我国煤层气开发技术进展

二十多年来我国煤层气开发取得了重大突破,在保障煤矿安全、缓解能源压力等方面发挥了重要作用。综述了我国煤层气开发历程和现状,概括总结了煤层气钻完井技术、压裂增产技术、排采技术、数值模拟技术等方面取得的进展和发展趋势:井型多样化、复杂结构化;压裂规模化;排采智能化;钻完井压裂用液多元化。同时,提出了今后我国煤层气开发技术的重点在于研究适宜规模开发区(高煤阶)的稳产高产技术、中煤阶区的钻压采技术、低煤阶区的煤层气勘探开发关键技术和松软低渗透煤层的规模高效抽采关键技术。最后提出我国煤层气开发技术总体上仍处于起步阶段,依然面临许多难题,需要进一步创新突破。     

中国煤层气勘探开发技术

中国煤层气资源丰富，近１０年在煤层气勘探开发技术方面形成了包括煤层气钻井取心、试井、完井、强化压裂和排采系统配套的工程工艺技术．应用这套技术实现了我国煤层气勘探的突破性进展。介绍了这套煤层气勘探开发工程工艺技术的基本内容、特点及应用情况。     

中国煤层气开发技术的现状与未来

本文从煤层气地质评价技术、增产技术、井筒排采技术、地面配套技术、动态监测与动态分析技术等五个方面介绍了我国煤层气开发技术的发展状况及未来发展趋势,对加快我国煤层气产业的快速发展具有一定的指导意义。     

我国煤层气产业发展现状和技术进展

通过对近年来我国煤层气勘探开发项目的调研,总结了我国煤层气勘探开发的现状和特点。煤层气勘探从华北地区扩展到西北、西南地区,从高阶煤拓展到低阶煤,煤层气产量稳中有升,主要煤层气田初具规模,支撑了煤层气产业的发展。阐述了当前煤层气主要技术发展趋势,勘探技术手段不断深化,活性水压裂技术工艺进一步优化以适应不同的储层特点,新的增产改造技术不断探索形成,煤层气井排采技术和排采管理得到高度重视,煤层气开发中地质研究须进一步满足产业要求。最后提出了煤层气产业存在的问题和发展方向。     

我国煤层气地质特征与工程技术适应性进展

我国煤层气储层由于成煤年代早、板块构造挤压等因素,导致储层物性差、渗透率低,但因深成热变质、区域动力变质及岩浆接触热变质作用相互叠加,使煤层含气量偏高。通过勘探开发实践,我国已建立适合中高煤阶煤层气的煤层气开发工程技术系列,重点包括三维地震物探技术、直井+定向井丛式钻井技术、大规模水力加砂压裂技术、智能化排采控制技术、低成本地面集输工艺技术等,但煤层气开发仍存在产能到位率低、气井产量低、稳产能力差、产业规模发展慢等问题,核心原因仍为地质条件差、勘探开发技术仍不成熟,基于大数据动态数据库分析评价的"地质工程一体化"技术有望为煤层气科学勘探开发提供途径。     

新疆大倾角多煤组煤矿区煤层气开发利用进展与前景

煤层气是非常规天然气的重要组成部分，新疆作为我国十四个特大型煤炭产业基地之一，煤层气资源储量丰富，约占全国煤层气资源总量的26%。为分析归纳新疆特殊的大倾角多煤组煤矿区煤层气资源特征，总结了“十三五”以来，新疆煤矿区煤层气开发利用在理论、技术及装备方面取得的突破性研究进展，并对未来新疆煤矿区煤层气开发利用潜力和应用前景作出长远的展望。结果表明：新疆煤矿区资源具有“倾角大、煤层多、煤阶低、含气高”的特征。取得的突破性研究进展主要包括：提出了基于“三孔四区五量”的大倾角多煤组煤矿区时空协同煤与煤层气协调开发模式；阐明了大倾角采动地面井变形模式及高危位置确定方法，提出了“避、抗、让、疏、护”五字理念的地面井设计技术；研发了大倾角碎软煤层下向递进式抽采钻孔成套技术与装备；构建了新疆高寒地区煤层气利用蓄热氧化供暖技术；上述研究成果在现场试验中成功应用，提升了新疆煤矿区煤层气开发利用的整体水平。然而，规模化的煤层气开发利用产业尚未大面积形成。因此，亟需总结推广典型的大倾角多煤组煤矿区三区联动煤层气开发模式；加强多煤组煤矿区的地面井均匀超前预抽；研发井下煤层气高效抽采技术及装备；基于非对称采动卸压作...     

煤层气井排水采气理论与技术研究

排水采气是煤层气开发技术的重要流程,直接关系到煤层气井投资的成败。本文根据煤层气井排采原理,分析了煤层气的产出过程,介绍了煤层气单井排采和井网排采的原理,并根据排采过程中产能变化,将排采划分为排水降压阶段、产量稳定阶段、产量衰减阶段等三个阶段。影响煤层气井产能的主要因素有煤储层压力、煤层厚度以及煤储层渗透率等。通过煤层气井产能的数值模拟,可以对煤层气井进行产能预测研究。     

煤矿采动稳定区煤层气地面井抽采技术及应用

为明确煤矿采动稳定区地面井抽采技术内容,基于理论研究、类比分析与现场试验,深入分析了煤矿区地面井的类型及技术特点,指出采动稳定区煤层气地面井抽采技术更偏重于对煤层气资源的充分开发,该技术重点关注对产前煤层气资源量评估和破碎岩层钻完井工艺的研究与应用,其关键技术包括煤层气资源量评估、地面井结构优化设计、井位选择优化设计及钻完井工艺优化设计4个方面,应根据应用条件的不同具体分析,以保障煤层气开采效果。在山西晋城无烟煤矿业集团成庄煤矿的现场抽采试验表明:应用采动稳定区煤层气地面井抽采技术,地面井抽采气体积分数约40%,日均抽采纯量3 120 m~3,验证了采动稳定区地面井抽采技术的适用性。     

开发模式和增产技术对煤层气采收率影响研究

本文综述了我国现有的开发模式及增产技术,根据资料分析不同开发模式的优缺点,同时在理论上讨论不同开发模式与增产技术之间相互结合对煤层气采收率的影响。其中,晋城矿区采用的采煤采气一体化开发模式,能有效地提高煤层气的采收率;地面直井压裂增产技术是最常用的一种煤层气地面抽采开发模式,同时提出新型的煤层气增产技术——CO2-ECBM。     

基于CBM-SIM的煤层气井网优化设计

为了在煤矿准备区、规划区形成相应的井网布置方案,以实现煤与煤层气协同共采,选取梨树煤矿煤层气开发试验井,利用CBM-SIM煤层气数值模拟软件对生产井排采历史进行拟合,并对储层参数进行优化校正,实现了储层的精确表征。同时以直井、矩形井网为背景,在综合考虑压裂规模、生产需要的基础上,设定7种井间距,并借助CBM-SIM软件模拟不同井组抽采15年的产气量,以及抽采5年的瓦斯含量动态变化值,最终针对煤矿不同区域分别确定最佳井间距。研究表明,准备区、规划区的最优井间距分别为200 m×250 m、300 m×300 m,研究成果为梨树煤矿及东北深部薄煤层区地面煤层气开发技术提供了借鉴。     

我国煤层气开发模式与开发技术问题探讨

我国复杂的地质条件决定了煤层气开发模式与开发技术选择的多样性。就目前应用较广的5种煤层气开发模式(井下瓦斯抽放模式、煤矿区地面预抽开发模式、采煤采气一体化开发模式、地面直井压裂开发模式及多分支水平井开发模式)和3项煤层气开发技术(定向水平井技术,欠平衡技术钻井、完井技术和注气提高采收率技术)进行了深入探讨,并对各项技术和模式的地质适应性进行了初步分析。结果表明:直井压裂技术较适用于高渗、原生结构厚煤层的煤层气开发,多分支水平井技术适用于低渗与特低渗厚煤层的煤层气开发以及煤矿瓦斯预抽,而采气采煤一体化适合于煤层发育比较复杂、地表条件差、垂直钻井和水平钻井很难施工的矿区的煤层气开发。     

煤矿区煤层气三区联动立体抽采理论与模式

为了实现煤矿区煤炭与煤层气2种资源的安全高效协调开发,基于煤炭开发时空接替规律,将煤矿区划分为规划区、准备区、生产区3个区间,分别采用地面钻井排采、地面与井下联合抽采以及本煤层钻孔抽采等不同的瓦斯抽采技术以保证煤炭安全高效生产。根据煤矿安全生产容许最高瓦斯含量数学模型、煤层瓦斯压力数值模拟模型和煤层气立体抽采优化专家系统,创立了三区联动的区域递进式立体抽采模式（晋城模式）,提高了煤炭资源采出率,实现了煤矿瓦斯井下抽采和地面原位抽采2个独立产业模式的有效衔接,解决了煤层气开发与煤炭开采的时空矛盾。     

煤层气开采技术应用现状及其改进

为解决我国煤层气平均采收率低的问题,从储层特征和开采技术2个方面进行了分析。在此基础上,探讨了不同开采技术与特定地质条件的开采技术适用性以及各种新型开采技术所具有的优势。研究结果认为,煤储层的＂低含气饱和度、低渗透率、低储层压力＂特征以及现行开采技术适用性差是我国煤层气采收率低的主要原因;套管（压裂）完井、超短半径水平井和多分支水平井综合运用应作为我国煤层气开采的主要模式。分析认为采用注入混合气体增产、多级强脉冲加载压裂、＂固氮酶＂、＂虚拟产层＂等各种新型开采技术来提高我国煤层气采收率,实现高效开采。     

煤矿区钻探技术装备新进展与展望

我国煤层气资源非常丰富。在煤矿区,煤层气(瓦斯)开发具有增加洁净能源供给、提高煤矿安全生产保障能力、减少温室气体排放等多重效益。地面钻井开发与井下钻孔抽采是煤矿区煤层气(瓦斯)开发的基本途径,同时也是煤矿区应急救援的主要手段。本文介绍了煤矿区地面煤层气开发新技术装备,大直径钻孔施工技术与装备及井下中硬、松软煤层和岩层瓦斯抽采钻孔成孔技术与装备。在此基础上分析了在新形势下煤矿区煤层气(瓦斯)抽采钻孔成孔技术和装备发展需求,为我国煤矿区煤层气(瓦斯)钻孔成孔提供借鉴。     

对江南煤矿井上下立体化抽采工艺分析

为了解决对江南煤矿“先抽后建”以及煤与煤层气协调开发的问题,根据对江南煤矿采掘部署以及首采煤层M78煤体结构好、气含量高、渗透性较好的特点,对首采面提出了地面水平井和丛式井相结合的方式进行高效地面预抽瓦斯,而对较晚开采的备用面和准备面采用丛式井地面预抽方式。模拟显示,地面抽采5年后,首采面M78煤层瓦斯有了大幅度降低,最高降低幅度超过50%。在地面预抽后井下采用底板排水巷定向长钻孔抽采技术,实现井上下立体化抽采。该工艺降低了煤矿瓦斯治理投资,提高了煤炭安全生产的效率,同时可充分有效地利用煤层气资源。     

湖南煤层气地面钻井抽采技术展望

在煤层气地面抽采技术日趋成熟的今天,湖南高瓦斯煤矿因"先抽后掘、先抽后采"生产停滞不前。将矿井瓦斯作为一种洁净能源开发利用,既解决了制约煤矿生产的安全问题,又为社会提供了新的能源。文章从煤层气生成、储存理论及抽采技术的发展入手,探讨了科学理论与具体实际的有机统一,以省内高瓦斯矿区煤层气开发利用为目的,以求煤层气地面抽采技术有一个新的提高,以加速湖南煤炭工业的发展。     

我国低煤阶煤层气地质特征及最新进展

为了更好地加快我国低煤阶煤层气勘探开发,在借鉴国外成熟低煤阶开发技术基础上,总结了适合我国低煤阶地质特征的相应技术。目前我国的煤层气开发已经从试验阶段进入了小规模商业化生产阶段,但大部分勘探开发工作都集中在沁水盆地高煤阶地区,低煤阶地区的勘探开发尚处于起步阶段。而低煤阶地区煤层厚度大、渗透性好、资源量大以及常规油气与煤层气共生的特点,加之国外低煤阶盆地成功的商业开发,使其具有十分良好的前景,是我国煤层气下一步勘探开发重点。当前形成适应我国低煤阶储层的技术体系成为我国低煤阶煤层气勘探开发成功的关键因素。     

低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术及应用

低煤阶煤层气资源受到了越来越多的关注，有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域。基于神东煤炭集团保德煤矿主采的8号煤层属典型的结构复杂低阶厚煤层的特点，开展了低阶厚煤层立体分层抽采瓦斯技术的研究。通过对矿井原有封孔工艺的改进，应用煤矿井下钻孔抽采瓦斯效果预测平台，优化8号煤层回采工作面瓦斯预抽钻孔的布孔工艺，进一步应用井下双向立体交错钻孔联合抽采瓦斯工艺实施回采前的工作面瓦斯治理，使之形成立体分层抽采瓦斯的格局。工程应用结果表明，应用低阶厚煤层立体抽采瓦斯技术可有效降低煤层瓦斯含量，使工作面实现回采前的瓦斯抽采达标。试验期间，累计抽采瓦斯量1 651.93万m³，瓦斯的预抽率达58.96%。     

晋城矿区煤与煤层气共采研究进展及急需研究的基本问题

晋城矿区是我国最大的无烟煤生产矿区,自投产以来,受制于矿井煤层高瓦斯含量,常规井下抽采难以满足矿井安全高效生产的需要。晋煤集团通过探索地面抽采技术、井下抽采技术和地面与井下联合抽采技术,形成了"采煤采气一体化"的立体抽采模式,称为"晋城模式",并在国内推广应用,取得了好的效果。基于晋城矿区实际,提出了煤与煤层气共采的基本概念,分析了煤与煤层气共采研究现状,介绍了"采煤采气一体化"的煤矿瓦斯治理模式、地面抽采关键技术和井下抽采关键技术,并提出了今后一段时间内的努力方向和急需研究的几个基本问题。     

深部煤层气勘探开发进展与研究

我国煤层气资源主要分布于深部。鄂尔多斯、准噶尔等盆地部分煤层气井勘探成功表明深部煤层气资源在含气量、含气饱和度、储层压力及临界解吸压力等关键参数方面较浅部有利,开展深部煤层气研究及勘探是重要前瞻性课题。鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田的勘探,尤其是万宝山构造带延3井组的成功开发是我国深部煤层气开发获得突破的1个典型实例。一般来说,影响深部煤层气开发的因素较复杂,是一个系统工程,通常可以将这些因素划分为资源地质条件和开采技术条件两大类。延川南煤层气田开发的经验表明,影响深部煤层气井产能的主要因素是受地质条件控制的压裂技术与排采技术,提高深部煤层气单井产量的途径是做好富集高渗区选区评价和预测,加强以压裂为核心技术的工程工艺攻关研究及做好排采管理。