煤层动态建模技术及应用

从煤层建模的约束条件、建模的特点、模型的选择、模型建立的路线以及平面-剖面对应实现的原理等方面讨论了煤层动态建模技术及其应用.通过将煤层建模的约束条件归纳为广义自然边界和构造地质边界，简化了煤层建模的程序设计，将断层边界的约束问题归结为折线边界的约束剖分，提高了断层的自动处理能力.设计的两条煤层建模路线为煤层动态建模系统的设计奠定了基础，能解决煤矿生产制图中平面剖面特征点的对应与任意切割剖面问题.     

煤层顶板水平井分段多簇穿层压裂数值模拟

煤层顶板水平井分段压裂技术是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术。文中基于流-固耦合原理,考虑分段多簇压裂时缝间应力干扰作用和射孔簇裂缝间压裂液动态分配,建立三维裂缝穿层扩展计算模型,研究了多簇射孔条件下裂缝动态延伸情况。结果表明：单簇射孔压裂形成的裂缝半长和宽度均较大,且裂缝尖端位于煤层顶板内,顶板内裂缝向前延伸后,由高应力顶板向低应力煤层中穿层扩展;三簇射孔条件下,当射孔簇间距小于15 m或压裂液排量低于8 m³/min时,中间裂缝不能获得有效的压裂液分配而发育不充分;对于煤层顶板水平井,射孔簇增多会导致压裂液分流,部分射孔簇将无法形成有效裂缝或无法穿层扩展,导致射孔簇效率降低。因此,对于多簇施工,应综合考虑压裂液排量、簇间距,以促进裂缝均匀扩展。研究成果可为煤层顶板水平井分段压裂施工优化设计提供依据。     

基于主成分分析法和熵值法的煤层气开采剩余资源量评价

为了对晋城寺河矿西二盘区煤层气井开采剩余资源量进行评价,以14口井为研究对象,选取原始含气量、煤厚、埋深、抽采时间、累计产水量和累计产气量6个评价指标,利用主成分分析法,在6个评价指标中提取2个主成分(煤层气资源因素、煤层气工程排采因素)并得到其分值,再通过熵值法赋权和主成分分析法特征值赋权方法求取14口井综合得分,印证了2种赋权方法的可靠性。研究表明:单井累计抽采量、原始含气量与综合评分值分别呈正相关和负相关,即综合评分值越高单井影响范围内的剩余煤层气资源量越小,表明预测结论与原始数据存在较好的拟合,证明主成分分析法和熵权值结合法在煤层气开采剩余资源量评价中具有可靠性和适用性。     

空气动力掏煤工艺之压风排水排渣关键技术

基于谢一矿地面钻井空气动力掏煤压风吹水吹渣工程实践，通过分析环空内气体携水携渣机制、吹水作业单次下钻深度，对压风排水排渣关键技术进行了研究。首次确定了套管段吹水作业单次下钻深度、吹水时间等策略；提出了煤层段是否含水条件下的吹水吹渣技术，包括下钻接单根速度要快，开始下行前须先实现压风洗井循环，并使钻柱保持旋转状态，且下行速度宜缓，以及针对固结干煤粉的定点强吹法等技术要点；理清了环空“架桥”、钻杆“倒吸”堵塞发生机制及处理对策，认为在洞穴内有水条件下，下钻前不实现压风洗井循环，是导致环空“架桥”堵塞的主因，而起钻使钻头位置高于堵塞部位，再压风洗井即可解堵；钻杆“倒吸”堵塞则是由于其在井口放气过快导致的，关闭放气阀，或放气减速，即可预防；探究了空气动力造穴高压放喷排渣机制和技术，认为，高压下放喷，环空中压降大，固气混合流体上返流速快，返排效果好；钻杆下入洞穴内的顶部和中低部相比，后者条件下煤粉上返量更多；对放喷后大块率增加的垮塌煤体可采用旋转钻头碾压破碎、定点强吹实现目标。     

焦坪矿区煤储层水力压裂施工工艺优化

通过对焦坪矿区煤储层的研究,发现煤储层具有煤阶低、厚度大、含气量低的特征,最小主应力场方向为北西-南东方向;利用Fracpro PT 2007三维压裂软件对煤层水力压裂施工中的施工排量、前置液量、砂比等施工工艺进行优化,分析了各个因素对压裂效果的影响,现场应用表明,大排量、大砂量、中砂比的施工工艺起到了明显的增产效果。     

煤矿地质测量空间信息系统及其关键技术

煤矿地质测量工怍是煤矿生产最基础和最重要的工作之一，对煤矿的安全生产和煤矿生产能力具有重要的影响。兮析了煤矿地质测量空间信息系统的框架体系及其相关的关键技术，重点介绍了其中的数据采集、平台设计、专业图形的自动化处理及其3D建模技术。     

碎软煤层底板梳状孔分段压裂抽采瓦斯技术

为提高煤层的瓦斯抽采效果,以阳泉矿区15#碎软煤层为研究对象,对煤层及其底板岩层特征进行分析,融合煤层底板梳状长钻孔和分段水力压裂技术,形成针对各个梳状分支孔的分段压裂方式,并理论分析了该方式水力压裂裂缝扩展延伸规律。试验研究了满足分段压裂技术要求的梳状长钻孔设计与施工工艺,构建了基于裸眼封隔器+滑套投球分段压裂工具组合的压裂参数设计和压裂施工工艺流程,最终形成梳状长钻孔主孔长度534 m,分支孔5个,主孔下入分段压裂工具串490 m,实现了4个分支孔分段压裂,单段最大注水量611 m³,最大泵注压力17.18 MPa;与常规的穿层钻孔瓦斯抽采技术对比,试验后瓦斯抽采浓度提高了10.53倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2.02倍。     

空气动力造穴技术原理及单井掏煤量计算方法

空气动力造穴技术在瓦斯消突领域取得了良好效果,但其技术原理尚不明确,为明确空气动力造穴技术原理,为下一步优化施工提供理论依据及数学计算方法,特进行以下研究。结合实际工程,对空气动力造穴技术流程及力学过程进行了理论分析,提出了空气动力造穴技术原理假说,并提出了基于该假说的2个推论,以期通过对推论的证明佐证假说的正确性;设计并进行了快速卸载围压三轴压缩实验,采用恒定轴压、卸载围压的卸压方法,控制围压液缸排液量恒定,观察煤体应力-应变过程,同时在煤样前端加载气压,通过观察流经煤体的气体流量变化判断煤样的破坏时机;在此基础上给出了弹-塑性过程数学模型及单井掏煤量计算方法;最后结合工程背景,使用Comsol软件引用数学模型对"松散带"范围进行了数值计算,并对空气动力造穴单井最大掏煤量进行了预测。快速卸载围压三轴压缩实验结果表明煤体的力学过程可被分为弹性阶段、弹塑性阶段及塑性阶段并给出了应力-应变曲线,进一步分析认为其力学过程可用非线性弹性胡克定律进行描述;计算所得的空气动力造穴单井最大掏煤量接近于实际工程单井出煤量;以上结果表明,空气动力造穴技术原理是:以向井内注入高压气体后快速卸压为手段,提升...     

基于下石节井田煤层气井位选择原则探讨

通过分析下石节井田地质构造条件、煤层发育特征、瓦斯含量、施工工程条件、地形等影响煤层气勘探开发的因素,结合实际情况确定了本区井位选择的一般原则,并据其进行井位优选,确定最终井位,为下一步该区进行煤层气勘探开发提供一些借鉴。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。