[發明專利]深層煤氣化天然氣開發體系

無效

• 申請號: 201010573568.4
• 申請日: 2010-12-06
• 公開（公告）號: CN102486084A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發明（設計）人: 熊斌輝;熊琦;楊貝琦
• 申請（專利權）人: 熊斌輝
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295;E21B49/00;E21B33/03;E21B43/243
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

煤田開發和天然氣開發。

背景技術

??水平鉆井技術，隨鉆對接技術，三維地震勘探技術，四維地震勘探技術，井間地震勘探技術。

發明內容

開發對象：地層深部煤田。地層深度大于500米，目前采煤技術難以達到深部煤田。

?開發方式：將兩井對接，形成“U”形通風井。先通空氣將深部煤層點燃，升溫，然后再通高溫、高壓水蒸氣，讓水蒸氣與煤反應氣化成天然氣開采。與目前常規機械采煤不同，采出的是天然氣，不是煤。與地面氣化天然氣技術不同，天然氣是在地層中直接氣化。不用采煤也不用建氣化廠。與廢棄礦井氣化天然氣不同，第一，煤層是原始煤炭，不是機械開發后的殘余煤炭；第二，深度大；第三，燃燒室不是廢棄巷道，是井孔；第四，也是最重要的一點高壓氣化，壓力一般大于100個大氣壓，以保證產出的甲烷，而不是水煤氣。

原理：在高溫高壓條件下碳與水蒸氣反應形成二氧化碳和甲烷，化學平衡兩邊的氣體分子各兩個，左邊2個水汽分子，右邊1個甲烷和一個二氧化碳。體積基本不變，還減少了很少很少一點點，因為煤炭氣化了。

??2C?+?2H₂O?=?CO₂+?CH₄

在高溫常壓條件下碳與水蒸氣反應形成一氧化碳和氫氣，化學平衡兩邊的氣體分子增加一倍，左邊2個水汽分子，右邊1個甲烷和一個二氧化碳。

??C?+?H₂O?=?CO+?H₂

油氣勘探實踐表明，巖石封閉強度很高，超高壓氣田氣體壓力是靜水壓力的2倍以上。巖石破裂力范圍一般是靜水壓力的1.5-2.3倍。破裂壓力的高低與巖石的成巖程度和圍壓有關，中國的煤層基本為中生界和古生界煤層，巖石老，成巖程度，圍巖破裂壓力高。深部地層圍壓大，破裂壓力高。較淺的煤層圍壓也是曾經深埋過的，雖然絕對值降低，但相對靜水壓力比值升高。?一般情況下500米以上的煤層圍巖破裂壓力均大于100大氣壓。能夠滿足地下高溫高壓煤層氣化天然氣條件。

開發體系由以下系統組成：

1.?鉆井對接系統

在三維地震勘探和探井已經確認了煤層空間展布的條件下。用隨鉆測井技術（LWD）沿煤層鉆水平井。用隨鉆對接技術（JWD）實現兩井直接對接（內容詳見JWD鉆井技術專利申請，申請號為201010299101.5）。

2.?氣化監測系統

煤層氣化的結果會導致井孔加大。常壓下巖石的強度可以支撐直徑大于1米的巷道。高壓對巷道的支撐可以使這個巷道更大。空氣波阻抗比地層小很多，所以它們之間是一個很強的反射界面。地震分辨率與地震波長有關，地震可探測1/16波長的巷道存在，能夠確認1/4波長的巷道尺寸。現在地面地震（附圖1）在1000米的主頻可以達到100HZ，1/4波長大約1米左右。所以煤層氣化形成的直徑1米以上的巷道就可以通過地面地震探測。按特定時間間隔連續進行三維地震勘探——四維地震勘探就可以檢測煤層的氣化過程。如果利用井間地震縮短距離可以提高接收頻率，實現更高精度監測。

3.?氣化控制系統

?通過控制入口水蒸氣的流量、溫度和壓力，以及出口的流量和壓力控制煤層的氣化范圍及其溫度壓力，這樣就能控制煤層的氣化速度和范圍，以及氣化后頂板陷落范圍和速度。流量、溫度和壓力越大，氣化速度越快。氣化慢陷落慢，壓力高陷落慢。根據煤層氣化監測的結果和經驗總結的理論調節出入流體參數，使煤田的可控開采。

注蒸汽井井口設備包括水管網，天然氣蒸汽發生器，蒸汽增壓機，蒸汽流量計、壓力計和溫度計。井下蒸汽流量計、壓力計和溫度計，井下蒸汽電力增溫器。電力和通訊纜線，計算機控制系統。

采天然氣井口設備包括，防噴器，采氣管匯，天然氣管網，天然氣流量計、壓力計和溫度計。流量和壓力控制閥門。井下天然氣流量計、壓力計和溫度計。電力和通訊纜線，計算機控制系統。

4.?整體開發系統

矩陣式布井，工廠化接替開發。一次整體布井，批鉆井，批完井，注蒸汽井與采天然氣井接替向前。該片煤層采完后，采氣井變為注蒸汽井，為下一口采氣井注蒸汽。通常情況下煤田存在多煤層，為此整體設計，整體實施，分層分階段開發。多個煤層一批次鉆井。然后由上而下，逐層開發。下層的井先用著井間地震監測上部井氣化情況。同時上部煤層燃燒提高圍巖溫度，使其下煤層的吸附氣變為游離氣，并促進了生氣反應。這樣下部煤層游離氣壓力升高與井孔之間產生巨大的流體壓差，形成微裂隙為生產煤層氣提供了條件。如果臨近的上下地層存在富有機質頁巖，也可以考慮開發頁巖氣使得資源全部得到利用。與普通煤層氣和頁巖氣開發不同，通常不進行壓裂，以免破壞圍巖的封閉性。?