文档介绍：煤层气变压吸附技术
变压吸附技术在煤层气开发中的应用探讨
唐晓东〔1〕孟英峰
摘要本文简单介绍了变压吸附(PSA)技术的原理、特点、用途和国内外开发
现状。针
对我国煤层气开发的特殊性,提出了将PSA技术用于煤层气水平钻井,提高压力
封闭低渗透煤层中煤层气采收率,以及煤层气净化、轻烃回收和贮运的技术思路
。进一步分析表明,在煤层气开发中应用PSA技术具有技术先进和经济优势。最
后得出了PSA技术在我国煤层气开发中推广应用的几点建议
〔1〕西南石油学院化工系,讲师,637001四川省南充市1 引言
我国有着极为丰富的煤层气资源,据估算,埋深2000m以浅的煤层气资源量
达30~35万亿m3,以可采系数50%折算,其可采资源量为15~175万亿m3,
相当于1319~1539亿t原油,按现有原油开采速度,可供我国开采100年以上
。因此,我国煤层气开发前景巨大。目前,制约我国煤层气开发的主要问题是技
术问题,例如煤层渗透率低、单井产量低和不能形成工业生产规模等,这使得我
国不能照搬美国开发煤层气的成功经验,必须研究适合我国煤层气工业发展的技
术。本文正是针对我国煤层气开发的特殊性,提出将PSA技术用于煤层气水平钻
井,提高煤层气采收率,煤层气净化、轻烃回收和贮运,以促进我国煤层气工业
的技术进步。
2 PSA技术简介
PSA技术是60年代发展起来的一种气体分离技术,它是以固定床吸附,在连
续改变体系平衡的热力学参数(压力)下,使吸附和解吸再生循环进行,既具有固
定床吸附的优点,又是一种循环过程。它广泛用于石油、天然气、化工的气体分
离工业,例如H2、O2、N2、He和Ar等气体,以及CH4、C2H4、C
2H2、nCnH2n+2、H2O、CO2和CO等组分的分离、回收和精制。
到1986年国内外已有500余套大型PSA装置在运转,最大处理能力已达到10万m3
/h。PSA分离过程的优点为:
(1)产品纯度高,例如可获得纯度为99999%的纯氢;
(2)在室温和低压(005~300MPa)下操作,不需外加热源,设备简单;
(3)可单级操作,原料气中的几种组分可在单组中脱除,原料气中的水分和C
O2等不需要预处理;
(4)吸附剂寿命长,对原料气质量要求不高,装置操作容易,操作弹性大;
(5)自动化程度高,操作费用低,节能降耗显著。
我国PSA技术的研究始于70年代初,由西南化工研究院率先开发PSA技术,至
今已在内外开发350余套PSA装置,涉及九个方面的应用。表1列出了该院开发的
可用于煤层气开发的部分PSA技术。
3 PSA技术在煤层气开发中的应用
31 PSA技术在煤层气钻井中的应用
针对我国煤层气储层属于低渗透、压力封闭型。亦有人提出在大规模开发煤
层气时采用水平井技术。水平井的主要优点是垂直于煤体的最大渗透方向,可增
加煤层气的产量。但是,在钻水平井时必须考虑钻井液对煤层的污染问题,否则
将得不偿失,在油气行业已经出现过钻井液严重污染油气层而导
表1 可用于煤层气开发的PSA技术
装置 PSA-N2 PSA-CO2/R PSA-C+2/R PSA-CH4
原料气空气各种含CO2混合气天然气煤矿***
处理量(m3/h) 30~6000 1500~50000 200~10000 500~20000
净化气纯度(%V) N2≥99 CO2<02 C+2<100ppm C1:50~95
操作温度常温常温常温常温
操作压力(MPa) 03 07~20 03~08 04~08
在煤层气开发中的应用煤层气钻井,提高煤层气采收率提高煤层气采收率,煤
层气净化煤层气净化,轻烃回收煤层气净化
致油气井报废的教训。因此,为防止煤层污染,可采用空气钻井技术。
空气钻井是用空气作循环介质的一种低压钻井技术,与钻井液钻井比较,它
具有成本低,机械钻速提高3~4倍,钻头寿命长,能有效开发低压低渗透储集层
和很好地保护储层等优点。但空气钻井存在着难以克服的危险性,钻遇煤层时可
能发生井底着火。煤层气和压缩空气的混合物引起井底着火能熔化钻头、钻铤、
钻杆和其它井底工具,造成事故。因此,为防止空气钻井的危害,可采用空气雾
化钻井和天然气钻井。空气雾化钻井减少了井底着火的可能性,但又增加了发泡
剂、防腐剂和水等的费用,缩短了钻头寿命,降低了钻进速度。用天然气钻煤层
气井可避免井底着火,但不经济,且存在气源和安全问题。
目前,美国、加拿大已将一种空心纤维聚合物薄膜装在专为油田设计的橇装
氮气生产设备(NPU)上,生产的氮气用