[发明专利]注氮增产煤层气的压力控制程序和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种注氮增产煤层气的压力控制程序和方法。具体地，本发明涉及一种从一口或多口与煤层连通的井(以下简称为“注氮井”)向煤层注入氮气，促进烃类气体解吸，从与煤层连通的多口井(以下简称为“生产井”)采集产出的烃类气体以及烃类气体与氮气的混合气体，增解增产煤层气时，使用的压力控制程序和方法。

背景技术

煤层气是煤层中的可燃性烃类气体，又称为瓦斯，其主要成分是甲烷。煤层气既是天然气清洁能源，又是导致煤矿瓦斯突出和爆炸的原因。据报道，在煤炭资源丰富的中国、美国、加拿大、澳大利亚等国家，煤层气资源量大于或相当于常规天然气资源量。煤层气是人类重要的新的清洁能源。

95％以上的煤层气以吸附态赋存在煤层中，呈液体薄膜附着在微孔隙表面，不能自由移动，另有不到5％的煤层气以自由态赋存在孔隙、割理、裂隙空间中。当前开发煤层气的主流技术是“钻井-压裂-排水-降压-采气”技术模式，依靠压裂增大煤层渗透率，依靠排水降低煤层压力促进煤层气解吸。但是，大多数煤层的原始渗透率小于1毫达西，并且力学强度小，压裂增加渗透率的效果不明显。此外，如果煤层力学强度小，由于煤层的塑性特征，压裂增大渗透率的效果不能持久；如果煤体结构受成煤期后地质构造运动影响而破坏，煤粉严重，那么，压裂增大渗透率的效果也不能持久。尽管煤层气资源量巨大，2013年世界煤层气资源量超过260万亿立方米，远大于世界常规天然气探明储量187万亿立方米，但是世界煤层气产量微乎其微，2013年世界煤层气总产量不到700亿立方米，仅仅是世界常规天然气产量3.38万亿立方米的2.1％。煤层气储量如此之大而产量如此之低，是因为当前使用的“钻井-压裂-排水-降压-采气”技术模式只能开发少数渗透率高、力学强度适中的优质煤层气储层，不适用于绝大多数煤层气储层。因此，需要发展新的煤层气开发技术。

Puri和Stein提出一种增产煤层气的方法，该方法从一口注氮井向煤层注入惰性气体，例如，氮气，从一口或多口生产井获得煤层气，能够提高煤层气产量(参见RajenPuriandMichaelH.Stein，1988年，Methodofcoalbedmethaneproduction，美国专利号4883122)。该专利方法要求“注氮压力充分地保持恒定不变(whereintheinjectionpressureismaintainedsubstantiallyconstant.)”，“注氮压力小于煤层气储层破裂压力但是大于煤层气储层的初始压力(whereintheinertgasisinjectedatapressurelessthanreservoirpartingpressurebutgreaterthaninitialreservoirpressure.)”。

虽然在理论上向煤层注入的气体可以是任何惰性气体或不与煤层发生化学反应的气体，但是在实践上向煤层注入的气体常常是高纯度氮气和以氮气为主要成分的混合气体，例如，烟囱气、高炉气等。这主要是因为：(1)获得高纯度氮气的成本低廉，而获得其他惰性气体或不与煤层发生化学反应的气体的成本相对昂贵。(2)由于烟囱气、高炉气的主要成分是氮气和CO₂，向煤层注入烟囱气、高炉气，在增产煤层气的同时，又有碳埋藏、抵消二氧化碳排放量的双重益处。但是，煤层对CO₂的吸附能力强，煤层吸附大量CO₂后对采煤的危害很大，因此，注烟囱气、高炉气不能应用于可开采煤层，而应当应用于埋藏深度大的不可采煤层。

Puri和Stein的专利方法要求“注气压力充分地保持恒定不变”，“惰性气体被以小于煤层气储层破裂压力但是大于煤层气储层的初始压力的压力注入(煤层)”。Puri和Stein的专利方法没有被世界煤层气行业使用，原因之一是，实际上，该专利方法对注氮压力的要求仅适用于渗透率高的优质煤层气储层，对绝大多数煤层气储层是不正确的，无法实施的。

本发明提供的注氮增产煤层气的压力控制程序和方法适用于任意煤层，使被注入的氮气进入煤层内部，扫过注氮井与生产井之间的全部煤层，使氮气进入煤层微孔隙，促使吸附态煤层气解吸，并驱排解吸后的自由态煤层气至生产井，达到增产煤层气之目的。

发明内容

本发明涉及一种注氮增产煤层气的压力控制程序和方法。具体地，本发明涉及一种从一口或多口与煤层连通的注氮井向煤层注入氮气，促进烃类气体解吸，从多口与煤层连通的生产井采集产出的烃类气体以及烃类气体与氮气的混合气体，增解增产煤层气时，使用的压力控制程序和方法。