[发明专利]一种冰楔调压的煤层气开采方法和装置

摘要

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。

主权项

1.一种冰楔调压的煤层气开采方法，其特征是，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；五、注水作业完成后，关闭高压注水管线阀门(5c)，将顶板(14)处的封隔装置(4)解封，并使其下滑到目的煤层(13)的筛管(2)处进行筛孔封堵，打开压缩空气注入管线阀门(5h)和排液出口管线阀门(5r)，利用空压机(5f)向油管(3)内注入压缩空气，将作业井(8)井筒中剩余的水通过油套环形空间排至井口，由排液出口管线(5q)排出，直到井筒剩余水排完后关闭压缩空气注入管线阀门(5h)和排液出口管线阀门(5r)；六、打开冷剂注入管线阀门(5k)和冷剂回收管线阀门(5o)，利用制冷装置(5i)将冷剂送至作业井(8)目的煤层(13)处进行制冷，使目的煤层(13)的温度逐步降低，这样，注入目的煤层(13)中的水逐步从液态变为固态，体积膨胀，从而冲顶目的煤层(13)的顶板(14)和底板(15)，在作业井(8)的目的煤层(13)中形成冰楔，从而使冰楔周围的煤岩内的应力发生变化，使其中吸附的甲烷从吸附状态解析出来成为游离状态；七、打开采气井(9)，利用油套环形空间进行采气，并在井底存在积液时开启潜液泵(7)利用油管(3)及时将积液排出到地面，保持采气井(9)的干燥作业环境；八、在采气井(9)开采处于衰竭状态后，为了把作业井(8)周围目的煤层(13)的煤层气充分采出，将原作业井(8)冰楔溶解后，将原作业井(8)和采气井(9)进行互换，进行上述步骤三～七，在原采气井(9)目的煤层(13)处重新制造冰楔，将原作业井(8)转为采气井(9)，开始新的产气过程。