[发明专利]瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统及工作方法

权利要求书

1.一种瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统，其特征在于：它包括相互连接的瓦斯利用系统、瓦斯发电厂尾气注入系统以及瓦斯抽采系统，其中瓦斯抽采系统将地下的瓦斯气体抽采出来空后输送到瓦斯利用系统中进行发电，发电后的尾气通过瓦斯发电厂尾气注入系统将发电后产生的高温尾气注入到经过水力压裂的煤层中加热煤体促进瓦斯解析，煤体受热后在热应力的作用下，内部产生新的孔裂隙为瓦斯流动提供通道；此外尾气中的CO₂进入煤层后对煤层中的瓦斯进行置换，进一步加速瓦斯释放；

所述瓦斯利用系统包括设置在地表的发电厂（1）和尾气处理系统（2）；

所述瓦斯发电厂尾气注入系统包括保温烟气管路（3）、增压泵（4）、地面注气井（5）和井壁套管（6），地面注气井（5）和井壁套管（6）与增压泵（4）密封连接；

所述瓦斯抽采系统包括抽采井（8）、地面抽采站（9）和瓦斯管路（7）；

其中瓦斯管路（7）钻入煤层（11）中，瓦斯管路（7）位于地表出设有抽采井（8），抽采井（8）上设有抽采用地面抽采站（9），抽采井（8）通过瓦斯管路（7）与发电厂（1）连接，发电厂（1）排放的尾气与尾气处理系统（2）连接，尾气处理系统（2）通过烟气管路（3）与钻注入煤层（11）的地面注汽井（5）连接，地面注汽井（5）中设有套管（6），其中套管（6）穿过岩层（10）直至地下煤层（11），地下煤层（11）区域处的套管（6）侧壁上设有多个开孔。

2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统，其特征在于：抽采井（8）和布置有套管（6）的地面注气井（5）之间的地面距离不超过2000米，其中地面注气井（5）和抽采井（8）均钻至煤层（11）的底部。

3.根据权利要求1所述的瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统，其特征在于：所述套管（6）与地面注气井（5）之间密封，套管（6）在500℃时能承受60Mpa的压力。

4.根据权利要求1所述的瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统，其特征在于：根据需要，在地面注气井（5）范围内设置多个抽采井（8），抽采井（8）通过地面抽采站（9）不断在井筒内产生负压，从而促进煤层瓦斯向抽采井（8）富集。

5.一种瓦斯抽采利用并回注煤层增透的闭环系统的工作方法，其特征在于步骤为：

在开采过的矿井或者废弃矿井区域地面设置燃烧瓦斯的发电厂（1），在选定的位置布置抽采井（8）和地面注气井（5），在抽采井（8）处布置地面抽采站（9），在地面注气井（5）中下入套管（6）；

利用瓦斯管路（7）将抽采井（8）与发电厂（1）的燃气入口密封连接，利用烟气管路（3）将地面注气井（5）与发电厂（1）匹配的尾气处理系统（1）的尾气排出口密封连接，并在烟气管路（3）上设置增压泵（4）；

利用地面抽采站（9）通过抽采井（8）抽采煤层（12）中的瓦斯，并通过水气分离后进入瓦斯管道（7），瓦斯管道（7）将瓦斯输送至发电厂（1）燃烧发电；

燃烧后产生的高温尾气通过尾气处理系统（2）进行有害物质处理，处理达标的高温尾气经具有保温效果的烟气管路（3）输送到增加泵（4），增压泵（4）对高温尾气进行增压后注入地面注气井（5），注入地面注气井（5）的高温尾气温度在40℃-450℃，高温尾气沿着套管（6）直至煤层（11）区域，并通过煤层（11）区域的套管上的孔洞向煤层（11）中进行压裂，同时向套管（6）周围的煤层（11）中扩散，扩散的高温尾气加热煤体促进瓦斯解析，此外煤体受热后内部产生新的孔裂隙不但扩大了高温尾气的扩散范围还为瓦斯流动提供通道，煤层（11）大量吸附高温尾气中的CO₂从而对瓦斯进行置换，进一步加速瓦斯释放；通过套管（6）注入煤层（11）的高温尾气温度远超常规的热源生成的蒸汽，对煤层（11）至裂和瓦斯释放的效果明显更高，同时整个注入过程完全在密封的地面注气井（5）内自动完成，无需人工对注入过程进行操作，安全可靠；

随着地面抽采站（9）不断抽采抽在抽采井（8）中造成负压，从而促进煤层（11）中的瓦斯以瓦斯流向（12）向抽采井（8）富集，实现瓦斯抽采发电并将尾气回注煤层增透的低碳闭环方法。