对接井水力运移卸压开采煤层气方法的探讨

我国存在不少单一贮层、松软结构、低渗透性的煤层结构,同时这种煤层也多是瓦斯突出区域,对此类结构采用地面压裂技术或水平井技术抽采煤层气,效果十分有限,基于此本文提出一种地面钻井,井下水力对接、水力运移卸压开采煤层气的方法,并对其机理和运行模式进行分析,期望为低渗透性煤层煤层气开采提供一种新思路。     

超短半径水平钻井技术在煤层气开采中的应用

煤层气是矿井灾害频繁发生的直接原因,但是煤层气作为一种清洁能源备受关注。我国是世界煤层气储量大国,开发和利用煤层气将解决我国的能源紧缺问题。同时由于我国煤层气自身的特点,开采煤层气具有一定的困难。论文介绍了一种煤层气开采技术,利用该项技术可以大大提高煤层气的渗透性,增加煤层气的产量。     

高压电脉冲致裂试验及其在煤层气开采中的应用分析

为了分析高压电脉冲致裂作用特征及其对煤层气开发作用,以混凝土试样为试验对象,研究了无应力状态下试样裂隙分布特点及其扩展特征。结果表明,高压电脉冲对试样具有明显的致裂作用;经过高压电脉冲作用后,试样表面出现裂隙网络,其中主裂隙数目为2~4条,长度为25~32cm;试样裂隙从钻孔周围开始,其扩展过程可分为应力积累、缓慢发展、快速发展及破坏4个阶段。高压电脉冲通过液电效应产生的冲击波对试样进行破裂作用,同时冲击波引起的水楔效应等对煤体裂隙的生成也有促进作用。高压电脉冲能够改善瓦斯流动情况,从而提高煤层气产量。     

低渗透煤储层煤层气开采有效技术途径的研究

概括地介绍了通过实验提示的三维应力作用下,煤体基质岩块与裂缝的渗流物性规律,据此提出三维地层压力是导致煤层渗透性降低的主要因素。基于实验、理论与数值分析,论述了水力压裂技术在改造低渗透煤层中的局限性,其机理是水力压裂技术仅能在煤层中产生极少量的裂缝,而且在压裂裂缝周围还会产生应力集中区,该区事实上成为煤层气开采的屏障区;本煤储层割缝,使煤层卸压的同时,还产生大量裂缝,是改造低渗透煤储层的最有利的技术方向,并研究了有效的割缝高度。     

煤层气掏穴井钻探施工技术

通过工程实例，介绍了煤层气掏穴井施工的目的、技术要求、设备机具、施工工艺，以及掏穴作业和技术措施。     

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。     

PM-TRIZ理论在我国煤层气开采技术创新中的应用

运用PM-TRIZ理论对我国煤层气开采技术进行了分析研究。通过实例研究发现,高压射流掏穴卸压开采煤层气的方法可以增大钻孔的影响范围,有效提升煤层的透气性,改善开采条件,具有广泛的实用性。     

煤层气水平井气体作业技术研究与应用

随着煤层气开发技术的发展,水平井逐渐成为煤层气开发的主流井型。但水平井排采过程中的出砂、出煤粉问题导致井筒堵塞,严重制约了水平井的稳定排采。因此,如何实现水平井高效清理,日益受到煤层气行业的重视。本文以沁水盆地华北油田煤层气开发区块水平井开发实践为基础,分析了水平井低产原因：一是煤粉、石英砂等固体颗粒堵塞井筒、筛管,煤层气不能顺利产出;二是煤粉堵塞近井筒地带渗流裂缝,人工裂缝导流能力下降。针对低产原因,创新应用水平井气体作业技术,取得了较好的应用效果,为今后煤层气的开发提供了新思路,具有较高的推广应用价值。     

基于计算机模拟的煤层气开采方法及增产对策分析

煤层气开采是煤炭资源合理利用的有效方式。文章以不同渗透率煤层气开采为研究对象,利用计算机仿真技术模拟了直井压裂、洞穴完井和水平完井3种开采方式,将煤层按渗透率分为低渗透煤层、中渗透煤层和高渗透煤层。根据每种渗透煤层的不同,制定了符合实际情况的开采方式。该研究为我国煤层气开采工艺的优化提供了参考。     

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。     

煤层气完井方式和增产措施的优选分析

在借鉴国外煤层气开发的经验及分析国外工程技术特点的基础上,利用数值模拟方法,建立了基于渗透率量化分级的完井和增产措施优选准则。通过对数值模拟计算的累积产气量分析,将煤层分为低渗、中渗以及高渗3个类别,并依此选择相应最合适的完井增产方法。低渗煤层（＜0.5×10-15 m2）适合选用水平井或者多分支水平井完井;中渗煤层（0.5×10-15～10×10-15 m2）适合选用直井压裂的方式;高渗煤层（＞10×10-15 m2）适合选用洞穴和扩孔等完井方式。     

煤储层渗透率与煤层气垂直井排采曲线关系

根据岩石弹性理论分别建立了天然裂隙面上、最大水平主应力方向上形成裂隙的极限压力模型,绘制了压裂过程主裂隙延伸轨迹示意图;根据原始渗透率与改造后渗透率的关系,结合压裂主裂隙几何形态特征,绘制了不同渗透率关系下排采过程压力传播轨迹示意图;根据煤储层原始渗透率、压裂后渗透率不同情况下压力传播轨迹的不同,得出煤层气垂直井排采的“增-减-增”、“增-减”、“增-增”和“增-减-猛增”等4种典型排采曲线.     

高瓦斯突出矿井卸压开采瓦斯综合治理实践

朱集东煤矿为“三高一深”（高地压、高瓦斯强突出、高地温、千米埋深）矿井,采掘工作面煤与瓦斯突出危险性极大,开采此类煤层最经济有效的办法是开采保护层。为抽采保护层11-2煤层开采过程中本煤层及邻近层大量卸压瓦斯,采用分源法计算瓦斯涌出量,结合工程类比取大值。根据瓦斯涌出量预测结果,选用Y型通风方式,辅以顺层钻孔、地面钻井、顶板巷大直径筛管平钻孔、留巷埋管及穿层钻孔等抽采方式,使工作面回采期间瓦斯抽采率达到84.8%,实现了深井高瓦斯工作面煤与瓦斯安全高效共采。     

高地应力条件下高压空气爆破卸压增透技术实验研究

为探索高地应力条件下的非常规卸压增透技术,研究了深部矿井高压空气爆破卸压机理,分析了地面与井下气爆致裂煤体的差异性,构建了高地应力条件下高压空气爆破卸压范围的理论计算模型,以丁集煤矿为工程背景,理论计算了气爆致裂煤体的卸压范围;详细介绍了高压空气爆破技术与装备,开展了高压空气爆破的地面实验,得到了有、无位移约束2种条件下混凝土试件气爆破坏效果与破坏特征,分析了气爆压缩波反射作用对试件的破坏影响作用;开展了丁集矿的井下现场试验,研究了气爆卸压增透效果,分析了气爆前后钻孔瓦斯流量、瓦斯抽采量、衰减系数与透气性系数的变化特征,结合以往经验类比与理论计算,得到了气爆后卸压增透的最佳范围。研究结果表明:在气爆压力达到60 MPa左右时,有、无位移约束的混凝土试件破坏程度很高,主要呈现出径向断裂特征;在淮南丁集煤矿气爆后的煤层钻孔瓦斯流量是无气爆的6～8倍,瓦斯抽采量是气爆前的4～7倍,透气性系数是未气爆的5～1 050倍,衰减系数是未气爆的0.4倍,气爆的最佳卸压增透半径不超过2 m;首次气爆使爆孔周围煤体的力学性质得到弱化,相当于爆孔周围发生了卸荷效应,在二次气爆与高地应力共同作用下形成了较大的松动破坏范围,从而达到卸压增透目的。     

基于区域瓦斯治理的钻割抽一体化技术及应用

针对我国高瓦斯煤层赋存特点及目前煤矿区域瓦斯治理过程中存在的问题,采用理论研究、数学建模和现场测试相结合的方式,研究了基于区域瓦斯治理的高瓦斯低透气性煤层卸压增透技术及改善瓦斯流动与解吸方式,建立了高压射流割缝卸压范围内瓦斯流动毛细管模型,并且通过对割缝主体影响区、边界影响区消突时间的对比分析,得出了割缝影响区内任一点消突的判据和割缝卸压范围内整体消突时间。最后,结合笔者多年从事瓦斯抽采的研究和科研成果,提出了基于区域瓦斯治理的钻割抽一体化技术,开发了相应的配套设备和材料,在国内有关矿井进行了应用。应用结果表明,该技术可显著提高抽放钻孔的单孔有效影响范围,减少区域瓦斯治理需要的钻孔数量,缩短区域抽采时间,提高区域抽采效率。     

The control of coal mine gas and coordinated exploitation of coal bed methane in China

Based on the characteristics of the coalfield geology and the distribution of coal bed methane (CBM) in China, the geological conditions for exploiting the CBM and draining the coal mine gas were analyzed, as well as the characteristics of CBM production. By comparing the current situation of CBM exploitation in China with that in the United States, the current technology and characteristics of the CBM exploitation in China were summarized and the major technical problems of coal mine gas control and CBM exploitation analyzed. It was emphasized that the CBM exploitation in China should adopt the coal mine gas drainage method coordinated with coal mine exploitation as the main model. It was proposed that coal mine gas control should be coordinated with coal mine gas exploitation. The technical countermeasure should be integrating the exploitation of coal and CBM and draining gas before coal mining.     

高压气体射流破煤应力波效应分析

针对松软低透煤层中水力化增透措施存在的塌孔、抑制瓦斯解析及运移等缺点,提出采用高压气体射流破煤卸压增透的技术方法。根据热力学相关理论,计算分析了气体射流破煤应力波产生的临界当地声速及压力;并进行了高压气体射流破煤实验,高压气体射流冲击煤体时,以准静态载荷和动态载荷作用于煤体,在煤体表面形成冲蚀坑,并以应力波加载的方式在煤体内形成贯穿裂纹导致煤体破裂。通过建立应力波在煤体内传播的弥散方程,分析了孔隙率和渗透率对应力波在煤体内传播的影响。结果表明孔隙率对波速有明显的影响,应力波的衰减随孔隙率增大呈增大趋势,且在高频时应力波衰减变化更为明显;低频时渗透率对波速的影响不大,高频时,在渗透率较低时波速随着渗透率的增大逐渐增大,且波速衰减呈现先增大后减小的趋势;当渗透率大于10-11时,波速不受渗透率的影响,同时应力波也未出现衰减。     

煤层气排采初期阶段合理降压速率的研究

基于井周煤岩应力状态分析,对煤层气开采初期的降压速率进行了理论研究和探讨,建立了控制排采降压速率的力学分析模型,并结合陕西韩城地区的实际工程测试资料确定了开采过程中的合理降压速率上限值。同时,根据对多口井资料的研究分析,给出了合理降压速率上限值随储层埋深的变化规律。研究分析表明：降压速率合理上限值随储层埋深呈线性递增;...     

新大地煤矿本煤层瓦斯超前卸压抽采试验研究

对新大地煤矿15101综放工作面利用工作面超前支承压力作用提高低透气性煤层瓦斯抽采效果进行了现场实测研究,结果表明:本煤层瓦斯抽采效果受工作面超前支承压力的影响十分明显,根据本煤层瓦斯抽采钻孔所处位置,其抽采效果可以大致分为4个时期:原始抽采期(工作面前方50 m以外)、抽采减弱期(工作面前方50~20 m)、抽采增长期(工作面前方20~7.38 m)及抽采衰减期(工作面前方7.38 m以内)。其中,抽采增长期和抽采衰减期钻孔瓦斯抽采纯量分别为原始抽采期的7.03倍和6.19倍,是本煤层瓦斯卸压抽采的最佳时期,该时期内钻孔抽采量占本煤层瓦斯抽采总量的57.83%。     

顺层长钻孔瓦斯抽采工艺技术应用研究

通过理论分析顺层长钻孔瓦斯抽采负压变化对煤体瓦斯向钻孔运移的作用机制,基于流体力学理论推导出瓦斯气体在钻孔内运移沿程的阻力方程。结合顺层长钻孔在煤矿井下掘进工作面现场试验研究结果,分析了不同孔段负压沿孔长的变化规律,建立了顺层长钻孔瓦斯抽采流—固耦合模型,分析了影响瓦斯抽采效果的主控因素,并通过分析现场应用数据,证实了长钻孔瓦斯抽采工艺技术在本煤层瓦斯抽采中的优势。研究成果可为顺层长钻孔抽采瓦斯工艺技术大面积推广应用提供相应的科学依据。