专利名称：一种多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法
技术领域：
本发明涉及一种煤层气开采方法，尤指在煤层气注采井组中向地下煤储层中注入多元热流体泡沫段塞进行驱替以提高煤层气采收率的方法。
背景技术：
我国煤层气资源丰富，但是我国煤储层的低渗特性和吸附特性是煤层气开发的瓶颈，因此如何提高煤层渗透性和解吸速率，进而提高煤层气产量是我国煤层气目前开发利用所面临的主要困难之一。为了改善煤层渗透性，提高煤层气采收率和采出速率，注气驱替煤层气技术是目前最有发展潜力的煤层气增产技术之一，注入的气体可以是纯二氧化碳，也可以是纯氮气，或者可以是二者的混合气体。注气驱替煤层气技术起源于二氧化碳煤层封存技术，是指将纯二氧化碳气体或者二氧化碳与氮气的混合气体注入深部煤层中封存起来，以减少温室气体排放，同时将煤层气置换出来。一方面注入气体后，维持了比单纯排采更高的压力梯度，驱动煤层气向生产井流动；另一方面，注入的二氧化碳与甲烷竞争吸附，甲烷被置换，而多元气体的注入也降低了煤层甲烷的分压，进一步促进甲烷解吸，提高煤层气的采收率。煤层注气驱替技术不仅可以降低二氧化碳等温室气体的排放，同时可以增产煤层气。目前，注气驱替煤层气被认为是一种具有发展前途的新措施，所以该方法受到各方面的广泛关注。但发展注气增产技术的关键在于气源，即要寻找天然二氧化碳气源，所以该项技术成本较高，其经济适用性仍受到质疑；而且注气过程中存在易气窜的问题，这也是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多元热流体泡沫驱替煤层气开采的方法，该方法可以获得注气驱替煤层气技术的效果。本发明的目的主要通过以下方法实现向煤层气井注入多元热流体和起泡剂以促进煤层气解吸、改善煤储层渗透性，并对煤层气的渗流进行调剖，促进煤层气更均匀且快速的向生产井渗流，从而大幅提高煤层气采收率，具体包括以下步骤(I)根据区块煤层地质资料和煤层气井排采资料分析，优选钻遇单煤层平均有效厚度大于4m，顶底盖层致密，井网形式较为规整的井组作为措施井组。选择产气情况相对较差、产气潜力较低的中心产气井进行转注作为注入井，注入井可以为直井或者定向井或者水平井。采用反五点或者反九点注采井网进行多元热流体泡沫驱。(2)根据具体的煤层气藏地质条件和所选措施井组的排采历史资料，进行煤层气井多元热流体泡沫驱替的合理注采参数设计，包括多元热流体注入温度为150°C -300°C,注入压力为3-10MPa，采注比1. 5-3.0，具体注入温度、压力、采注比、泡沫段塞和多元热流体的注入量可根据实际煤层埋深、煤层破裂压力和煤储层的非均质情况确定。(3)由注入控制系统根据设计的合理注入参数进行控制，将其他气井采出的煤层气加压后与压缩后的空气混合注入多元热流体发生装置中，在所述发生装置的燃烧室中点火燃烧，混合掺入处理后的采出地下水，产生以高温高压水蒸汽与二氧化碳、氮气混合气体为主的多元热流体，然后将所产生的多元热流体经由注入井井口通过油管或隔热油管注入地下煤层中，并间歇从油套环空注入由优选的质量分数为O. 2%-2%的烷基醚磺酸盐与缓蚀剂组成的起泡体系，地下气液比为1:1-4:1，在地下形成多元热流体泡沫段塞和多元热流体段塞，控制多元热流体泡沫段塞大小为O. 05-0. 15PV、多元热流体段塞大小为O. 3-0. 6PV。生产井连续排水采气，并保持采注比在1. 5-3. O的范围内。(4)当生产井中监测到二氧化碳和氮气混合气体的体积分数彡20%后，关闭多元热流体发生装置，停止注水，观察生产井中二氧化碳和氮气的产出情况并详细记录。(5)当观察产出气体中二氧化碳和氮气混合气体的体积分数< 10%时，重新开始上述步骤(I) 一(4)的重复注入、停注过程，直到井组的平均单井日产气量递减到经济日产
气量后停止。本发明的有益效果是通过将从其它气井采出来的煤层气压缩作为燃料与加压后的空气混合燃烧产生二氧化碳和氮气等混合气体，从而解决了二氧化碳气源难以获取的问题，具有混合气驱替开采煤层气的作用；另一方面，注入的水蒸汽、氮气、二氧化碳可以将大量热量带入煤储层，从而加热煤层，煤层中吸附的煤层气体分子吸收热量后，动能增加，分子热运动剧烈，解吸能力增强，解吸速率提高，且温度增加后，煤储层渗透率会得到一定程度的改善；同时，间歇注入的起泡剂可以使氮气、二氧化碳和水蒸汽在煤储层中形成多元热流体泡沫段塞，利用泡沫的调剖作用，可以暂时封堵高渗裂缝和压裂缝，防止气窜，而且氮气泡沫的导热系数很低，可以有效防止热量向上下盖层和高渗条带的散失，使热能得到充分利用。此外，煤层气井产气量下降到一定程度时，由于前期排水降压的影响，煤储层压力较低，煤层气的生产压差也较小，故产出速度较低，适时开展多元热流体泡沫驱替煤层气，可及时补充并保持煤层能量，提高煤层气的生产压差，驱使煤层气向生产井流动。因此，从理论上，多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法可以将注热和注混合气体促进煤层气解吸、改善煤储层渗透性的作用协同起来，还可以利用泡沫的调剖作用，防止裂缝的气窜，并及时补充煤储层能量，从而大幅度提高煤层气采收率，故其效果要优于注气驱替煤层气技术。
图1为本发明一个实施方案的多元热流体产生和注入系统的示意图。图2为本发明实施方案的多元热流体泡沫驱替的机理示意图。图中1、采出煤层气压缩和增压系统；2、采出地下水处理系统；3、空气压缩和增压系统；4、注水泵；5、注入控制系统；6、多元热流体发生装置；7、药剂仓；8、井口 ；9、普通油管或隔热油管；10、套管；11、注入井；12、生产井；13、生产井；14、采出地层水；15、采出甲烷气。
具体实施例方式以下结合附图和鄂尔多斯盆地东缘某煤层气井组为例对本发明作进一步的详细描述，但不限定本发明的实施范围。该煤层气井组为菱形井网，中心井为直井，角井为定向井。钻遇煤层平均厚度为
8.87m (煤层中部垂深480m)，煤层平均压力3. 60MPa，该地区煤层气中二氧化碳和氮气的组分含量为6. 8%，临界解吸压力在2. 5MPa左右。将该井组当前产气量较低的中心井进行转注，采取反五点法注采井网进行生产，井排距为300mX250m，其中多元热流体泡沫驱替的注入流程为参见附图1，通过采出煤层气压缩和增压系统I向多元热流体发生装置6中输送加压的煤层气，通过空气压缩和增压系统3向多元热流体发生装置6中输送加压的空气，待发生装置中的点火器点火后，混合气体燃烧，放出大量热量并产生高温高压混合气体。同时通过注水泵4向多元热流体发生装置6中输送经由采出地下水处理系统2处理后的水，依靠混合气体燃烧放出的大量热量汽化，从而产生以高温高压水蒸汽、二氧化碳和氮气混合气体为主的多元热流体，其中由注入控制系统5监测和控制多元热流体发生装置6入口端的压缩煤层气、空气和处理后的采出地下水以及出口端多元热流体的注入速度和压力，同时监测和控制药剂仓7中起泡剂的注入速度；将产生的温度为210°C、压力为4. 0-6. OMPa的多元热流体经地面管线输送至注入井井口 8后由普通油管或隔热油管9输送至井底，从而进入地下煤层，间歇从普通油管或隔热油管9和套管10之间的环空中注入起泡体系，起泡体系由质量分数为O. 2%-2%的烷基醚磺酸盐与缓蚀剂组成。在煤储层中交替形成O.1PV的多元热流体泡沫段塞和O. 4PV的多元热流体段塞。生产井连续排水采气，保持采注比为2. O。当生产井中监测到体积分数> 20%的二氧化碳和氮气的混合气体后，关闭多元热流体发生装置，停止注水，观察生产井中二氧化碳和氮气的产出情况并详细记录。当观察产出气体中二氧化碳与氮气之和的体积分数(10%时，重新开始从注入井注入多元热流体泡沫段塞和多元热流体段塞过程；当生产井的日产气量低于500m3/d时，关闭多元热流体发生装置，停止注水。本发明不但可以发挥二氧化碳和氮气混合气体驱替煤层气的作用，而且注入的水蒸汽、氮气、二氧化碳可以将大量热量带入煤储层，可进一步促进处于吸附状态的煤层气解吸，在一定程度上改善煤储层渗透率，同时，由于泡沫段塞的调剖作用，可有效防止气窜的发生。与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)本发明所述的多元热流体发生装置的燃料直接利用其它气井开采出的煤层气，压缩后与压缩空气进行燃烧反应即可产生多元热流体所需的二氧化碳和氮气，解决了二氧化碳气源难以获取的技术难题，注入水则直接采用处理后的采出地下水，可有效降低成本；(2)本发明所述的多元热流体注入地下煤层，能够对低渗透煤储层起到增渗效果；(3)本发明热效率高，燃烧产生的气体全部注入地下，可有效减排温室气体，环保效应良好，热量传递给煤储层后，有利于提高煤层气的解吸速率，且煤储层温度升高，有助于改善煤储层渗透率；(4)本发明所述的多元热流体添加起泡剂后，具有较好的调剖能力和增能效果，可有效防止气体沿压裂缝等高渗条带气窜，并且泡沫段塞具有良好的携带固体颗粒的能力，可大大改善净化井眼的效果；(5)本发明所述的多元热流体注入地下煤层，可以有效补充并提高煤储层压力，提高煤层气产出的驱动压差，驱使煤层气向生产井筒流动。因此，本发明实施方便，可显著提高煤层气井产气量和煤层气米收率。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或变换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法，将从其它气井采出来的煤层气压缩作为燃料与加压后的空气混合注入多元热流体发生装置中点火燃烧，混合掺入处理后的采出地下水，产生高温高压水蒸气与二氧化碳、氮气混合的多元热流体，将所产生的多元热流体通过注入井注入地下煤层以促进煤层气解吸、改善煤储层渗透性，驱替煤层气向生产井流动，从而大幅提高煤层气采收率，其特征在于，包括如下步骤 步骤(I):根据区块煤层地质资料和煤层气井组排采资料分析，优选钻遇单煤层平均有效厚度大于4m，顶底盖层致密，井网形式较为规整的井组作为措施井组，将日产气量低于500m3的产气井转注作为注入井； 步骤(2):根据煤层气藏地质条件和所选措施井组的排采历史资料，进行多元热流体泡沫驱替煤层气开采的注采参数设计，包括注入温度、注入压力、注入速度、采注比； 步骤(3):由注入控制系统根据设计的注入参数进行控制，将从其他气井采出来的煤层气加压后与压缩后的空气混合注入多元热流体发生装置中，在所述发生装置的燃烧室中点火燃烧，混合掺入处理后的采出地下水，产生以水蒸汽与二氧化碳、氮气混合气体为主的多元热流体，然后将所产生的多元热流体经由中心注入井井口通过油管或隔热油管注入地下煤层中，并间歇从油套环空注入起泡体系，采用段塞形式注入多元热流体泡沫和多元热流体，生产井连续排水采气； 步骤(4):当生产井中监测到二氧化碳和氮气混合气体的体积分数> 20%后，关闭多元热流体发生装置，停止注水，观察生产井中二氧化碳和氮气的产出情况并详细记录； 步骤(5):当观察产出气体中二氧化碳和氮气混合气体的体积分数< 10%时，重新开始上述步骤(I) 一步骤(4)的重复注入、停注过程，直到井组的平均单井日产气量递减到经济日产气量后停止。
2.如权利要求1所述的多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法，其特征在于，所述的煤层气井为直井或定向井或水平井。
3.如权利要求1所述的多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法，其特征在于，所述注采参数设计包括注入温度为150°C _300°C，注入压力为3-15MPa，注入速度为1000_20000Nm3/d0
4.如权利要求1所述的多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法，其特征在于，所述的段塞形式注入多元热流体泡沫和多元热流体，按如下步骤 步骤(I):连续向注入井中注入O. 05-0. 15PV的多元热流体，同时从油套环空注入起泡体系，地下气液比为1:1-4:1 ； 步骤(2):停止从油套环空注入起泡体系，连续向注入井中注入O. 3-0. 6PV的多元热流体； 步骤(3):重复步骤(I)和步骤(2)。
5.如权利要求1或4所述的多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法，其特征在于，所述起泡体系由质量分数为O. 2%-2%的烷基醚磺酸盐与缓蚀剂组成。
6.如权利要求1所述的多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法，其特征在于，所述措施井组的生产井保持采注比为1. 5-3. O。
全文摘要
本发明公开了一种多元热流体泡沫驱替煤层气开采方法。主要在注采井组内通过注入井向煤层中注入多元热流体并间歇注入起泡剂，在煤层中形成多元热流体泡沫段塞驱替煤层气以提高煤层气采收率。其具体方法为将采出的煤层气加压后与压缩后的空气混合注入多元热流体发生装置中，点火燃烧，混合掺入处理后的采出地下水，产生以高温高压水蒸汽与二氧化碳、氮气混合气体为主的多元热流体，将所产生的多元热流体通过注入井注入地下煤层中，并间歇从油套环空注入由优选的烷基醚磺酸盐和缓蚀剂组成的起泡体系，在地下形成多元热流体泡沫段塞驱替煤层气，再从生产井排水采气。该方法具有燃料易获取、原理清晰明确等特点，可为煤层气增产措施的实施提供指导。
文档编号E21B43/22GK103061730SQ201310030969
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者冯其红, 张先敏, 舒成龙, 张纪远 申请人:中国石油大学(华东)