晋城矿区采动区煤层气地面井抽采技术试验

在晋城市成庄矿区4308工作面进行了采动区煤层气地面井抽采试验,针对试验点地质特点,设计出试验井井身结构,分析了钻井在工作面推过前后的抽采数据,并先后4次对套管变形情况进行了考察。试验发现,地面井抽采纯流量最高达8 m3/min,但是如何保证套管的稳定性是需要解决的关键问题。     

织金区块煤层气井产气量影响因素分析

为了提高织金区块多薄煤层气井产气量,通过对区块地质条件、储层压裂改造、配套工艺和排采制度4个方面的对比分析,总结出织金区块煤层气井产气量的主要影响因素。研究表明:织金区块高产井目的层埋深主要集中在500～700 m,采用4段逐层压裂且施工加砂强度在10～15 m~3/m、加液强度大于150 m~3/m时产气量可达1 000 m~3以上;最终总结出适合织金区块的"五段三压"、"避峰求面"、"面积降压"的"阶段降压"的排采模式,提高了经济效益,为该区块后续大规模开发及类似煤层气田的勘探开发、排采制度的制定提供了借鉴。     

基于产气量模拟的采动影响下煤层渗透性变化规律

针对目前对采动影响下煤储层渗透性变化规律认识不清,直接影响了煤矿采动区煤层气地面抽采部署的问题,以两淮矿区为研究对象,通过分析大量采动区煤层气抽采井数据,结合现场监测结果,利用数值模拟技术进行了采动影响下煤层渗透性变化特征研究。研究确定了采动影响下煤层气井的抽采范围和边界条件,揭示了煤层渗透性变化规律,建立了采动影响下被保护煤层渗透率随工作面推进距离的关系。     

寺河井田L型井产气效果影响因素的初步研究

山西晋煤集团部分高瓦斯矿井虽经采取本煤层抽放、顶板走向钻孔抽放等方法,在回采过程中回风瓦斯浓度仍然经常达到临界值,影响了工作面的安全生产。本文对已投运的3口L型井从井身结构差异、压裂前后运行曲线、压裂施工效果三方面进行分析,探寻影响L型井产气效果的工程因素,得出主要结论有:裸眼段平均坡度对L型井产气效果存在显著影响;水力压裂施工对L型井产气至关重要,而产气效果与压裂时工作面已采过裸眼段的长度和相对比例无直接关联。今后压裂时,建议提高最大排量并相应增大入地液量,以应对部分L型井可能存在的畅通程度较差的情况。     

晋城矿区单一厚煤层开采条件下地面采动井抽采工艺及效果分析

通过对山西晋城矿区单一厚煤层开采条件下地面采动井的地面和矿井采煤条件的分析,并结合瓦斯含量与分布特征,本文提出了适应本矿区单一厚煤层开采条件下地面采动井的工艺设计三原则,包括钻孔不易受采动破坏、孔距要合理和地面环境有利三个方面的因素。根据本矿区地质条件提出了新的完井工艺设计方案,一方面采用局部固井方式来缓解因地层移动导致套管的破坏,另一方面通过增设悬挂器装置来防止地面采动井工艺结构的破坏。通过抽采实验井的抽采效果分析及技术和经济可行性评价,得知晋城矿区单一厚煤层开采条件下地面采动井产出效益和成本基本相抵。     

昔阳井田煤层气井产气量控制因素及增产措施

昔阳区块位于沁水盆地东部边缘中北部,太行山隆起的西翼,其基本构造形态为向西倾斜的单斜构造。煤系地层与上下围岩的厚度大体稳定。该区块作为阳泉蓝焰煤层气公司的主力生产区块,可采量相对较大,但区内构造比较复杂,开采难度大,抽采效率低,因此,有必要加强该区块煤层气排采规律的研究。通过对排采强度、煤粉及压裂砂的吐出、一级增压设备的影响、抽油机设备故障及气候条件变化等主要因素动态数据的分析,提出提高排采效率及煤层气井产气量,并优化本区块排采工作制度。     

重复采动下煤矿采动活跃区地面井变形特征研究

为解决采动影响下的采场覆岩运动,尤其是重复采动影响导致地面井断孔率较高的问题,以分层开采条件下的工程环境为基础,通过建立平面相似模型,进行煤层的分层开挖、采场覆岩的剪切滑移和离层位移对地面井监测线的影响的连续监测,获得了地面井在重复采动影响下的变形特征:采动区地面井在重复采动影响下剪切变形呈现出"增大→减小→增大→减小"的反复错动的活动特征且下分层开采后地面井剪切滑移量较上分层开采后增大了30.12%;离层拉伸变形呈现出"增大→增大→增大→增大"的持续增加的活动特征且下分层开采后地面井离层拉伸变形与采厚比较上分层开采后增大了29.8%。同时,针对地面井变形规律提出了井身强化设计的防护思路。     

采动影响下地面井煤层气抽采技术研究

建立覆岩移动变形模型,分析了覆岩各岩层沉降变形及剪切变形特征,给出了套管在覆岩作用下的剪切、拉伸变形破坏形式,建立地面井"S"型剪切变形数学模型函数及离层拉伸变形数学模型;通过对采煤后覆岩裂隙形态的分析,根据采煤工作面瓦斯流动特征,获得了采动影响下瓦斯地面井布井基本原则,设计了采动影响下瓦斯抽采地面井结构,在晋煤集团成庄矿、寺河矿应用该技术,取得很好的抽采煤层气效果,解决了采煤工作面瓦斯治理难的问题,抑制了瓦斯超限,保障了煤矿回采的安全,取得了很好社会经济效果。     

晋城寺河井区煤矿采空区煤层气地面抽采关键技术研究

随着煤层气勘探的不断深入,煤矿采空区煤层气已成为煤矿区煤层气重要资源之一。基于晋城矿区寺河井区煤矿采空区分布特征,通过地质分析、采空区煤层气成分、浓度试验和资源量模型计算等方法系统研究了煤矿采空区煤层气资源条件及地面抽采关键技术,揭示了采空区煤层气赋存规律,给出了不同赋存状态下煤层气资源量计算模型和方法,探索了煤矿采空区煤层气地面抽采关键技术。研究表明,煤矿采空区煤层气来源于煤柱及残留煤层、邻近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。根据吸附气和游离气资源量计算模型计算寺河井区煤层气总资源为213.016×10⁸m³,其中游离气资源为0.102×10⁸m³,吸附气资源为212.914×10⁸m³。采煤方法和采空区密闭性对采空区煤层气的来源和富集程度有重要影响。针对采空区上部岩体裂隙发育特征,将采空区煤层气抽采井身结构由二开优化为三开结构,实现了二开固井封闭断裂带上部含水层,三开下入割缝套管护壁,有效解决了采空区上部含水层涌水对钻井井身稳定性影响及抽采效果等问题。在此基础上,研发了潜孔锤+压缩空气(氮气)钻井工艺,用氮气取代空气作为循环介质,形成了安全揭露含气断裂带钻井工艺技术,为采空区煤层气安全抽采探索了有效途径。     

煤矿采动影响区瓦斯地面井抽采试验研究

针对寺河煤矿煤层瓦斯含量高、吸附能力强、瓦斯抽采利用技术相对薄弱等问题,提出工作面采动影响区瓦斯地面井抽采技术方案,并在寺河煤矿W2301工作面进行试验.地面井抽采期间,70d内累计抽采瓦斯约33.7万m3,平均抽采能力4m3/min,气体浓度约40％,工作面瓦斯浓度平均降低26.5％,工作面平均排风量降低至16.4m...     

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区产气量排采控制及优化

为分析排采制度对高煤阶煤层气井产出效果的影响,以沁水盆地南部某地质与钻完井条件相似的51口煤层气井排采数据为基础,通过分析煤层气井生产特征,建立了动液面降低速率、单位降深产液量、动液面波动幅度以及停井时间等4个排采动态控制表征参数。表征参数与平均日产气量之间关系显示:解吸前液面降低速率越快、单位降深涌水量越大、停井时间越长、动液面变化越频繁,煤层气产出效果越差。要实现研究区高效排采,建议在初始排水阶段将液面降深速率控制在6 m/d以内,在投产后将单位降深涌水量控制在0.05 m~3/(d·m)以内,在稳产阶段和产量衰减阶段控制好排采强度、保持液面稳定和排采连续性。     

淮南矿区采动区地面井抽采参数变化规律研究

目前,淮南矿区在采动区地面井瓦斯抽采基础参数变化规律和基础理论研究方面尚有不足,经常遇到采动区地面井抽采产量不稳定、产气浓度变化较大以及产气高峰短等问题,而这些问题往往与布井、选层以及采动影响条件下煤储层渗透率等基础参数变化密切相关。因此,有必要加强基础理论研究,加强采动区地面井抽采参数变化规律的研究,为采动区抽采和产能预测提供理论基础。     

垂直压裂井和水平井产气量的计算方法

本文介绍了垂直压裂井和水平井产气量的一种计算方法，通过建立垂直井眼和水平井眼的水力模型，推导出产气量及其它参量的计算公式，引用具体的地层参数、流体特性和煤层中煤的吸附特性数据，进行定量计算。     

煤层气排采中套压对产气量的影响

利用渗流理论,通过对陕西韩城WL1井组、山西晋城潘河示范区的排采数据以及煤层气排采动态资料的分析,将套压参数划分为3个类型.套压小于0.3 MPa时,地层处在泄压阶段,产气不稳定,是排采的初级阶段;套压为0.3～1.1 MPa时,排采曲线基本符合达西定律,为线性曲线;当套压大于1.1 MPa时,曲线反映的是二次函数,属于紊流状态,产气不稳定.实践表明,套压参数对产气量的影响很大,曲线类型的划分对煤层气的排采工作具有一定的指导意义.指出:线性曲线,基本符合达西定律.     

露井联采条件下采动边坡的变形机理研究

通过对露井联采下采动边坡的分析,建立采动边坡梁模型,根据梁的受力及变形,得出梁变形产生拱的范围,即影响边坡范围;利用顶板破断后形成的沉陷范围,给出了采动边坡稳定系数计算方法,并得到最安全采深,结合安家岭露井联采的实践及边坡位移监测,得出902工作面采动下边坡稳定系数为1.38,最大安全采深为309 m。研究结果表明,露井联采条件下采动边坡变形是由于顶板变形引起的岩层倾角变化引起的,可为露井联采采动边坡稳定治理提供理论依据。     

煤矿采动影响下地面井群瓦斯抽采范围研究

随着我国煤矿开采强度的日益提高,矿井回采空间瓦斯涌出量大幅增加,即使低瓦斯矿井也有瓦斯"爆涌"问题显现。如何进行大范围、区域化的连续抽采,形成对回采空间涌出瓦斯的低成本长效控制,依然是目前面临的重要难题。采动区瓦斯抽采地面井在地面施工,能够连续进行采动区/采空区抽采,是区域化连续抽采控制回采空间瓦斯浓度的有效技术。因此,在对采动区内覆岩裂隙场渗流特征分析基础上,建立了采动区地面井抽采条件下地面井周围采动影响范围内的气体压力衰减梯度变化函数,提出了以采动裂隙场内气体压力衰减梯度曲线拐点为依据的地面井有效抽采范围判定原则;进而,建立了采动区瓦斯地面井(群)抽采效果评估方法,并提出了抽采率指标的计算模型;最后,以晋煤集团岳城矿为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟分析和现场小井群抽采试验相结合的方法对采动区瓦斯地面井小井群抽采的参数优化、应用效果等进行了对比分析与验证,证明了采动区瓦斯地面井(群)抽采具有很高的实用价值。     

煤矿采动区煤层气井地面抽采设备体系成套化研究

地面钻井抽采煤矿采动区和采空区瓦斯是近年来逐步发展起来的瓦斯抽采新技术,是快速降低煤矿瓦斯最直接有效的途径。针对目前抽采现场受道路、场地等因素制约、在运输、安装等方面存在困难以及现场设备布置分散、不利管理和维护等问题,提出设备成套化的理论体系。该体系主要有真空泵、发电机、循环水箱、防火防爆等设备,所有设备撬装组合成一体式抽采设备,在有效解决以上问题的同时还具有对地形适应性强、占地面积小、减少设备安装及回收时间,提高工作效率、节约设备运输、安装及回收成本等优势,便于现场操作与管理。     

煤层水力裂缝参数对煤层气井产气量的影响

基于水力压裂增产机理,构建了水力压裂后煤层气井产气量计算模型,编制程序模拟了裂缝参数对煤层气井产气量的影响。结果表明:水力压裂后煤层气日产气量曲线在形态上表现出低-高-低-高-低的特征;随着裂缝长度的增加,日产气量和累计产气量明显增加;当水力裂缝的导流能力小于临界导流能力时,产气量随导流能力的增大而增加,大于临界导流能力时,产气量将保持为临界导流能力时的产气量;增加裂缝的长度比增加裂缝的导流能力更有利于产气量的增加。