[发明专利]一种利用超临界二氧化碳驱替煤层瓦斯的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用超临界二氧化碳驱替煤层瓦斯的装置及方法，属于煤层气开采技术领域，包括驱替煤层瓦斯装置本体，所述驱替煤层瓦斯装置本体包括上胶囊组和下胶囊组，所述上胶囊组内设置有注浆区Ⅰ；所述下胶囊组内设置有注浆区Ⅱ；所述上胶囊组和下胶囊组之间设置有超临界二氧化碳辐射区，本发明可以避免超临界二氧化碳能量损失，保证最后被注入煤层的超临界二氧化碳状态，结构简单，使用方便，施工容易，成本低廉，安全高效，且适于大范围工业化将超临界二氧化碳应用在煤层瓦斯开采上，改善煤层渗透性，提高煤层瓦斯开采率。

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，特别涉及一种利用超临界二氧化碳驱替煤层瓦斯的装置及方法。

背景技术

煤层气俗称“瓦斯”，主要成分是甲烷，是在煤的生成和变质过程中伴生的气体，其储量在我国非常丰富。煤层瓦斯热值与常规天然气相当，是通用煤气的 2 倍至 5 倍，燃烧后很少产生污染物，属优质洁净气体能源。然而，由于我国煤层大多是低渗透煤层，致使瓦斯开采率低。

目前常用的瓦斯抽采方式是：密集钻孔抽放瓦斯、水压致裂抽、水力冲孔抽、开采解放层强化抽放、水力割缝抽放等。但这些现有技术对于改善煤层透气性方面作用不大，根本不能解决我国煤层渗透性低，煤层瓦斯抽采率低的问题。

超临界流体萃取技术是近三十年来发展起来的新的科学技术，超临界二氧化碳作为一种很好的有机溶剂，及良好的物理化学性质被广泛应用于萃取工序。二氧化碳临界密度为 0.448g/cm3，是常用的超临界流体中最高的，而超临界流体的溶解能力随流体密度的增加而增加，这就说明超临界二氧化碳有着强大的对有机质的萃取能力。鉴于超临界二氧化碳的特殊性，广大国内外技术人员将超临界二氧化碳作用在煤上进行了各种试验，得出了当超临界二氧化碳被用作驱替煤层瓦斯的动力气体时，可溶解煤基质中的部分有机质，提高煤层孔隙率，改善低渗透煤层，驱替煤基质微孔隙表面的瓦斯，提高煤层瓦斯游离态占比的结论。

虽然经过各种试验，我们知晓了超临界二氧化碳作用在煤上的效果，但是制备超临界二氧化碳并注入煤层的技术仍存在不少问题，由于地面制备超临界二氧化碳再注入煤层，注入期间超临界二氧化碳能量会产生损失，致使最后被注入煤层的超临界二氧化碳条件达不到，故至今为止仍没有将超临界二氧化碳大范围工业化应用在煤层瓦斯开采上的装置问世，因此，怎样避免超临界二氧化碳能量损失，保证最后被注入煤层的超临界二氧化碳状态，使超临界二氧化碳大范围工业化安全高效的应用在煤层瓦斯开采上是目前煤层气开采技术领域重要的研究课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种利用超临界二氧化碳驱替煤层瓦斯的装置及方法；本发明可以避免超临界二氧化碳能量损失，保证最后被注入煤层的超临界二氧化碳的状态，且结构简单，施工容易，成本低廉，安全高效，适于大范围工业化将超临界二氧化碳应用在煤层瓦斯开采上，改善煤层渗透性，提高煤层瓦斯采收率。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种利用超临界二氧化碳驱替煤层瓦斯的装置，包括驱替煤层瓦斯装置本体，所述驱替煤层瓦斯装置本体包括上胶囊组和下胶囊组，所述上胶囊组内设置有注浆区Ⅰ；所述下胶囊组内设置有注浆区Ⅱ；所述上胶囊组和下胶囊组之间设置有超临界二氧化碳辐射区。

进一步的改进，上述上胶囊组包括依次设置的胶囊Ⅰ和胶囊Ⅱ，所述胶囊Ⅰ和胶囊Ⅱ之间设置有注浆区Ⅰ；所述下胶囊组包括依次设置的胶囊Ⅲ和胶囊Ⅳ，所述胶囊Ⅲ和胶囊Ⅳ之间设置有注浆区Ⅱ；所述超临界二氧化碳辐射区内设置有加热装置，此设计将传统的地面制备超临界二氧化碳变更至地下制备超临界二氧化碳，转变传统的地面制备超临界二氧化碳再注入煤层的思想，创新性的在地下制备超临界二氧化碳并将其直接注入煤层，避免了超临界二氧化碳能量损失，保证最后被注入煤层的超临界二氧化碳的状态。