[發明專利]注氮氣誘發煤層自改造提高甲烷采收率方法

有效

• 申請號: 201810468071.2
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108661603B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 李相臣;康毅力;白佳佳;游利軍
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B43/16;E21B43/26
• 代理公司: 11246 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 夏艷

本發明公開了注氮氣誘發煤層自改造提高甲烷采收率方法，在從煤層中開采甲烷時，下入生產套管至煤層中部，生產套管旁側設置有與氮氣源相連接的注氮氣管線；還設置封隔器，封隔器將煤層頂部與下方的套管環空分隔開；并在煤層頂部和煤層底部進行射孔；打開注氮氣管線上的注氮氣閥門，氮氣通過注氮氣管線注入到封隔器上方的空間，煤巖儲層中的地層水在注入氮氣的驅替下經煤層內流動，然后通過套管底部的射孔進入井底，進行排水降壓。注入到煤巖儲層的氮氣在加速地層水排采的同時，還降低煤層內的甲烷分壓，加快以吸附態賦存于煤層的甲烷發生解吸，甲烷解吸后引起煤基質收縮，煤基質收縮和煤層應力的釋放將產生新的裂縫，使得煤層滲透率提高。

技術領域

本發明屬于煤層氣開采技術領域，涉及通過注入氮氣誘發煤層自改造提高煤層甲烷采收率的方法。

背景技術

近年來，隨著全球能源結構的調整，非常規資源開采的力度逐漸加大。煤層氣作為重要的非常規能源，對其進行經濟高效的開采具有戰略性意義。煤層氣90％以吸附氣的形式存在，因此，成功開發煤層氣的基礎是開采煤層中的吸附氣。

目前煤層氣的開采方式主要分為兩種：①排水降壓法。通過排水使得煤層壓力降低，促進煤層中甲烷的解吸，這種方法簡單實用，但生產周期長，并且在排水降壓后期，煤層壓力降低，實際地層有效應力增加，裂縫閉合，容易誘發應力敏感損害，導致最終的甲烷采收率降低，一般排水降壓最終的采收率不超過原地煤層氣資源的50％。②注入非烴類氣體，與煤層中的甲烷氣體形成競爭吸附或降低游離氣中甲烷的分壓，從而促進甲烷從煤層中解吸，最終提高煤層氣采收率。文獻中關于注入非甲烷氣體提高煤層氣采收率的方式以持續注入為主，注入氣體一般為N₂、CO₂、N₂和CO₂混合氣以及煙道氣等。這種注入方式不僅需要大量的非烴類氣體，而且煤巖儲層中含有大量的水，氣體注入困難，難以保證足夠體積氣量注入煤層，最終的提高采收率效果有限。

發明內容

本發明解決的問題在于提供注氮氣誘發煤層自改造提高甲烷采收率方法，該方法能快速的提高煤層氣的采收效率和最終的采收率。

本發明是通過以下技術方案來實現：

注氮氣誘發煤層自改造提高甲烷采收率方法，在從煤層中開采甲烷時，包括以下操作：

1)鉆穿整個煤層并進行固井完井，然后下入生產套管至煤層中部，生產套管旁側設置有與氮氣源相連接的注氮氣管線；還在距煤層頂部一定深度處設置封隔器，封隔器將煤層頂部與下方的套管環空分隔開；還分別在煤層頂部和煤層底部進行射孔；

2)打開注氮氣管線上的注氮氣閥門，氮氣通過注氮氣管線注入到封隔器上方的空間，氮氣通過封隔器上方開設的射孔進入到煤巖儲層，煤巖儲層中的地層水在注入氮氣的驅替下經煤層內流動，然后通過套管底部的射孔進入井底，通過電潛泵將煤層產出水抽出至礦井外，進行排水降壓；

3)注入到煤巖儲層的氮氣在加速地層水排采的同時，還降低煤層內的甲烷分壓，加快以吸附態賦存于煤層的甲烷發生解吸，甲烷解吸后引起煤基質收縮，煤基質收縮和煤層應力的釋放將產生新的裂縫，使得煤層滲透率提高，煤層甲烷快速滲流到井筒。

進一步的，通過注氮氣管線注入的氮氣壓力應介于煤層水相啟動壓力和破裂壓力之間，根據煤層特性采用間歇注入或連續注入方式，注入量不低于煤層發生自改造作用的臨界注入量。

根據煤層狀況，所述的自改造發生的臨界注入量由煤層自改造室內物理實驗和/或數值模擬實驗確定。

所述射孔的開設為：

在封隔器上方煤層頂部的射孔，應能將頂部煤層全部打開，射孔密度依據封隔器下入深度而定，射孔深度不低于1m；

在煤層底部的射孔，要保證射孔位置處于煤層底部，射孔打開煤層高度控制在0.5m以上，射孔深度不低于1m。