CN108843278B - 一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置及方法，包括膜式分离装置、第一增压风机、第一控制阀、U型井、第二控制阀、第二增压风机、流量计、换热器、冷熔盐贮罐、熔盐泵、抛物槽式太阳能集热器加热装置、熔盐输送管路预热保温装置、第一引风机、空气净化器、第二引风机、第一阀门、第二阀门、热熔盐贮罐、第三阀门，本发明装置不仅避免了现有电加热装置的加热速度缓慢、极易出现故障，电加热成本的问题，而且本发明装置的工质为熔融盐和空气，解决了高温过热水蒸汽加热煤储层存在的实用大量水资源的问题以及向煤层注高温过热水蒸气造成的水堵，并且在干旱或者严重缺水地带均能使用本发明装置，本发明装置排出废气为空气不会污染空气环境。
Description
技术领域
本发明属于地下煤层热力开采方法技术领域，具体涉及一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置及方法。
背景技术
煤层气是煤炭伴生的一种非常规天然气，其主要成分是甲烷，既是重要的清洁能源和优质化工原料，又是煤矿灾害事故的最大隐患，煤层气的开采，对从根本上预防和解决煤矿瓦斯事故，缓解我国油气资源的短缺现状，保护大气环境具有重要意义。
目前，煤层气的抽采方法多种多样，注热开采煤层气已被普遍认可，国内外很多学者探究了温度对煤体中瓦斯解吸速率的影响规律，实验结果发现提高温度能够增加煤体中的煤层气的解吸速率。现有技术通过电加热或高温过热水蒸汽加热煤储层。电加热加热煤储层，由于煤层热传导系数低，加热过程非常缓慢，生产过程极易出现故障，电加热生产成本高，经济性低；高温过热水蒸气加热煤储层，用水量大，水的成本过高，位于干旱或严重的特殊地区往往无法实现，同时煤层注水后，煤层发生水堵而降低煤层渗透率问题。
发明内容
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置包括膜式分离装置，膜式分离装置右端通过管路与第一增压风机一端相连，第一增压风机另一端通过管线与第一控制阀一端相连，第一控制阀另一端通过管线与U型井左端相连，U型井右端通过管线与第二控制阀一端相连，第二控制阀另一端通过管线与第二增压风机一端相连，第二增压风机另一端通过管线与流量计一端相连，流量计另一端通过管线与换热器中下部左端侧壁相连，换热器底端通过管线与冷熔盐贮罐一端相连，冷熔盐贮罐另一端通过管线与熔盐泵一端相连，熔盐泵另一端通过管线依次与抛物槽式太阳能集热器加热装置底端和熔盐输送管路预热保温装置一端相连，熔盐输送管路预热保温装置另一端通过管线与第一引风机相连，所述换热器中上部左端侧壁通过管线与空气净化器一端相连，所述空气净化器另一端通过管线与第二引风机相连，所述换热器顶端通过管线分别与第一阀门和第二阀门一端相连，第一阀门另一端通过管线与热熔盐贮罐一端相连，所述热熔盐贮罐另一端通过管线与第三阀门一端相连，第三阀门和第二阀门另一端通过管线与抛物槽式太阳能集热器加热装置顶端相连。
所述抛物槽式太阳能集热器加热装置包括接收器和抛物槽式聚光器，接收器底部均匀设置有抛物槽式聚光器。
所述U型井包括水平井和垂直井，水平井设置于煤层内；所述U型井周围设置有直井，直井与U型井组成井网，且U型井位于井网中部，直井与U型井的间距设置为100-500m。
一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的方法，采用一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置，包括以下步骤，
步骤1，按照煤层气U型井的垂直井、水平井钻入煤层后，煤层段下筛管套管，煤层段以上的煤层顶板上覆岩层段下隔热套管，垂直井与水平井连通，并进行相应固井，完成固井后，在垂直井口设置第二控制阀，在水平井口设置第一控制阀；
步骤2，U型井位于开采区中部，以U型井为中心布置直井，直井与U型井之间的间距为200m，向煤层实施垂直钻井，并进行固井；
步骤3，钻井完成并固井后，以U型井为注热井，直井为开采井；
步骤4，主循环回路工质为熔融盐，运行初始时，所有管路均处于常温状态，在第一引风机作用下，熔盐输送管路预热保温装置加热冷空气成热风对管路预热，管路达到工作温度后，熔盐输送管路预热保温装置停止加热冷空气；
步骤5，通过熔盐泵将冷熔盐贮罐内的冷熔盐输送到抛物槽式太阳能集热器加热装置中进行加热至500-550℃，变成热熔融盐；
步骤6，热熔融盐一部分通过第二阀门进入换热器中与冷空气进行换热，换热后的冷熔盐在重力作用下流回冷熔盐贮罐，另一部分热熔融盐通过第三阀门进入热熔盐贮罐进行储能，在夜晚或者阴雨天，热熔盐贮罐内的热熔融盐通过第一阀门进入换热器中与冷空气换热，换热后的冷熔盐在重力作用下流回冷熔盐贮罐；
步骤7，次循环回路工质为空气，冷空气在第二引风机的作用下经过空气净化器进入换热器内，在换热器的作用下空气被热熔融盐加热达到300-500℃，形成热风；
步骤8，热风经过流量计在第二增压风机的作用下加压至3-4MPa后，通过第二控制阀注入U型井的垂直井，高温热风在垂直井和水平井的水平段对流换热加热煤层；
步骤9，低温空气携带煤层气从水平井端的第一控制阀靠流体压力自排方式排出；
步骤10，排出的低温混合气体经过第一增压风机加压后通过膜式分离装置将废气和煤层气分离，废气直接对空排放，煤层气收集输送；
步骤11，不断重复步骤8直至将煤层加热至200℃，对直井排水降压抽采煤层气。
本发明的有益效果为，本发明装置不仅避免了现有电加热装置的加热速度缓慢、极易出现故障，电加热成本高的问题，而且本发明装置的工质为熔融盐和空气，解决了高温过热水蒸汽加热煤储层存在的浪费大量水资源的问题以及向煤层注高温过热水蒸气造成的水堵，并且在干旱或者严重缺水地带均能使用本发明装置，本发明装置没有污染气体产生，不会污染空气环境，并且本发明装置结构简单极易操作。
附图说明
图1为本发明装置整体结构示意图；
图2为本发明井网布置图；
图3为本发明抛物槽式太阳能集热器加热装置结构示意图；
1-膜式分离装置，2-第一增压风机，3-第一控制阀，4-U型井，5-第二控制阀，6-第二增压风机，7-流量计，8-换热器，9-冷熔盐贮罐，10-熔盐泵，11-抛物槽式太阳能集热器加热装置，12-熔盐输送管路预热保温装置，13-第一引风机，14-空气净化器，15-第二引风机，16-第一阀门，17-第二阀门，18-热熔盐贮罐，19-第三阀门，20-接收器，21-抛物槽式聚光器，22-直井。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-图3所示，一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置，包括膜式分离装置1，膜式分离装置1右端通过管路与第一增压风机2一端相连，第一增压风机2另一端通过管线与第一控制阀3一端相连，第一控制阀3另一端通过管线与U型井4左端相连，U型井4右端通过管线与第二控制阀5一端相连，第二控制阀5另一端通过管线与第二增压风机6一端相连，第二增压风机6另一端通过管线与流量计7一端相连，流量计7另一端通过管线与换热器8中下部左端侧壁相连，换热器8底端通过管线与冷熔盐贮罐9一端相连，冷熔盐贮罐9另一端通过管线与熔盐泵10一端相连，熔盐泵10另一端通过管线依次与抛物槽式太阳能集热器加热装置11底端和熔盐输送管路预热保温装置12一端相连，熔盐输送管路预热保温装置12另一端通过管线与第一引风机13相连，所述换热器8中上部左端侧壁通过管线与空气净化器14一端相连，所述空气净化器14另一端通过管线与第二引风机15相连，所述换热器8顶端通过管线分别与第一阀门16和第二阀门17一端相连，第一阀门16另一端通过管线与热熔盐贮罐18一端相连，所述热熔盐贮罐18另一端通过管线与第三阀门19一端相连，第三阀门19和第二阀门17另一端通过管线与抛物槽式太阳能集热器加热装置11顶端相连。
所述抛物槽式太阳能集热器加热装置11包括接收器20和抛物槽式聚光器21，接收器20底部均匀设置有抛物槽式聚光器21。
所述U型井4包括水平井和垂直井，水平井设置于煤层内；所述U型井4周围设置有直井22，直井22与U型井4组成井网，且U型井4位于井网中部，直井22与U型井4的间距设置为100-500m。
一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的方法，采用一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置，包括以下步骤，
步骤1，按照煤层气U型井的垂直井、水平井进入煤层后，煤层段下筛管套管，煤层段以上的煤层顶板上覆岩层段下隔热套管，垂直井与水平井连通，并进行相应固井，完成固井后，在垂直井口设置第二控制阀5，在水平井口设置第一控制阀3；
步骤2，U型井4位于开采区中部，以U型井4为中心布置直井22，直井22与U型井4之间的间距为200m，向煤层实施垂直钻井，并进行固井；
步骤3，钻井完成并固井后，以U型井4为注热井，直井22为开采井；
步骤4，主循环回路工质为熔融盐，运行初始时，所有管路均处于常温状态，在第一引风机13作用下，熔盐输送管路预热保温装置12加热冷空气成热风对管路预热，管路达到工作温度后，熔盐输送管路预热保温装置12停止加热冷空气；
步骤5，通过熔盐泵10将冷熔盐贮罐9内的冷熔盐输送到抛物槽式太阳能集热器加热装置11中进行加热至500-550℃，变成热熔融盐；
步骤6，热熔融盐一部分通过第二阀门17进入换热器8中与冷空气进行换热，换热后的冷熔盐在重力作用下流回冷熔盐贮罐9，另一部分热熔融盐通过第三阀门19进入热熔盐贮罐18进行储能，在夜晚或者阴雨天，热熔盐贮罐18内的热熔融盐通过第一阀门16进入换热器8中与冷空气换热，换热后的冷熔盐在重力作用下流回冷熔盐贮罐9；
步骤7，次循环回路工质为空气，冷空气在第二引风机15的作用下经过空气净化器14进入换热器8内，在换热器8的作用下空气被热熔融盐加热达到300-500℃，形成热风；
步骤8，热风经过流量计7在第二增压风机6的作用下加压至3-4MPa后，通过第二控制阀5注入U型井4的垂直井，高温热风在垂直井和水平井的水平段对流换热加热煤层；
步骤9，低温空气携带煤层气从水平井端的第一控制阀3靠流体压力自排方式排出；
步骤10，排出的低温混合气体经过第一增压风机2加压后通过膜式分离装置1将废气和煤层气分离，废气直接对空排放，煤层气收集输送；
步骤11，不断重复步骤8直至将煤层加热至200℃，对直井22排水降压抽采煤层气。
Claims (4)
1.一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置，其特征在于，包括膜式分离装置，膜式分离装置右端通过管路与第一增压风机一端相连，第一增压风机另一端通过管线与第一控制阀一端相连，第一控制阀另一端通过管线与U型井左端相连，U型井右端通过管线与第二控制阀一端相连，第二控制阀另一端通过管线与第二增压风机一端相连，第二增压风机另一端通过管线与流量计一端相连，流量计另一端通过管线与换热器中下部左端侧壁相连，换热器底端通过管线与冷熔盐贮罐一端相连，冷熔盐贮罐另一端通过管线与熔盐泵一端相连，熔盐泵另一端通过管线依次与抛物槽式太阳能集热器加热装置底端和熔盐输送管路预热保温装置一端相连，熔盐输送管路预热保温装置另一端通过管线与第一引风机相连，所述换热器中上部左端侧壁通过管线与空气净化器一端相连，所述空气净化器另一端通过管线与第二引风机相连，所述换热器顶端通过管线分别与第一阀门和第二阀门一端相连，第一阀门另一端通过管线与热熔盐贮罐一端相连，所述热熔盐贮罐另一端通过管线与第三阀门一端相连，第三阀门和第二阀门另一端通过管线与抛物槽式太阳能集热器加热装置顶端相连。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置，其特征在于：所述抛物槽式太阳能集热器加热装置包括接收器和抛物槽式聚光器，接收器底部均匀设置有抛物槽式聚光器。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置，其特征在于：所述U型井包括水平井和垂直井，水平井设置于煤层内；所述U型井周围设置有直井，直井与U型井组成井网，且U型井位于井网中部，直井与U型井的间距设置为100-500m。
4.一种太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的方法，采用权利要求1所述的太阳能热风加热开采低渗透储层煤层气的装置，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，按照煤层气U型井的垂直井、水平井钻入煤层后，煤层段下筛管套管，煤层段以上的煤层顶板上覆岩层段下隔热套管，垂直井与水平井连通，并进行相应固井，完成固井后，在垂直井口设置第二控制阀，水平井口设置第一控制阀；
步骤2，U型井位于开采区中部，以U型井为中心布置直井，直井与U型井之间的间距为200m，向煤层实施钻直井，并进行固井；
步骤3，钻井完成并固井后，以U型井为注热井，直井为开采井；
步骤4，主循环回路工质为熔融盐，运行初始时，所有管路均处于常温状态，在第一引风机作用下，熔盐输送管路预热保温装置加热冷空气成热风对管路预热，管路达到工作温度后，熔盐输送管路预热保温装置停止加热冷空气；
步骤5，通过熔盐泵将冷熔盐贮罐内的冷熔盐输送到抛物槽式太阳能集热器加热装置中进行加热至500-550℃，变成热熔融盐；
步骤6，热熔融盐一部分通过第二阀门进入换热器中与冷空气进行换热，换热后的冷熔盐在重力作用下流回冷熔盐贮罐，另一部分热熔融盐通过第三阀门进入热熔盐贮罐进行储能，在夜晚或者阴雨天，热熔盐贮罐内的热熔融盐通过第一阀门进入换热器中与冷空气换热，换热后的冷熔盐在重力作用下流回冷熔盐贮罐；
步骤7，次循环回路工质为空气，冷空气在第二引风机的作用下经过空气净化器进入换热器内，在换热器的作用下空气被热熔融盐加热达到300-500℃，形成热风；
步骤8，热风经过流量计在第二增加风机的作用下加压至3-4MPa后，通过第二控制阀注入U型井的垂直井，高温热风在垂直井和水平井的水平段对流换热加热煤层；
步骤9，低温空气携带煤层气从水平井端的第一控制阀靠流体压力自排方式排出；
步骤10，排出的低温混合气体经过第一增压风机加压后通过膜式分离装置将废气和煤层气分离，废气直接对空排放，煤层气收集输送；
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