寺河矿区地面采动区L型煤层气井抽采技术研究

根据采动覆岩移动破坏规律,应用物理模拟、数值模拟、理论分析等方法,研究确定了煤矿采动区地面L型井井位、层位和最优井身结构等参数,并对定向技术、完井工艺、安全抽采技术进行了研究,形成完善的煤矿采动区地面L型井抽采技术,实现了采动区瓦斯连续抽采,为解决上隅角和回风巷瓦斯超限问题提供了技术支撑。创立了煤矿采动区地面L型井抽采回采工作面瓦斯的全新抽采模式。抽采周期涵盖工作面回采全过程,取得了良好的抽采效果。实现了回采工作面采动区地面L型井抽采技术在一定程度上替代高抽巷,缩短了采掘接替周期,降低了成本,可解决上隅角和回风巷瓦斯超限,保障了煤矿的安全生产。优化了CH4、O2、CO、负压等主要抽采参数,形成了监测监控安全抽采技术。煤矿采动区地面L型井在晋煤集团寺河矿投运后,连续抽采6个月,纯量最高达35 m3/min,平均22 m3/min,抽采纯量达3万m3/d,浓度最高达96%,平均78%,累计抽采纯量约350万m3,取得了显著的安全和经济效益。     

寺河区块煤层气井排采特征及抽采效果分析

为研究煤层气井长期排采特征及抽采效果,以寺河区块开发较早的煤层气井实际生产数据为基础,采用理论分析与试验测试等方法,分析了煤层气井排采过程中套压、产水量、产气量随抽采时间的长期变化规律,并对抽采效果进行了验证。研究结果表明:在煤层气资源赋存条件差异不大的情况下,区内煤层气井排采曲线与小构造关系密切,大部分气井套压在短时间内达到峰值,而后逐渐降低,产水量主要集中在排采阶段的前3年,产气峰值一般出现在排采后的4~6年,少数井产气峰值出现在排采后的1~2年。煤层气地面抽采效果显著,降低了煤矿投入,提高了掘进速度,减少了瓦斯超限事故。由于煤层气井具有排采周期长,不同构造部位产气效果及排采特征差异性大的特点,应根据煤层气赋存条件及井下采掘进度,在瓦斯含量高的区域提前10~15年进行地面预抽。     

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。     

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。     

寺河矿水平对接井抽采煤层气工艺研究

为了更好地搞好煤层气抽采,节约成本,提高效率,实现安全、优质、高效、快速成井的目的,在沁水区块搞水平对接井进行煤层气抽采试验,通过5组煤层气水平对接井施工的研究,表明在地层的稳定周期内抽采效率高,成本低。     

晋城矿区典型区煤层气地面抽采效果分析

地面抽采煤层气被认为是降低煤层瓦斯含量、解决煤矿安全问题的有效途径,地面抽采效果得到煤矿企业的普遍关注,但一直缺乏工程验证。以晋城寺河矿东五盘区为研究区,其煤层气地面抽采效果评价主要基于两个方面,首先将区块内14口参数检验井的现今含气量数据与原位含气量进行了对比,评价了含气量实际降低情况;其次运用煤储层数值模拟软件(CBM-SIM),通过对141口气井近7 a生产数据的历史拟合、参数修正,开展产能预测,预测了含气量随抽采时间变化规律和未来10 a、15 a的抽采效果。研究结果表明煤矿区地面煤层气抽采可以有效降低煤层瓦斯含量,通过近7 a的地面抽采,寺河矿东五盘区煤层含气量由23 m3/t降至10.51 m3/t,下降幅度平均为55%;通过储层数值模拟得出,抽采7 a、10 a和15 a后3号煤层剩余含气量分别为10.07,7.31,4.35 m3/t,降低幅度分别达57%,69%和82%。     

煤矿区煤层气地面井抽采技术适用性评价

在地面钻井过程中,由于准备工作不充分,对区域客观条件考察不明确等问题导致井身损毁或产能不达标的情况时有发生,为解决这一问题,对影响煤矿区煤层气地面井抽采技术适用性的因素进行了深入分析,得出其主要影响因素为：煤层气可采资源量(煤层厚度、含气面积、含气量),水文、地质条件(水动力条件、地质构造条件),井眼稳定性(煤体结构、地应力、化学因素),以及地形地貌特征。建立了以层次分析法+模糊综合评判法为基础的煤层气地面井适用性评价指标体系,并以寺河煤矿为例,对影响地面井抽采技术适用性的主要因素进行评判,实例验证了此种方法的可靠性,可为煤层气井上下联合抽采技术的适用性研究提供参考。     

松藻矿区采动稳定区煤层气地面井抽采试验及应用效果

为验证采动稳定区煤层气资源评估、地面井优化设计和安全抽采等成套技术的适用性,在松藻矿区石壕煤矿进行了采动稳定区煤层气地面井抽采试验。在提出稳定区煤层气资源量评价选区基本原则的基础上,利用分源加法评估技术估算了试验点的可抽采煤层气量,进行了230 d的抽采试验,采出煤层气49.7万m³,约占估算可采气量的30%,拟合的长期最大可采气量达94万m³。试验表明:试验点采动稳定区内煤层气浓度约30%,分源加法评估结果的准确率受浓度等关键参数取值影响显著;影响采动稳定区地面井抽采效果的关键问题不是地面井筒的变形破坏,而是布井位置选择、钻井设备及工艺的选择、钻完井质量控制等因素,清水钻进工艺在钻越采动裂隙带时宜谨慎使用。     

寺河矿东井区接替盘区瓦斯抽采设计

寺河矿东井区初步评估为煤与瓦斯突出矿井,文章依据煤与瓦斯突出矿井瓦斯抽采要求,从地面井瓦斯抽采、回采工作面瓦斯抽采、掘进工作面瓦斯抽采等方面设计了瓦斯抽采方法,并从瓦斯抽采率、抽采时间和抽采负压三个方面分析了瓦斯抽采参数,验证了寺河矿东井区接替盘区瓦斯抽采设计是完全有效的,通过瓦斯抽采确保矿井安全高效的生产。     

煤矿区煤层气抽采效果检测指标及评价

采用实测和数值模拟方法对晋城矿区地面煤层气抽采效果进行了检测,实测法检测地面抽采5年后煤层气含量由21.58 m3/t降到10.74 m3/t,气含量降低率为50.2%;数值模拟法检测地面抽采5年、10年后井群范围内气含量降低率均值分别为43.3%和58.2%。煤矿井下抽采15.6个月和29.6个月后,实测法检测煤层气含量由抽采前20.1 m3/t分别降低到11.24 m3/t和4.76 m3/t,气含量降低率均值为44.0%和76.3%。根据实测的煤层气含量和储层数值模拟结果,并结合我国煤矿区煤层气抽采的实践经验和相关管理规定,综合考虑煤矿区煤层气抽采的安全和资源效益,提出以煤层气含量和气含量降低率(或采收率)作为煤矿区煤层气抽采效果检测和评价指标,分别建立了煤矿区地面和井下煤层气抽采效果评价方法。     

晋城矿区煤层气三区联动立体抽采模式

经过20多年的探索与实践,晋煤集团与中国矿业大学、西安煤炭科学研究院等单位合作,根据煤炭开发时空接替规律,将煤矿区划分为规划区、准备区、生产区三个区间,分区采用地面钻井排采、地面与井下联合抽采以及本煤层钻孔抽采等不同的技术措施以保证煤炭安全高效生产,初步实现了煤矿区煤炭与煤层气两种资源安全高效协调开发。三区联动的区域递进式立体抽采模式(晋城模式),初步解决了煤层气开发与煤炭开采的时空矛盾,提高了煤炭资源回收率,实现了煤矿瓦斯井下抽采和地面原位抽采两个独立的产业模式的有效衔接。     

晋城寺河矿井煤层气抽采实践与展望

本文介绍了晋城矿区寺河矿井煤层气抽采的探索与实践，从技术与经济方面分析了煤层气地面抽采的可行性，指出煤层气地面抽采是解决高瓦斯矿井高产高效问题的根本途径。     

煤矿区煤层气井地面抽采技术及应用

为了实现煤矿区煤层气资源合理利用,为煤矿生产提供安全的瓦斯环境,基于煤炭开发时空接替规律,探讨了适合晋城煤矿区煤层气与煤炭协调开发的一体化模式。煤层气企业在煤炭规划区或准备区进行采前预抽,在钻井、射孔、压裂、排采和集输等方面形成了一套适合晋城煤矿区高阶煤煤层气地面抽采的成熟工艺,煤层气企业在获得经济利益的同时提高了煤田勘探开发程度、降低了煤矿瓦斯突出风险。指出了煤层气地面抽采存在政策激励疲软、产能到位率低、矿权重叠矛盾等问题。晋城煤矿区煤层气地面抽采技术为其他煤矿区提供了技术思路。     

地面煤层气抽采效果评价指标初探

地面煤层气抽采是煤层气开发普遍采用的方式,主要以地面垂直井方式为主。建立地面煤层气抽采效果评价指标,有利于同一地区不同地面煤层气井、不同地区的抽采效果比较,也可为国内外抽采效果评价、不同抽采工艺效果比较提供参考手段。目前国内外地面煤层气抽采效果的评价及指标还不完善。本文通过收集晋城成庄区块主要煤层的储层参数和生产数据,采用新型储层模拟软件CBM-SIM进行不同井间距的产能预测,由此探讨地面煤层气抽采效果的有效评价指标。研究表明,评价指标可分为两类：一类是储层特征,主要包括气含量和储层压力;一类是煤层气资源特征,主要包括累计产气量、采收率、日最高产气量、稳产期日均产气量。     

淮南矿区煤矿煤层气抽采技术

根据淮南矿区实际，提出并研究了复杂特困条件下煤与煤层气共采技术。应用数值模拟、相似材料试验、工业性试验等方法，研究了开采煤层顶板煤层气抽采技术、开采保护层卸压增透抽采煤层气技术、地面钻井抽采采动影响区域煤层气技术等采动煤岩移动卸压抽采煤层气技术。以及原始煤层强化抽采煤层气技术的关键参数，全面考察了现场应用效果。     

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。     

寺河煤矿煤层气地面抽采含气量降低实测

煤矿区地面抽采煤层气可以有效降低煤层瓦斯含量,但效果一直缺乏大量的工程验证。文章以晋城矿区寺河煤矿西二盘区为检验区,将区块内8个参数检验井的现今剩余含气量数据与周围生产井原始含气量进行了对比,实测了煤层含气量实际降低情况。结果表明,通过近5 a的地面抽采,寺河煤矿西二盘区煤层平均含气量由23.33 m3/t降至13.89 m3/t,下降幅度平均为42%,平均每年降低1.89 m3/t。     

晋城矿区寺河矿采空区煤层气资源评价

通过对煤炭开采引起覆岩变形破坏的研究,进行理论分析及数学推导,对晋城矿区寺河矿采空区煤层气资源进行计算。采空区内煤层气资源主要由吸附气及游离气构成,基于煤层开采后覆岩的变形破坏特征,分析采动裂隙形成原因,依此计算出冒落带及裂隙带的岩体孔隙体积,并建立了采空区煤层气资源计算模型。     

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。     

盘江矿区土城矿煤层气抽采利用

贵州具有丰富的煤炭资源，相伴而生的煤层气储量居全国第二，对于缺乏石油、交通不便的高原山区，充分开发、利用煤层气资源，不但可以保证煤矿安全生产，而且可以通过进入天然气市场，获得经济效益。本文以土城矿煤层气抽采利用工程为例，介绍了土城矿区煤层气资源分布，抽采利用等内容。