[发明专利]一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置

说明书

本发明属于煤层气开采技术领域，涉及一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置，利用煤层和顶底板岩层的不同地质特性和吸水特性，将清水在一定时间内注入目的煤层后，利用制冷系统将目的煤层中注入的水冷却成冰，由于水变成冰后体积发生膨胀，在裂缝影响范围内冲顶目的煤层的顶底板，使顶底板发生弹性变形，从而在作业井目的煤层形成冰楔，改变目的煤层应力分布，制造微裂缝网络，促进运移‑降压‑解吸的动态耦合过程，实现煤层气的灵活可控、经济环保的开采方式。本发明方法和装置开采煤层气灵活、低污染、低反排；整个装置可重复使用，成本相对低廉，且适用于直井、定向井或水平井；可根据实际地质情况和开采需要，实现规模化的井工厂开发模式。

技术领域

本发明属于煤层气开采技术领域，具体涉及一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置。

背景技术

煤层气是指赋存在煤层中的非常规天然气，其以甲烷为主要组分，属于煤的伴生型矿产资源。煤层气燃烧具有热值高、污染低的特点，是优质的新兴清洁能源。煤层气由于储层具备自生自储、低孔隙度低渗透率、高有机质含量等与常规天然气储层不同的特点，气体的赋存形式也相对不同，煤层气的赋存形式以吸附气和游离气为主。

现有煤层气开采技术中，一般采用水力压裂的方法，在地面钻探煤层气井后，在井内设置油管和套管，在目的层位进行水力压裂作业，构造人工裂缝网络，提高煤层渗透率，为煤层气的运移提供通道。压裂结束后，开始排水采气作业，通过油管将地层中的水排出，通过油套环空采气。

煤层气赋存方式是吸附气和游离气并存，储层渗透性和孔隙度都较低，通过水力压裂施工造缝之后，游离气通过裂缝构成的流动通道流入井筒后采出，煤层中压力逐渐降低，解吸气逐步解吸并继续通过流动通道进入井筒后采出，维持煤层气井持续产气。现有的基于压裂技术的煤层气开采方法，在采气一段时间后，采气井产量会急剧递减，产量稳定期短、总产量低，最终难以达到经济开发的效果,其中主要原因表现在以下几方面：首先由于水力压裂作业将大量的压裂液压入到煤层中，而压裂液主要成分为水和支撑剂，高压水起破碎造缝作用，支撑剂起支撑微裂缝的作用。但是由于煤岩当中含有一定的泥质成分遇水会发生膨胀作用，因此容易重新封堵裂缝网络，影响煤层气的流动过程。另一方面，水进入微孔隙后，由于“水锁效应”封堵孔喉结构，进一步的影响到了解吸气的解吸过程，因此依靠传统的水力压裂技术进行煤层气开采方法较难获得很高的产气量和总采收率。此外，水力压裂投资大，压裂过程会浪费大量水，压裂液反排如不能及时妥善的处理还会对环境造成影响。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置，以解决现有煤层气开采技术产量稳定期短、总产量低、投资大和环保性差等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冰楔调压的煤层气开采方法，具体步骤如下：

一、为实现注水冷却作业和采气作业，从地面设计位置向目的煤层13的指定位置钻探一口煤层气井作为作业井8，在作业井8的设计距离内周边钻探一口或多口煤层气井作为采气井9；

二、在作业井8和采气井9内分别下入套管1，在目的煤层13处使用筛管2完井；

三、在作业井8和采气井9内分别下入油管3，将封隔装置4分别下入至作业井8中的目的煤层13的顶板14和底板15位置处进行封隔，在井口安装作业系统5，其中，作业管线5t通过井口装置6连接油管3，出口管线5u通过井口装置6连接油套环形空间；

四、打开作业系统5中的高压注水管线阀门5c，利用高压注水泵5a将高压清水泵入作业井8的目的煤层13实施注水作业，直至水压、注入时间和注水量达到设计值，形成一定体积的煤水饱和体，构造人工微裂缝网络；