低透性煤层气储层循环冻融增透方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤层气抽采技术领域，特别是利用循环冻融的方法提高低透性煤层气储层的透气性原位增透方法。
【背景技术】
[0002]煤层气(亦称瓦斯)作为一种非常规清洁能源在中国一次能源消费中的战略地位正逐步凸显。积极推进煤层气抽采技术不仅可以解决煤炭行业的安全生产问题，也可以在很大程度上缓解日益紧张的能源结构危机。随着井工开采深度的延伸，地应力随之加大，煤层的透气性降低，抽采难度随之增大。国内外专家学者对于煤层气抽采技术展开广泛的研宄，国外常用的煤层气抽采技术包括排水采气技术、储层激励增产技术、储层模拟技术以及地面钻孔水力压裂技术。国内自主设计的垂直井压裂和多分支水平井工艺，以及液氮压裂、二氧化碳注入、洞穴完井技术也已进入工业性实验阶段。受我国煤层气赋存条件和成藏机理制约，现有的技术尚不能完全有效的解决低透性煤层气的高效抽采。
[0003]中国专利200810079794.X公开了一种加热煤层抽采煤层气的方法，通过多个垂直钻井对采气生产井进行排水降压抽采煤层气与水蒸气的混合气体，随后对煤层气与水蒸气的混合气体冷却后得到气态的煤层气与液态的蒸馏水，实现混合气体分离继而抽采煤层气。对于埋藏深度较大且吸附性强的煤层气，通过加热并不能有效的将煤层气从煤储层中有效的驱离。
[0004]中国专利ZL200520018054.7公开了一种开采煤田内煤层气的井筒封闭式煤层气抽采井，由连接地面与煤层的井筒、煤层内连接井筒的煤巷和自煤巷施工的多条煤孔构成，井筒内铺设连接煤巷与地面抽气泵的气管。井筒内有封闭井盖将煤巷封闭，煤层内的煤层气进入煤孔、煤巷、气管被地面抽气泵抽至地面。对于低透性煤层气而言，需要施工的煤孔数目将显著增加，工程量大，抽采周期长。
[0005]为此，本发明提出一种利用岩石冻融破坏机理增加低透性煤层透气性的方法，通过水压致裂的方法向煤层气储层中注入液态水，然后向提前打设在煤层气储层中的冷冻井中注入冷冻液将煤层气储层中的液态水进行冷冻。随后通过射频加热的方法将冷冻后的液态水解冻，在冻融过程中液态水热胀冷缩，从而使煤层气储层中围岩介质产生新生裂隙。重复上述过程，直至反复冻融作用使得煤层气储层中的岩体松散破碎，从而产生大量的人为裂隙，使吸附在煤层气储层中的煤层气驱离，从而实现增加透气性的目的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种操作简单、地质条件适应性强的低透性煤层气储层增透方法，克服现有技术存在的技术难点，实现低透性煤层气的安全高效抽采。
[0007]本发明所述的低透性煤层气储层循环冻融增透方法为:首先从地面向预抽采区域打设冷冻井，在冷冻井中布置射频加热器，并施工与射频加热器连通的射频加热管网。随后在预抽采区域施工水压致裂钻孔，通过水压致裂设备将液态水压入到煤层气储层中细小的原生裂隙中，在压力作用下产生新生裂隙。采用注入冷冻井中的冷冻液对流动在原生裂隙和新生裂隙中的液态水进行冷冻。当所有液态水固结成冰后，通过布置在冷冻井中的射频加热器对预抽采区域进行加热，使固态水溶化，在融化过程中液态水的热胀冷缩作用可以使预抽采区域内的围岩介质产生更多新生裂隙，液态水在贯通的裂隙中自由移动。循环此过程多次，可以使得煤层气储层中的围岩介质产生更多的新生裂隙，原来吸附在煤层气储层中的煤层气开始驱离，从而实现增加透气性的目的。
[0008]本发明所述的低透性煤层气储层循环冻融增透方法，其特征在于。
[0009](I)在地面圈定预抽采区域后，向煤层气储层垂直施工冷冻井。冷冻井间距在20-25米之间。
[0010](2)通过注入冷冻井中_50°C的冷冻液对水压致裂钻孔中液态水压裂围岩介质后产生的新生裂隙进行冷冻。
[0011](3)冷冻井内布置有与射频加热管网连通的射频加热器，通过布置在地面的地面变电站提供动力，用于对冷冻后的液态水进行加热解冻。
[0012](4)从地面施工水压致裂钻孔，钻孔间距在20-25米之间，水压致裂钻孔在施工垂直方向钻孔的同时适当的增加部分水平钻孔，分段进行水力压裂。
【附图说明】
[0013]下面结合附图进一步说明本发明。
[0014]图1是本发明冷冻井及密闭管网布置示意图。
[0015]图2沿图1中A-A的剖面图。
[0016]图3是本发明水压致裂钻孔布置剖面图。
[0017]图4是本发明反复循环冻融后的效果剖面示意图。
[0018]图中:1_地面；2_预抽采区域；3_地面变电站；4_水压致裂设备；5_冷冻井；6-煤层气储层顶板；7_煤层气储层底板；8_射频加热器；9_冷冻液；10_射频加热管网；11_水压致裂钻孔；12_煤层气抽采钻孔；13_液态水；14_原有裂隙；15_新生裂隙。
【具体实施方式】
[0019]图1，图2给出了冷冻井及密闭管网布置示意图以及剖面图。如图所示，在地面
(I)确定预抽采区域(2)后，按25米的间排距施工垂直于地面(I)的冷冻井(5)，当冷冻井(5 )到达煤层气储层底板(7 )时停止施工。-50 0C的冷冻液(9 )注入冷冻井(5 )，将布置在地面(I)的水压致裂设备(4)通过水压致裂钻孔(11)注入预抽采区域(2)的液态水(13)进行冻结，由地面变电站(3 )供给动力的布置在冷冻井(5 )中的射频加热器(8 )通过射频加热管网(10)对煤层气储层顶板(3)和煤层气储层底板(4)之间的已经冻结的液态水(13)进行加热，循环往复，实现预抽采区域(2)内岩石的冻融破坏。
[0020]图3给出了水压致裂钻孔施工示意图。如图3所示，在预抽采区域(2)施工水压致裂钻孔(11)，当到达煤层气储层顶板(6)和煤层气储层底板(7)之间时，施工水平方向的水压致裂钻孔(11 )，采用布置在地面(I)的水压致裂设备(4)将液态水(13)注入预抽采区域(2)，在原有裂隙(14)的基础上产生新生裂隙(15)，液态水(13)可在原有裂隙(14)和新生裂隙(15)中自由流动，煤层气可通过贯通地面的煤层气抽采钻孔(12)抽出地面(I)。
[0021]图4给出了本发明反复循环冻融后的效果剖面示意图。通过冷冻液(9)对预抽采区域(2)内的围岩介质进行冷冻后使用射频加热器(8)进行解冻，煤层气储层顶板(6)和煤层气储层底板(7)之间的围岩介质热胀冷缩，最后破碎，新生裂隙(15)和原有裂隙(14)贯通，吸附在煤层气储层顶板(6)和煤层气储层底板(7)之间煤层气透气性得到有效的增强。
【主权项】
1.一种低透性煤层气储层循环冻融增透方法，其特征在于: Ca)在地面圈定预抽采区域后，向煤层气储层垂直施工冷冻井，冷冻井间距在20-25米之间； (b)通过注入冷冻井中_50°C的冷冻液对水压致裂钻孔中液态水压裂围岩介质后产生的新生裂隙进行冷冻； (C)冷冻井内布置有与射频加热管网连通的射频加热器，通过布置在地面的地面变电站提供动力，用于对冷冻后的液态水进行加热解冻。
【专利摘要】本发明低透性煤层气储层循环冻融增透方法通过水压致裂的方法向煤层气储层中注入液态水，然后向提前打设在煤层气储层中的冷冻井中注入冷冻液将煤层气储层中的液态水进行冷冻。随后通过射频加热的方法将冷冻后的液态水解冻，在冻融过程中液态水热胀冷缩，从而使煤层气储层中围岩介质产生新生裂隙。重复上述过程，直至反复冻融作用使得煤层气储层中的岩体松散破碎，从而产生大量的人为裂隙，使吸附在煤层气储层中的煤层气驱离，从而实现增加透气性的目的。该方法操作简单、地质条件适应性强，克服了现有技术存在的技术难点，可实现低透性煤层气的安全高效抽采。
【IPC分类】E21B43-24, E21F7-00, E21B43-26, E21B36-00, E21B36-04
【公开号】CN104712302
【申请号】CN201510173050
【发明人】赵红超, 张晓雷, 张志强, 帕力旦·努尔麦麦提, 温颖远, 刘洪林, 吕金星, 蒋振华, 王广辉
【申请人】新疆大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月14日