我国煤矿井下规模化抽采煤层气技术模式初探

以晋城、两淮和松藻矿区为背景,总结了我国煤矿井下规模化抽采煤层气的技术模式和技术体系。通过对井下采煤和采气工程关系的研究,得出影响井下规模化抽采煤层气技术模式分类的关键因素是煤层渗透率、煤层赋存条件和煤层开采顺序,井下采煤与采气工程相互衔接的关键节点包含是否消除了煤层的突出危险性、是否实现了瓦斯抽采达标和是否能避免上隅角瓦斯超限;基于对井下规模化抽采煤层气技术模式分类和时空衔接关系的研究,结合各矿区抽采技术现状,构建了3种典型模式对应的技术体系,提出井下规模化抽采煤层气技术的发展方向。     

中国煤矿井下规模化抽采煤层气技术模式及适应条件研究

我国煤层气储层条件具有"三低一高"的特点,地面井抽采和井下抽采两者相互结合,取长补短是我国煤层气规模化开发的必由之路。本文通过对山西晋城、安徽两淮、重庆松藻3个示范矿区井下采煤和采气工程相互关系的研究,得出了煤矿井下规模化抽采煤层气技术模式划分方法和依据为煤层渗透率、煤层赋存条件和煤层开采顺序;煤矿井下采煤与采气工程相互衔接的关键节点为是否消除了煤层的煤与瓦斯突出危险性、是否实现了煤层瓦斯抽采达标和是否能避免工作面上隅角瓦斯超限;基于对煤矿井下规模化抽采煤层气技术模式和采煤-采气工程时空衔接关系的研究成果,结合各示范矿区井下煤层气抽采技术的应用现状,构建了3种典型模式对应的技术体系框架;从煤层条件、瓦斯条件和地质条件3个方面建立了典型井下规模化抽采煤层气技术的适应条件。最后,结合我国煤矿安全生产实际,提出了煤矿井下规模化抽采煤层气存在的技术瓶颈及新设想。     

我国煤层气勘查开发现状与发展建议

本文在对山西、新疆等地煤层气产业进行实地调研的基础上,首先系统分析了我国煤层气资源、储量条件和勘查开发现状,指出我国煤层气开发总体处于早期阶段;其次,梳理出了制约产业发展存在四个方面的问题:即煤层气资源有效动用难度大、多数企业效益差、投资积极性不高和采气采煤和谐发展等管理机制尚需进一步理顺;最后,结合国家制定的煤层气"十三五"发展规划目标,提出了加大勘查投入、设立新的开发试验区、加大科技攻关力度、创新管理机制等针对性的产业发展建议。     

纳米陶瓷电絮凝技术处理煤层气排水的实验研究

煤层气是一种重要的能源资源,但在开采过程中会产生大量的煤层气排水。为了有效处理煤层气排水中的大量有机物和无机盐等污染物,解决煤层气排水难以有效处理的问题,本研究提出了纳米陶瓷电絮凝技术深度处理煤层气排水的方法。试验结果表明:当电解时间60min,极板间距12mm,电流密度9mA/cm~2,极板对数2对和抽吸泵出口压力为0.08MPa时,该工艺处理后的COD、SS、全盐量、Fe和石油类等污染物指标均可满足《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅴ类水体标准。     

地面动压调节技术在煤层气井上的应用及预测

排水降压法是煤层气井开采的主要方式,在生产进入中期或排水很少时,气量出现衰减时,排水降压法能产生的收益有限,现场运用动压调节技术获得良好的效果,可使生产井继续保持较高的采气速度,提高最终的采收率,该技术具有广泛的推广价值,为中后期煤层气生产井的优选及应用提供途径。     

浅谈晋城市煤层气开发与利用

煤层气是一种清洁的优质能源与化工原料,开发煤层气是我国的能源战略需要,也是我国煤矿安全的需要.综合叙述了晋城市煤层气的开采方法、利用模式,针对煤层气开采利用时遇到的煤、气开采权不一致、政策法规不健全、技术研发滞后等问题,提出了切实解决煤、气矿权分置问题,积极推动“采煤采气一体化”进程;建立健全法规政策,大力支持煤层气开发;加大科研投资力度,积极研发煤层气相关技术等合理化的建议.     

中国煤炭学会2013年高层学术论坛

《煤与瓦斯共采理论与关键技术》——中国工程院院士、淮南矿业集团副总经理袁亮 我国煤矿瓦斯地质赋存条件复杂,就瓦斯而言仅靠地面煤层气开采技术不能解决大部分矿区瓦斯治理难题,遏制不了瓦斯事故的发生,必须坚持“两条腿走路”,把瓦斯作为资源,在开采煤炭的同时建立井上下瓦斯抽采系统,把瓦斯集中“抽采”至地面,变害为宝加以利用,即煤矿区井上下瓦斯抽采与地面煤层气开发相结合、采煤采气一体化的技术路线。     

新疆阜康煤矿区煤层气资源勘探前景与开发

通过对阜康煤矿区构造、煤层、煤岩煤储层特征及影响煤层气赋存规律的地质因素的分析,阐明了煤层气开发的有利条件和不利因素,目前最有利的开发区块是大黄山-白杨河区段.煤矿区煤层主要为长焰煤、气煤,煤层多而厚,其含气量较好,舍气饱和度高,渗透性相对较高,具有良好的资源勘探前景.并进一步提出了采煤采气一体化开采模式较适合当前煤矿区实际情况.     

注气开采煤层气技术浅谈

注气开采煤层气技术是开采煤层气的新技术。依据吸附平衡理论,向煤层中注气可加快吸附煤层气解吸速度,从而提高煤层气采气速率和回收率。推导了自然降压开采和注气开采煤层气时最大理论回收量和回收率的计算公式,利用这些公式可以评价注气效果和选择注气种类。     

新疆阜康煤矿区煤层气资源勘探前景及开发建议

通过对阜康煤矿区构造、煤层、煤岩煤储层特征及影响煤层气赋存规律的地质因素的分析，阐明了煤层气开发的有利条件和不利因素，目前最有利的开发区块是大黄山一白杨河区段。煤矿区煤层主要为长焰煤、气煤，煤层多而厚，其含气量较好，含气饱和度高，渗透性相对较高，具有良好的资源勘探前景。并进一步提出了采煤采气一体化开采模式较适合当前煤矿区实际情况。     

黔西煤层气成藏特性空间分异及其对开发的启示

黔西地区煤层气资源丰富,但赋存条件复杂,开发难度较大。基于该区煤层气井注入-压降试井数据,重新厘定了本区煤储层渗透率划分方案,分析了地应力及其控制下渗透率、压力系统、气藏类型的空间分异特征,探讨了地应力的控藏效应及其对煤层气开发的启示:区域上,六盘水煤田地应力显著高于织纳煤田,煤储层渗透率为中低渗—低渗水平,异常超压发育,具有"应力封闭"特征,而织纳煤田煤储层渗透率为中渗—中低渗水平,以欠压状态为主,表现为"压力驱动"特点,可实现压降自由传递;垂向上,300 m和600 m为黔西地区地应力的转换深度,也是控制煤层气成藏特征的临界埋深线,300 m以浅以水平应力为主导,300~600 m水平应力与垂直应力共同作用,异常高压发育,600 m以深以垂直应力占主导。600 m以浅有利于统一流体压力系统的发育,以深有利于多层叠置流体压力系统的形成,并使气藏资源类型由"压力驱动型"向"应力封闭型"转变;基于成藏要素的台阶式跃变特征和多层次模糊综合评价,推测300~600 m为本区煤层气勘探开发的黄金带,织纳煤田高产井产层普遍位于该深度范围。     

河北省煤系天然气资源及其成藏作用

为摸清河北省煤系天然气资源潜力,揭示其耦合成藏作用,采用等温吸附、TOC含量测试、X衍射、岩石热解、高压压汞、液氮吸附、显微组分镜鉴、脉冲渗透率等试验测试,对源-储地化和物性特征进行研究,结合各赋煤构造区煤系沉积-构造演化史,进行煤系天然气资源评价并揭示其成藏作用。结果显示:河北省煤系天然气资源丰富,煤层气资源量39 015×108m3,页岩气资源量33 447×108m3,致密砂岩气资源量24 000×108m3,石炭二叠系占绝对优势;烃源岩有机质以Ⅲ型为主,成熟度Ro介于0.5%~3.0%,以成熟—过成熟阶段为主;煤对煤系天然气藏起决定作用,富有机质泥页岩起关键作用,泥页岩的厚度优势弥补了有机质"欠缺";煤系储层连通性较好,属低孔低渗型,二次生烃作用是煤系天然气成藏的关键;共生调节机制煤层气表现为层间调节,页岩气为层内调节,砂岩气为协调调节;基于共生调节机制和空间叠置关系,将煤系天然气藏分为"远源"致密砂岩气藏、"自源"页岩气/煤层气藏和"自源+他源"叠合气藏3类,后者包括3种成藏模式。     

论煤层气AVO分析对地震勘探偏移距的要求

使用Zeoppritz方程组弹性模量近似式研究了煤层气储层顶板界面P波反射系数R(θ)随入射角和折射角平均值θ的变化及梯度d(R(θ))/dθ,并与天然气储层顶板界面的对应量比较,以确定煤层气AVO分析对地震资料偏移距的要求。由于煤层气储层顶板界面的d(R(θ))/dθ有极值点,而天然气储层顶板界面R(θ)是随θ单调变化的,因此,煤层气AVO分析对地震资料偏移距的要求不同于天然气AVO分析,小偏移距也能用来做煤层气AVO。建议根据煤层气储层顶板界面d(R(θ))/dθ的极值点确定煤层气AVO分析需要的最佳偏移距,并结合实例确定了最佳偏移距的3种方法。     

煤层气井产气机理及排采控压控粉研究

煤层气吸附/解吸特征、渗流机理和排采控制是煤层气井生产的重要因素。为此,进行了煤层气吸附解吸实验和渗流特征实验,结果表明:煤层气吸附/解吸是可逆的,存在"解吸滞后现象";煤层气渗流呈现二级渗流特征,即煤的基质孔隙内流体的渗流呈非达西渗流和天然裂隙及大孔隙内流体的渗流呈达西渗流;煤层气排采过程中,随着排水降压,规模开发可导致"气水分异",局部高点气产量高、水产量低,相对低点产水量高、产气量低。同时,煤层气井排采过快、洗井修井、停抽关井、液面低于煤层顶面等易造成污染,致使气水产量锐减,其伤害机理主要是煤粉堵塞伤害、应力敏感伤害和气锁/水锁伤害。基于伤害特点及伤害机理,结合多年的排采经验,确立了以定压排采、控制合理工作压差和控制煤粉适度产出等排采工作制度。     

沁水盆地南部高煤阶煤层气井“变速排采-低恒套压”管控方法

为了提高煤层气井排采管控的科学性,以沁水盆地南部3号煤为研究对象,基于储层气-水运移产出过程和相对渗透率特征,探讨了煤储层气水产出控制机理及其影响因素,通过开展不同尺度裂隙系统内气水运移实验,分析了各类气水产出影响因素的影响模式及主要作用阶段。以降低气水运移影响因素造成的储层伤害、减小各排采阶段渗透率损失为主要目的,建立了适应于沁水盆地南部高煤阶煤层气井的"变速排采-低恒套压"排采控制方法。研究表明,气水产出依次通过基质孔隙、微观裂隙、宏观裂隙和人工裂缝,期间受到毛细管力、有效应力、启动压力和气水相渗等4要素耦合控制,压裂增压后地层毛细阻力明显增大、排水降压后有效应力会导致裂缝闭合、启动压力使气体产出滞后、气水相渗影响流态的稳定。当气井处在不同的排采阶段时,影响排采效率的主控影响因素各不相同。可将煤层气井降压产气过程依据储层压力(Pc)、临界解吸压力(Pde)、见气压力(Pjq)与井底流压(Pjd)的关系划分为4个阶段,认为PcPjd时需要以0. 1 MPa/d的降压速度快速排采以迅速克服毛细管力,降低水敏伤害; PjxPjdPc时需要以0. 05 MPa/d的降压速度排采,避免裂缝过早闭合,降低应力伤害; PjqPjdPde时需要以0. 02 MPa/d的降压速度缓慢排采,减小气对水的抑制作用; PjdPjq时采用0. 01 MPa/d的降压速度提产,同时保持套压不高于流压的一半,保持一定压差克服启动压力。在沁水盆地南部樊庄-郑庄区块应用"变速排采-低恒套压"排采控制方法,对比邻近相同地质条件、开发技术的井,相同流压时日产气量提高至原方法的1. 4倍,日产水量提高至原方法的2倍,排采500 d后的累产气量增加近25%。4个排采阶段单位压降产水量均高于传统排采管控方法。     

煤层气数值模拟及应用研究

我国煤层气资源十分丰富,煤层气的开发利用具有重要的战略意义。煤层气数值模拟通过对气井气、水产量数据的历史拟合,获得更加客观准确的煤层气储层参数,从而为制定煤层气开发方案和预测煤层气井的长期生产动态提供科学依据。     

以煤系天然气开发促进中国煤层气发展的对策分析

为了提高中国煤层气勘探开发程度,促进煤层气产业发展,分析了中国煤层气勘探开发现状与面临的问题,提出1 200 m以深煤层蕴藏十分丰富的煤层气资源,且多与致密砂岩气叠合共生,展现了煤系天然气广阔的勘探开发前景。根据煤层气及煤系砂岩气开发特点,对煤层气及煤系砂岩气划分为自生自储型、内生外储型2类气藏模式,提出将煤系的煤层与砂岩互层段,统一作为目的层进行综合评价,在垂向上拓展勘探开发空间,显著增加资源丰度,同时煤层与砂岩立体压裂改造也比单一煤层压裂更能提高储层改造效果,并提出煤系天然气综合勘探开发工作建议。     

煤层气水平对接井钻井技术研究

水平对接井 ( SIS) 由水平井与垂直井对接组成,并可根据地质条件和需要,设计成多口水平井与 1 口直井对接的多 "U"型组合; 其井身结构简单,尤其是完井后可下入一根高强度PVC 筛管,克服因煤体坍塌、煤粉沉淀等原因可能造成的水平井段堵塞,还可对水平段井眼进行双向冲洗,保证采气阶段井眼的畅通。煤层气开发实践证明水平井可有效地导通煤储层的裂隙系统,增加气、水导流能力,大幅度提高单井产量和采收率,是开发低压、低渗地区煤层气资源的有效手段,而水平对接井以其合理的井身结构和独特的完井方式,更适宜于中国大多数煤储层条件的煤层气开发。     

我国深部煤与瓦斯共采战略思考

我国是世界上瓦斯灾害最严重的国家之一,煤炭资源禀赋与长期的旺盛需求导致我国煤炭开发以每年10~25 m的速度快速向深部转移,深部煤炭开采面临的瓦斯问题更加严峻,从安全、能源、环保3个方面考虑,都需要加大深部煤层煤与瓦斯共采力度。分析了我国深部煤层煤与瓦斯共采现状与面临的问题,指出了我国深部煤层煤与瓦斯共采发展对策,认为我国深部煤层应坚持地面和井下相结合的"两条腿走路"的煤与瓦斯共采模式,从基础理论研究、关键技术及装备研发、示范工程建设、政策扶持等方面提高深部煤层煤与瓦斯共采技术整体水平。     

提高我国煤层气采收率的主要技术分析

文章分析了影响我国煤层气采收率的主要因素，认为低渗透、低储层压力和低饱和度等煤层气地质特征以及常规开发技术是影响我国煤层气采收率的瓶颈。指出改造“虚拟产层”，采煤、采气一体化开发以及应用多分支水平井钻井技术，是提高我国煤层气采收率和实现我国煤层气地面开发商业化切实有效的途径。