复杂煤系地层双水平井循环注CO2垂向驱煤系气的开采方法与流程

本发明涉及一种煤系气的开采方法，尤其是一种复杂煤系地层双水平井循环注co2垂向驱煤系气的开采方法，属于煤层气地面开采。

背景技术：

1、深部煤系气的由于环境复杂因此不好开采，同时深部煤系储层能够封存大量co2。现有技术中，以鄂尔多斯盆地与沁水盆地为代表的co2驱煤层气工程普遍采用的“u”型井或一注多采的开发方式，即co2注入与抽采在同一水平段/水平面上，且目的层普遍为煤层，并未涉及煤系地层中其他含气储层，如页岩气、砂岩气等。这些工程实践的效果大多不理想，单靠注入压力驱使co2置换、驱替ch4效果有限，煤层气采收率的提升幅度较小，co2的封存量较少，大量co2被空排。

2、公开号为：cn115653561a的一种煤系气储层直井甲烷原位分层燃爆压裂造储方法，具体步骤为：从地表向目标储层施工直井并穿过所有目标储层，从直井井筒向特定层位施工分支井；采用封隔器对分支井进行密封，同时对分支井内的甲烷压力进行实时监测；当分支井内甲烷压力达到指定压力时，输入助燃剂，并将直井注满水，然后点燃甲烷-助燃剂混合体系，在分支井周围构建裂缝网络；由下向上在目标储层内逐层进行燃爆压裂，直到整个目标区域均完成燃爆压裂，在目标区域构建大范围的人工储气层；排干直井内的水后开始抽采甲烷气体。需要设置多个不同深度的抽采管才能实现多地层的开采，施工复杂且不现实。

技术实现思路

1、技术问题：本发明的目的是克服传统水平向co2驱煤层气效果不显著，煤层气资源采收率提升幅度小，大量co2空排，煤层气开发经济效益差的问题，提供一种复杂煤系地层双水平井循环注co2垂向驱煤系气的开采方法。

2、技术方案：为了实现上述目的，本发明的一种复杂煤系地层双水平井循环注co2垂向驱煤系气的开采方法，步骤如下：

3、a、选择深部复杂煤系地层为目的层，在目的层赋存区域的地面垂直施工立井，并在目的层的顶部施工造斜段，沿目的层的顶部施工水平段，形成具三开井身结构的抽采水平井；

4、b、对抽采水平井完成固井，对抽采水平井的下方进行分段射孔、压裂，从而在目的层内形成自顶部向内的目的层压裂缝网，压裂深度不能穿透整个目的层；压裂完成后，向抽采水平井中下抽采管道，采管道设置有排采泵，对目的层进行煤系气的前期抽水降压抽采；

5、c、在距离抽采水平井井口处50-100米旁垂直施工立井直至目的层底部深度，之后通过造斜段沿着目的层底部施工水平段，形成三开井身结构的co2注入水平井，完成固井后，在水平段设置co2注入水平井段筛管，之后向co2注入水平井中下co2注入管道直至水平段末端，并在造斜段与水平段之间位置设置封隔器；

6、d、在co2注入水平井井口处设置液态co2气源并与co2注入管道连接；

7、e、在抽采水平井产气量达到峰值后，开始向co2注入水平井中持续注入液态co2，液态co2从co2注入管道端部排出并受到封隔器封堵则在co2注入水平井段筛管的作用下扩散，其中部分co2被吸附储存在周围岩层中以及部分目的层中，部分co2则在层压裂缝网辅助下对目的层中的ch4驱替、置换，液态co2在目的层底部高压向顶部低压的扩散，并在气液两相流中气体向上部运移的浮力作用，驱赶ch4进入抽采水平井中；

8、f、重复步骤e，co2注入水平井注入的液态co2在目的层中气化并经过孔裂隙通道向上移动直至进入抽采井中，此时通过地面的co2分离机将co2与ch4等气体分离开，经过co2液化泵的液化，注入至co2储罐中，实现co2的循环注入；

9、g、最后，当抽采水平井抽采出的中ch4含量低于阈值后，对抽采水平井实行闭井，co2注入水平井仍可继续注入，直至井底压力达到地应力，从而在目的层中封存co2。

10、进一步，目的层为深部复杂煤系地层，为多类煤系气储复合层，包括煤层、砂岩层、页岩层，目的层不含有隔绝co2致密的封隔层，目的层厚度在40米左右，即控制两口水平井段垂向间距为40米左右，且目的层内无致密封隔层。

11、进一步，三开井身结构的煤系气抽采水平井首先施工垂直井段至目的层上部松散地层，在垂直钻井中下表层套管固井；之后造斜钻进至目的层顶部中，下技术套管固井；钻进于目的层顶部后沿目的层顶部水平在顶板中钻进800～1000m，完钻后水平段下生产套管固井。

12、进一步，煤系气抽采水平井采用分段水力定向射孔实施水平段压裂，在目的层的顶板指向底板方向进行射孔压裂，设定每个射孔段间距25m，单个水力射孔段长度不超过目的层厚度的2/3，以免影响co2注入水平井稳定性。

13、进一步，三开井身结构的co2注入水平井首先施工垂直井段钻进至目的层上部松散地层，在垂直钻井中下表层套管固井；造斜钻进至目的层底板中，下技术套管固井；钻进于目的层底板中，沿着底板水平钻进800～1000m，co2注入水平井水平段方向与抽采水平井水平段保持平行，完钻后下生产套管固井，水平段下co2注入水平井段筛管完井。

14、进一步，在抽采水平井排水降压抽采一段时间后，井口压力控制稳定在12mpa，当产气量开始衰减时，开始向co2注入水平井中注入液态co2，co2初始注入速度80t/d，当co2注入水平井的井口压力低于20mpa时，以2t/d增注方式逐步提高co2注入水平井的井口压力；之后不断调整co2注入速度以保持co2注入水平井井口压力恒定在20mpa，以确保目的层顶部与底部之间存在压力差，促使co2能在垂向上更好的驱替ch4进入抽采水平井中。

15、进一步，co2气源包括相互连接的co2储罐和柱塞泵，其中co2储罐上设有液态co2储罐温压表，co2储罐的入口上设有储液态co2总闸阀，储液态co2总闸阀通过液态co2罐车闸阀实现与液态co2罐车对接，co2储罐的输出通过液态co2运输管道与柱塞泵连接，柱塞泵上连接有电动机，液态co2运输管道上设有输液态co2第一闸阀，柱塞泵与液态co2注入管道端部连接，液态co2注入管道端部上依次设有液态co2流量计、输液态co2第二闸阀和注液态co2压力表。

16、进一步，煤系气抽采管道位于地面的端部连接有抽油机，抽油机通过气体运输管道连接有co2分离机，气体运输管道上设有产气总阀，co2分离机设有co2输出管道和ch4输出管道，co2输出管道与co2液化泵连接并设有分离co2闸阀，ch4输出管道上设有分离ch4闸阀，co2液化泵输出口通过管路与储液态co2总闸阀连接，管路山设有co2液化泵闸阀。

17、进一步，当抽采水平井采出的气体中ch4含量低于10％时，对抽采水平井实施关井，co2注入水平井仍可继续运行，以实现复杂煤系地层封存co2的目的。

18、有益效果：由于采用上述技术方案，本发明克服了传统水平向co2驱煤层气效果不显著，煤层气资源采收率提升幅度小，大量co2空排，煤层气开发经济效益差的问题。首先，目的层可包括煤层、页岩层、砂岩层等多类储层，能够适应复杂地层，较目前单一的煤层驱替封存范围更广。其次，在co2对ch4的驱替、置换作用，底板高压向顶板低压的扩散作用，以及气液两相流中气体向上部运移的浮力作用等多种力的作用下，煤系气被驱赶的动力大大增加，显著提高了煤系气采收率。再次，通过地面的co2分离机，将抽采出来的co2分离、液化，并重新注入地底，大大减少了co2的空排。最后，抽采完煤系气的深部煤系地层中吸附了大量co2，实现了深部煤系地层对co2的封存，显著提高了煤系气开采的经济、环境及社会效益。