[發明專利]一種煤層氣與煤共采方法

有效

• 申請號: 201210356627.1
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN103670338A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 陳峰;張樹川;甘中學
• 申請（專利權）人: 新奧氣化采煤有限公司
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B43/295;E21B43/26;E21B43/16;E21F7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王旭

技術領域

本發明涉及一種新型地下含碳有機礦物儲層的開采工藝，更具體地是地下煤層氣和煤炭的共采方法。

背景技術

煤炭是我國的主要能源，在一次能源構成中占比70％左右，而且資源總量相對豐富，預測資源總量約4.5萬億噸(2000米以淺)，其中賦存深度在600米以淺的資源量僅占比25％左右，就目前煤礦開采深度(400米)估計，我國地下煤炭預測總資源量中至少還有大約80％的煤炭資源還沒有被開發和利用，深部煤炭資源的開發將是一項長期的工作。隨著開采深度的增加，煤炭的伴生資源-瓦斯(也稱煤層氣)含量亦迅速增大，據煤層氣資源評價，我國埋深2000米以淺煤層氣地質資源量約為36萬億立方米，居世界第三位，與陸上常規天然氣資源量相當。

盡管我國煤層氣資源豐富，但我國煤層氣賦存條件區域性差異大，多數地區呈低壓力、低滲透、低飽和特點，除沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣外，其他地區目前實現規模化、產業化開發難度大。而且高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井多，隨著開采深度加大，地應力和瓦斯壓力進一步增加，井下抽采難度增大。不僅如此，隨著開采深度的不斷增加，地質環境更加復雜，地應力增大、涌水量加大、地溫升高，導致突發性工程災害和重大惡性事故增加，如礦井沖擊地壓、瓦斯爆炸、礦壓顯現加劇、巷道圍巖大變形、流變、地溫升高等，對深部資源的安全高效開采造成了巨大威脅。因而無論是從采煤過程中安全需求的角度考慮，還是從提高煤炭資源利用率，促進煤炭工業可持續發展的角度考慮，都必須研究和解決難采煤及煤層氣的開采和利用問題。

公開的資料顯示，煤炭地下氣化技術可以將賦存在地下的煤層進行可控燃燒，通過熱解作用和化學作用，產生可以有效利用的氣體能源，從而實現對煤炭的原位氣化開采，該技術對于淺部煤層的氣化取得了相當大的成功，并在前蘇聯實現了商業化運行。上世紀石油危機后，歐洲部分國家曾采用煤炭地下氣化技術，從不能用常規方法開采的深部煤層取得能源，其中1978年～1986年，比利時和德國聯合在比利時的圖林首次進行了深部煤層地下氣化試驗(煤層深度為860m)；1988年，歐盟的6個成員國建立了歐洲地下煤炭氣化工作組，于1998年在西班牙特魯埃爾礦區進行了中等深部煤層地下氣化(煤層深度為550～650m)試驗，驗證了歐洲深部煤層地下氣化技術的可行性。

煤炭地下氣化技術是目前開采深部煤炭資源最有效的技術，但是現有煤炭地下氣化技術通常僅僅考慮煤層的氣化，而隨著煤炭開采深度的增加，煤層氣含量將迅速增大，因而不可避免的會遇到煤層氣的抽采問題，具體問題包括：(1)對于煤層氣富集的煤層來說，如果直接實施煤層的氣化，會存在安全方面的威脅和資源的浪費等問題；(2)如果采用常規的煤層氣開采手段，而不考慮與地下氣化技術的結合，那么后續實施煤炭地下氣化，則會存在鉆孔等功能的重疊，和投資成本的增加等；(3)向煤層中注入CO₂可以提高煤層CH₄的采收率，但僅在煤層氣抽采初期可以調高煤層氣產量，但是后期裂隙容易閉合，煤層氣產量下降很快；(4)作為氣化過程的中間體及產物組成之一，CO₂參與了一系列的氧化還原反應，是出口煤氣中的重要組分，含量約占15～60％，是關系煤氣熱值和有效組分含量的重要因素之一，但是現有工藝通常沒有考慮CO₂的回收與利用。

發明內容

本發明人發現，煤層氣抽采與煤炭地下氣化在鉆孔、壓裂、增隙改造等工藝環節存在一些相似性和協同效應，可以將煤炭地下技術與煤層氣抽采技術結合起來綜合考慮地下煤炭資源和煤層氣資源的協同開發利用。一方面，可以利用煤炭地下氣化產生的高溫介質加熱煤層，高溫下煤層氣中CH₄吸附能力大大降低，同時熱能在向煤層傳遞的過程中氣體受熱膨脹，有利于建立生產壓差，從而提高煤層氣滲流速度；另一方面，前期煤層氣壓裂增產、排水降壓等過程，使煤層透氣性提高，將有利于煤炭地下氣化工藝的火區的建立和后續氣化過程的進行，同時煤層受熱后滲透性可以提高2～10倍，因而更有利于促進CH₄解吸。另外，從產品角度看，二氧化碳和甲烷分離的成本較氮氣和甲烷的分離成本低，煤氣中的一氧化碳和氫氣可以直接合成甲烷，其最終產品和煤層氣一樣都是甲烷。可見，煤層氣抽采可以同地下氣化相結合，兩者相互促進，相互協同，既可以提高煤層氣的采出率，同時由于提高了煤層的透氣性，增加了反應表面積，又有利于煤炭地下氣化反應的進行。