1.一种不可采煤层强化煤层气开采及CO2封存的方法,其特征在于,具体步骤为:
A、钻井施工:先确定不可采煤层的位置,然后从地面穿过岩层与含水层向不可采煤层分别施工注入井和排采井,在注入井形成后,从注入井最深处沿不可采煤层走向钻取水平压裂段,完成后停止钻井工作;
B、布设CO2注入及煤层气抽采系统:将注入管一端从地面伸入注入井并到达水平压裂段,注入管另一端处于注入井外部,抽采管一端从地面伸入排采井内、另一端处于排采井外部;注入井和排采井内分别装有第一封隔器和第二封隔器,分别对注入井和排采井进行密封;高压脉动泵的出口与注入管另一端连接,高压脉动泵的进口与泡沫发生器的出口连接,泡沫发生器的两个进口分别通过管路与发泡剂储存罐和CO2储存罐连接,抽采泵的抽气口与抽采管另一端连接,抽采泵的排气口通过管路与CO2‑甲烷分离器的进气口连接,CO2‑甲烷分离器的两个分离排出口分别通过管路与CO2储存罐和甲烷储存罐连接,注入管和抽采管之间通过连通管连接,所述发泡剂储存罐和泡沫发生器之间的管路上装有发泡剂阀门,CO2储存罐和泡沫发生器之间的管路上装有CO2阀门,注入管上装有压力表和注入阀门,抽采管上装有第一抽采阀门,连通管上装有第二抽采阀门,抽采泵和CO2‑甲烷分离器之间的管路上装有甲烷浓度传感器,CO2‑甲烷分离器和甲烷储存罐之间的管路上装有甲烷阀门,完成CO2注入及煤层气抽采系统的布设;
C、对不可采煤层进行压裂:初始状态各个阀门均为关闭状态,打开第一抽采阀门、甲烷阀门、注入阀门、CO2阀门和发泡剂阀门,开启泡沫发生器、高压脉动泵、抽采泵和CO2‑甲烷分离器,此时发泡剂储存罐中的发泡剂与CO2储存罐中的CO2进入泡沫发生器内进行混合发泡后形成CO2泡沫,接着CO2泡沫经过高压脉动泵施加脉动力后形成脉动CO2泡沫,然后脉动CO2泡沫经过注入管到达水平压裂段对不可采煤层进行脉动压裂,从而在水平压裂段周围形成裂隙网络,并通过裂隙网络与排采井连通,进而部分CO2气体进入裂隙内,在压裂过程中实时观测甲烷浓度传感器数值的变化情况;待甲烷浓度传感器数值出现明显变化且检测的甲烷浓度在10%以上时停止压裂工作,此时关闭泡沫发生器与高压脉动泵,同时关闭CO2阀门、发泡剂阀门、注入阀门,完成不可采煤层的压裂过程;
D、对不可采煤层内的煤层气进行第一阶段抽采:打开甲烷阀门和第二抽采阀门,并持续保持抽采泵和CO2‑甲烷分离器的工作状态开始进行煤层气抽采,此时裂隙网络内的煤层气部分从裂隙中析出至水平压裂段,还有部分煤层气从裂隙中析出至排采井内,接着水平压裂段内的煤层气依次经过注入管、连通管、抽采管和抽采泵后进入CO2‑甲烷分离器内,同时排采井内的煤层气经过抽采管和抽采泵后也进入CO2‑甲烷分离器,煤层气在CO2‑甲烷分离器内经过分离后,甲烷进入甲烷储存罐内进行储存,其余CO2气体再次进入CO2储存罐,在持续抽采过程中观测甲烷浓度传感器的数值,待甲烷浓度降至0.5%以下时,关闭抽采阀门二,完成第一阶段抽采;
E、CO2注入驱替煤层气强化抽采:打开CO2阀门,再次开启高压脉动泵,CO2气体经过泡沫发生器和高压脉动泵向水平压裂段持续注入CO2气体,CO2气体进入裂隙网络内与煤层气形成竞争吸附,从而驱替煤层气从煤层内解吸至排采井内,同时保持抽采泵的持续工作状态,形成注入‑抽采同时作业,此时排采井内的煤层气和CO2气体混合气体经过抽采管和抽采泵后进入CO2‑甲烷分离器,混合气体在CO2‑甲烷分离器内经过分离后,甲烷进入甲烷储存罐内进行储存,其余CO2气体再次进入CO2储存罐,CO2气体持续循环,使煤层大量吸附CO2气体,进而持续驱替煤层气解吸被抽采,在该过程中观测压力表与甲烷传感器的数值变化,根据压力表的压力峰值调节高压脉动泵的脉动频率,使压力表显示的压力峰值维持在35~45MPa范围内,接着观察甲烷浓度传感器检测的浓度变化,待甲烷浓度降至0.1%停止注入和抽采,此时关闭CO2阀门、高压脉动泵、甲烷阀门、抽采泵和CO2‑甲烷分离器,完成CO2注入驱替煤层气强化抽采过程;
F、CO2封存:将注入管和抽采管分别从注入井和排采井中取出并对注入井和排采井进行密封,从而将不可采煤层内吸附的大量CO2进行封存。
2.根据权利要求1所述的不可采煤层强化煤层气开采及CO2封存的方法,其特征在于,所述不可采煤层为深度超过1000m的薄煤层,且煤层上部存在含水层能作为CO2地质封存的天然屏障,同时该煤层的顶板为泥岩或致密砂岩或砂质泥岩作为盖层。
3.根据权利要求1所述的不可采煤层强化煤层气开采及CO2封存的方法,其特征在于,所述注入井与排采井的直径均为100mm,两竖直井间距为150m,注入管进入水平压裂段的长度为100m,水平压裂段与排采井的水平距离为15m。
4.根据权利要求1所述的不可采煤层强化煤层气开采及CO2封存的方法,其特征在于,所述第一封隔器与第二封隔器均为压缩式Y441型封隔器,密封长度为5~8m。