并通過溫度傳感器(6)檢測煤層注水溫度；⑧通過調節注水壓力與電加熱棒加熱功率，使煤層中的水溫達到預定溫度與壓力范圍，實現煤層一定范圍內的原位加熱。

【技術特征摘要】
1.一種煤層氣熱力開采的原位加熱的方法，其具體步驟如下：①對煤層(2)進行水力壓裂后，由地面施工垂直鉆井(5)或水平鉆井(12)至煤層；②沿垂直鉆井(5)或水平鉆井(12)將電加熱棒(11)放置在鉆井內，所述電加熱棒(11)與由耐高溫橡膠封隔器封隔的1號電纜(8)連接至地面；③將注水鋼管(4)由地面布置在鉆井中，使管口放置在電加熱棒(11)附近；④將溫度傳感器(6)、壓力傳感器(7)放置在與注水鋼管(4)出水端同一位置，所述溫度傳感器(6)和壓力傳感器(7)由耐高溫橡膠封隔器封隔的2號電纜(10)連接至地面；⑤在垂直鉆井(5)或水平鉆井(12)中的注水管口附近，靠近井口的一側利用300℃耐高溫橡膠封隔器(9)進行深度3～5m的密封；⑥由注水鋼管(4)向煤層(2)注入冷水，并通過壓力傳感器(7)檢測煤層注水壓力；⑦通過地面控制，啟動電加熱棒(11)，對煤層進行加熱，并通過溫度傳感器(6)檢測煤層注水溫度；⑧通過調節注水壓力與電加熱棒加熱功率，使煤層中的水溫達到預定溫度與壓力范圍，實現煤層一定范圍內的原位加熱。2.根據權利要求1所述的煤層氣熱力開采的原位加熱的方法，其特征在于：所述步驟①中，由地面施工垂直鉆井(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周動，孟巧榮，馮增朝，王辰，郭紀哲，趙陽升，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：山西,14