[发明专利]一种深部煤层气热共采方法

说明书

本发明公开了一种深部煤层气热共采方法，第一步、施工第一竖向钻井，井眼采用保温套管进行气密封和隔热保护；第二步、根据煤层厚度进行分层水平井的施工，根据煤层真厚度M和瓦斯抽放半径R确定分层数量K；令K＝M/2R；第三步、施工第二竖向钻井；第四步、施工水平井的环向分散孔，随后进行瓦斯首次抽采；第五步、对各钻孔进行水力压裂，形成三维裂隙网络，进行瓦斯二次抽采；第六步、第一竖向钻井作为注水井，第二竖向钻井作为出蒸气井，将水注入深部煤层，利用热传递的原理将地热能转移到水蒸气中，并对水蒸气抽采利用。能对1500‑3000米的深部煤层进行瓦斯抽采和地热能开采，提高地热抽采效率，节能减排，防止了水土污染及热污染等地质环境问题。

技术领域

本发明属于地热与煤层气开采领域，具体提出了一种深部煤层气热共同开采的方法。

背景技术

我国3000米以浅的煤层气资源总量共计约55万亿立方米，全国3000米以浅煤层气资源量约55万亿立方米,其中煤层埋深1500-3000米煤层气资源量占54.5％。目前井工煤矿开采和煤层气开发开采的多为1500米以浅的煤层及煤层气，对于深部煤层气的开采存在较大的技术难度。加之深部煤层所受地应力较高，煤层渗透率低，严重制约煤层气开采效率。

地热资源是一种绿色清洁能源，在地壳中蕴藏量巨大。全球在地下5000m以下的地热资源量约为4948万亿吨标准煤，己成为世界各国争相开采的新能源。我国可开发深度在2～3km地热能约为1400亿吨标准煤。

地热资源开发利用技术经历了两代的演变，第一代对地热能源的开采技术的基本特征是直采、直供、直排，也就是最传统的一种技术方法。矿山地热的最初期的利用从矿井回风开始，将由地热产生温度较高的热空气引入井口解决冬季入风冻井的问题，节省了人工预热风源的能量消耗；在有热水涌出的矿山，常利用矿山地热水加热洗浴和生活用水，或利用矿井排水作为冷热源，通过矿井排水系统输送井下热能至地面，在工业广场建立热交换站，将取得的热能用于井口防冻和井上建筑供暖。第一代技术方法环保水准很低，可持续发展性不强。第二代是采灌结合、用热不用水，即开采地热以地下水热的形式开采，提取热能之后再进行回灌。第二代技术的缺陷在于采灌井之间的连通性不易确定，而且回灌效率低，也会不同程度的对地下水造成污染，但相比于第一代直接排放、只采不灌等存在部分优势。

现有的地热资源开采技术，仅仅局限于地热开采，尚未见深部煤层煤层气与地热共采的相关技术资料，而钻井成本高是制约地热开采的重大因素。

发明内容

本发明旨在提供一种赋存在1500-3000米范围的深部煤层的煤层气开采、地热能开采的方法。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种深部煤层气热共采方法，其步骤为：

第一步、在开采煤田地表向下施工第一竖向钻井，第一竖向钻井穿过深部煤层上覆岩层、浅部已采煤层，井眼采用保温套管进行气密封和隔热保护；

第二步、第一竖向钻井到达深部煤层最深分层后，根据煤层厚度由上到下依次进行各分层水平井的施工，第一竖向钻井与各分层水平井之间采用圆弧过渡，每分层水平井的长度、数量由开采煤田范围确定，分层数量K按照下述方法进行确定：

(1)根据地质资料和实际钻探资料确定煤层的真厚度M；

(2)构建力热耦合作用下煤体渗透率演化模型，结合煤层透气性系数λ，计算深部煤层自然解吸条件下瓦斯抽放半径R；

(3)根据煤层真厚度M和瓦斯抽放半径R确定分层数量K；

令K＝M/2R，当K1时，N取1，当K1时，N取K的整数部分；

第三步、施工第二竖向钻井，第二竖向钻井与各分层水平井均垂直连通；

第四步、在各分层水平井上施工环向分散孔，随后利用第一、第二竖向钻井进行瓦斯首次抽采；