沁水盆地过采空区煤层气水平井施工技术研究

为了进一步解决山西晋城矿区煤层气的开发利用问题,科学有效地开发和利用3号煤层采空区下部的煤层气,降低煤层中的瓦斯含量,以保障煤层气的高效合理利用,为煤矿开采提供安全保障。本文对该区穿采空区煤层气水平井的施工工艺进行了研究,提出了利用潜孔锤及空气螺杆+氮气施工的钻井工艺,进一步优化了钻井的井身结构,有效地解决了采空区敏感层段的坍塌、掉块、漏失等施工难题。穿采空区煤层气水平井的顺利施工,进一步验证了该钻井技术的可行性,对下一步煤层气的规模性开发具有重要的指导意义。     

过采空区抽采下组煤煤层气技术及工程应用初探——以晋城寺河井田为例

晋城矿区寺河井田3号煤层经多年的煤矿开采,形成了大面积的采空区,大面积的卸压提高了下组煤(9号、15号)的渗透率,但由于采空区阻隔和煤层气地面预抽技术的局限,致使下组煤煤层气尚未得到有效抽采。为保证煤矿的安全生产和产能的释放,结合采空区特征,采用过采空区钻完井及压裂工艺新技术,分析施工参数及后期产能情况,评价过采空区抽采下组煤煤层气技术的应用效果。结果表明:地面钻井开发过采空区下组煤煤层气资源时,应首先进行井位优选及井身结构优化,以保证钻井的成功率;采用氮气置换套管钻井工艺及低压易漏注浆加固等穿采空区钻完井技术,不仅可以有效降低采空区煤层气自燃甚至爆炸风险,而且保证了穿采空区段固井质量;优化采空区下组煤层压裂施工参数并设计不同井位的煤层气井压裂工艺,有效扩展裂缝长度,同时也避免了“压穿”等压裂事故发生;精细化排采管控措施可以有效扩大泄流半径,提高单井产能。现场一百余口过采空区煤层气井排采实践表明,单井最高产气量达到8 832 m3/d,日均产气量达到2 694 m3,验证了过采空区抽采下组煤煤层气技术可行,可推广应用。      

煤矿采空区煤层气地面开发技术及工程应用

煤炭采出后,采空区中仍蕴藏着丰富的煤层气资源,其资源评价与开发利用具有环保和资源双重意义。近几年来,在山西晋城、西山和阳泉等矿区开展了地面钻井抽采采空区煤层气的积极探索,但在采空区煤层气地面开发过程中,往往因煤矿采空区积水、上覆岩层承压涌水等原因,导致地面钻井不产气或抽采气量低。以山西晋城岳城矿为例,研究不同采煤工艺下的采空区煤层气赋存特征、采空区积水和采空区裂隙带岩层渗透率对采空区煤层气地面开发的影响,提出采空区井布置原则和抽采技术,为解决三开空气钻进过程中岩粉进入裂隙带堵塞采空区煤层气运移通道问题,探索用水力冲孔方法提高采空区裂隙带岩层渗透率方面的应用。研究表明,煤矿采空区井布井原则:(1) 采空区井应布置在采空区积水区域之外;(2) 针对房柱式采煤形成的采空区空间形态,采空区井应避开保护煤柱最终完钻至采空区空间内;针对长臂式垮落法采煤形成的采空区空间形态,采空区井最优钻井区域为“O”形圈边界连线和采场边界之间靠近终采线一侧。研发了一种煤矿采空区井排水采气一体化抽采系统,该抽采系统实现了采空区井底积水抽排和煤层气抽采同步进行,解决了采空区上覆岩层承压涌水造成煤层气产量下降问题,抽采系统优化前后采空区井煤层气抽采量增加33.3%。探索性地将水力冲孔运用于解决钻井岩屑造成的采空区裂隙带岩层渗透率下降问题,工程试验结果表明,水力冲孔改造前后采空区井日均抽采量最高增长率为11.30%,提出了采用泡沫欠平衡钻井技术解决钻井岩粉侵入采空区裂隙带的建议。      

废弃矿井煤层气资源地球物理勘探研究进展

煤炭开采形成大面积的采空区和数量众多的废弃矿井,在这些废弃矿井中蕴藏着大量的煤层气资源。区别于常规煤层气资源,废弃矿井煤层气资源的勘探和开发受到采空区分布、覆盖层、围岩情况、裂隙带发育情况、煤层顶底板情况、煤矿开采方式以及采空区地下水等情况的综合影响,利用地球物理勘探技术可以为废弃矿井煤层气的开发提供技术支持。本文介绍了山西煤炭地质的基本情况,分析了采空区坍塌及积水的机制,以及围岩与采空区的地震波场特征、电性特征、激发极化特征和放射性氡异常特征;介绍了地震法、直流电法、可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法、激发极化法、放射性勘探法、微动勘探法、航空瞬变电磁法和半航空瞬变电磁法探测采空区的原理、方法及应用。指出开发、研究新的地球物理方法,建立多方法、多维度、多空间的采空区综合探测体系,充分利用地球物理大数据,深入发掘人工智能反演技术,可为我国废弃矿井煤层气资源的勘探和开发提供技术支持。     

断层构造对北票矿区煤层气地表泄漏的影响

针对北票矿区台吉井田断层地质分布状况和关井后煤层气由地表泄漏的实际情况,从数值分析角度,利用ANSYS有限元软件,建立三维有限元模型,模拟了不考虑断层构造和考虑断层构造情况下,不同断层组合在开采前后的地应力场和位移场变化规律,得到了开采前后断层剖面应力场和特定水平剖面垂向位移等值线图等模拟结果,及一些有价值的结论。断层构造对开采前后应力场和位移场均有影响,应力场数值模拟得到采空区为原生气源集聚区;断层与采空区交界处的上、下端头位置所受应力最大,导致富集于采空区的煤层气向此处扩散运移,并通过断层中贯通裂隙向地表逸散,断层即是煤层气向地表逸散的重要通道;采空区上方的冒落带、裂隙带和弯曲带是次生气源集聚区。该数值模拟为搞清断层构造对北票矿区煤层气泄漏规律的影响和原生、次生气源集聚位置的确定提供了科学依据,对有效进行煤层气开发利用具有一定指导意义。     

六盘水煤田煤层气赋存特征及有利区评价

近5年来,六盘水煤田多个区块的煤层气试采开发取得了较大突破,但其煤层气聚集单元多、勘探开发条件差异大,整体评价该区煤层气赋存特征及预测综合有利区对本区煤层气开发决策至关重要。研究区有22个主要含煤向斜,即煤层气聚集单元,不同煤层气聚集单元上二叠统含煤岩系具有单煤层厚度薄、顶底板封盖性好、煤层含气量高、地应力较大、煤体结构偏差、低孔低渗、储层超压频繁的共性特征,但在煤层气资源丰度、资源量、煤层累计厚度、构造、埋深、煤阶、试采效果、勘探程度和地面条件等方面差异较大,根据各煤层单元的共性与差异性确定了煤层气综合开发评价的3个二级指标（资源条件、储集条件和开发基础条件）及对应的9个三级指标,采用多层次模糊数学方法对22个煤层气聚集单元进行了有利区优选排序,优选出5个建议优先开发的煤层气单元、9个适合接替开发的煤层气单元及8个远景煤层气开发单元。      

山西省废弃矿井煤层气地面钻井开发关键问题与对策

随着我国煤炭去产能政策的有力实施,一批资源枯竭及产能落后矿井将陆续关停废弃。废弃矿井仍赋存着大量的煤层气资源,其开发利用是实现煤炭产业清洁安全高效低碳发展、促进煤矿安全生产、优化能源结构、实现温室气体减排等方面的重要举措。基于山西省煤基重点科技攻关(煤层气产业链)项目相关研究,系统阐述了废弃矿井煤层气开发面临着资源量评价不准、钻进体系不健全、井上下联合缺失等关键问题。针对这些问题提出以下几点对策:废弃矿井精准地质探测是采空区地面钻井轨迹设计的重要依据,尤其是炮采等落后采煤工艺的废弃矿井,地球物理勘探精度应达到米级才能有效降低钻遇煤柱风险;优选废弃矿井煤层气地面“L”型钻井思路,即选采空区周边一定距离的保安煤柱作为L型井位,并配套特殊钻进工艺;煤矿企业应将废弃矿井资源开发利用纳入煤矿全生命周期规划,尤其是矿井废弃前应确保煤层气抽采通道畅通,以实现煤层气井“一井多用”的新型井上下联合开采模式,提高废弃矿井煤层气开发效率;采用防回火、各种传感器等装置,并对关键参数设置自动报警停机界限值,从而使废弃矿井煤层气地面开采工艺安全、高效;对不同浓度废弃矿井煤层气,需要采取相应的梯级利用模式,从而提高整体开发利用价值。以山西省废弃矿井为示范区,研究认识对推动全国煤矿区废弃矿井煤层气开发利用具有重要的指导和示范意义。      

煤矿区煤层气开发部署方法

煤矿区煤层气的开发部署,受煤炭采掘规划和采掘布置的影响。基于我国目前的煤层气勘探开发现状,以晋城矿区为例,提出了煤层气开发部署原则,设计了井网优化部署方案,并进行了开发潜力及瓦斯治理效果分析。随着煤炭采掘的不断推进,煤矿区煤层气开发的地面垂直井形式会发生变化,即由起初单纯的地面垂直井转化为地面采动区井,而后可转化为地面采空区井。在地面垂直井阶段,气井连续排采10 a,累计产气量为576.44×104m3,目标煤层瓦斯含量降幅约为27.17%~51.99%。通过地面采动区井和地面采空区井阶段的瓦斯抽采,可使瓦斯抽采率进一步提高,达到有效治理瓦斯的目的。      

河南省煤层气钻井技术发展历程及展望

河南省地勘队伍自2003年开展煤层气钻井施工以来,积极开展技术创新研究,先后研发了大直径绳索取心机具、射流式扩孔掏穴器等专用器具,率先开展了煤层气参数井、水平井、采动井、穿采空井等施工技术研究和实践,形成了涵盖各类煤层气井型的钻井施工技术体系,积累了丰富的实战经验,促进了我国煤层气产业的发展。本文在总结了河南地勘单位在煤层气钻井技术方面取得的成果的基础上,结合国内煤层气开发深度逐渐增加、采空区覆盖面积逐渐增大、构造煤煤层气未实现突破等行业发展需求,提出了开展高效煤层气水平井钻井技术、气动定向钻井技术及构造煤开发钻井关键技术等方面研究的建议。     

乌鲁木齐河东河西矿区煤层气储层特征

乌鲁木齐河东河西矿区早-中侏罗纪富煤带,聚集着丰富的煤层气资源,笔者通过对该区煤层气赋存的地质条件、储层特征、资源量、煤层气保存条件的专门研究,评价出了有利区块,为下一步煤层气勘探提供了依据。本文主要通过实际采样测试,对该区煤储层的含气性、吸附性、孔隙结构、渗透性等进行了系统研究,探讨本区煤层气有利于勘探开发的储层条件。     

煤层气系统——一种非常规含油气系统

为了更加有效地预测煤层气分布,指出煤层气有利勘探区域,引入了含油气系统来研究煤层气。煤层气系统是由煤层和其中的煤层气及煤层气藏形成所必需的一切地质要素和作用所组成的天然系统,其中的地质要素包括煤层及其顶底板,作用是煤层气的生成、储集和保存等。煤层气系统的建立和研究,为煤层气的勘探和开发提供了一种新的思维方式和研究方法,以及一套煤层气勘探研究的程序和框架。      

彬长矿区水文地质特征及其对煤层气的控制作用

对彬长矿区水文地质特征进行了详细的论述,结合煤层实测含气性特征,探讨了水文地质条件对该区煤层气成藏的控制作用。研究表明:研究区构造简单,延安组煤系含水层与其他含水层不具明显水力联系,有利于煤层气富集成藏,同时使得煤系含水层地下水补给只能来源于区外侧向径流补给;矿区划分为3个水动力强弱不同的区域:侧向径流补给区、弱径流区和相对滞流区,其中位于矿区东南部的相对滞流区,也是水势低洼带煤层气汇集区,有利于煤层的富集成藏。同时,东南部煤层的含气量最高,说明该区水文地质条件确实对煤层气成藏起着关键作用。      

沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制研究

应用油气成藏动力学方法,研究沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制。通过热力场、应力场、地下水动力场的分析,认为本区具有良好的生烃条件和储集条件,晋城矿区南部,地下水流场为一种汇流区,这种地下水流场特征,导致煤层气在汇流区域得到富集,形成地下水和煤储层中流体的能量的积聚,这种能量的聚集是形成高压储层的基础和保证。同时,南部还是低地应力分布区,渗透率相对地高,因此南部煤层气富集,煤层气产能大,是煤层气勘探开发最有利地区。晋城矿区北部为单向流动的地下水动力场,使得在相同地质背景下的同一地区出现不同的煤层气成藏特征。     

六盘水地区煤层气开发利用前景

六盘水地区煤炭资源十分丰富,也是我国重要的煤层气富集地区之一。本文简介了六盘水地区煤层气的开发利用现状,从向斜构造、封闭条件、煤层割理、煤的演化和含气量五个方面探讨了六盘水地区煤层气可能富集高产的原因;结合各向斜煤层气赋存特征及资源状况,并考虑其经济地理条件等综合因素分析,提出最有利区块4个,有利区块4个。最后重点评述了格目底向斜、盘关向斜和土城向斜重点勘查目标区。     

阜新盆地白垩系沙海组煤层气系统

煤层气系统研究能有效地指导煤层气勘探和开发。运用非常规含油气系统的理论和方法,研究了阜新盆地沙海组煤层气地质特征。沙海组三段煤层是研究区煤层气的生储层;沙海组四段泥岩、泥质粉砂岩作为沙海组三段煤层气的盖层,是良好的区域性盖层;上覆岩层是沙四段泥岩和阜新组地层;由于喜山期辉绿岩的侵入,沙海组煤层在古近纪末出现生气高峰,另外,后期盆地抬升,地下水作用带入细菌导致煤层产生大量次生生物气;此后,煤层气进入保存阶段,煤层气系统的关键时刻是古近纪末。以上表明,盆地东梁区白垩系沙海组煤层适合进行煤层气勘探和开发,有望成为煤层气勘探开发的接续区域。     

芦岭煤矿卸压区瓦斯综合抽采试验及分析

煤炭开采造成煤储层卸压,煤储层参数将发生巨大变化,并对瓦斯储存和运移产生极大影响。分析了淮北芦岭煤矿卸压区地面垂直井煤层气抽采试验,研究了卸压区地面和井下瓦斯综合抽采技术及方法。结果显示,在低透气性煤层卸压区进行地面和井下瓦斯综合抽采,不仅有利于煤矿安全生产,而且可大大提高瓦斯采收率及其开发的经济效益。      

阜新盆地刘家区煤储层综合分析

在对阜新盆地刘家区构造演化及构造特征、煤层发育特征、煤的化学成分及排采试验资料分析的基础上,对研究区煤层气含量、煤的吸附性、煤层渗透率、煤储层压力、临界解吸压力、煤体结构、煤层气产出特点进行了综合研究。认为研究区煤层分布广、厚度大、丰度高,煤的吸附能力强;而且埋深与辉绿岩侵入体是控制煤层气含量的主要因素,成煤后期构造运动是影响煤储层渗透率的关键因素。煤层气开发有利区应在向斜翼部和岩墙、岩床附近煤变质程度高的区域。     

沁水盆地南部煤层气藏水文地质特征

水文地质条件对煤层气的高产富集起到重要的作用。沁水盆地南部有多个水文地质子单元,存在地下分水岭,造成煤层气井气水产能动态复杂化。研究区东部边界晋获断裂褶皱带的北段有明显的横向阻水作用,南段地下水径流条件极差,不导水。南部边界的中段具阻水性质,对晋城一带煤层气的保存与富集起到了重要作用。西部边界以安泽为界,北段阻水,南段由导水断层组成。本区内部存在着4条重要的水文地质边界。其中寺头断裂是一条封闭性的断裂,导水、导气能力极差。在沁水盆地的大宁-潘庄-樊庄地区,地下水以静水压力形式将煤层中的煤层气封闭起来。在寺头断裂西侧的郑庄及其附近地区,地下水径流强度可能较弱,较有利于煤层气保存。大宁-潘庄-樊庄一带为等势面"洼地"滞流型,煤层气富集条件好。      

废弃矿井遗留煤层气资源次生富集成藏研究现状及展望

在当前国家大力推进"双碳目标"落实阶段,废弃矿井遗留煤层气资源开发具有重要的现实意义.然而,废弃矿井遗留煤层气资源开发具有其独特性,源于其在原始地质条件下扰动后的二次动态成藏.通过综述近些年国内外研究成果得出:(1)煤层开采覆岩及底板扰动区可以依次分为导气裂隙带、卸压带及不易解吸带,长臂法开采煤层覆岩采动影响范围可达到...     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987112000308

The Panguan Syncline contains abundant coal resources,which may be a potential source of coalbed methane.In order to evaluate the coalbed methane production potential in this area,we investigated the pore-fracture system of coalbed methane reservoirs,and analyzed the gas sorption and seepage capacities by using various analytical methods,including scanning electron microscopy（SEM）,optical microscopy,mercury-injection test,low-temperature N₂ isotherm adsorption/desorption analyses,lowfield nuclear magnetic resonance and methane isothermal adsorption measurements.The results show that the samples of the coal reservoirs in the Panguan Syncline have moderate gas sorption capacity.However, the coals in the study area have favorable seepage capacities,and are conductive for the coalbed methane production.The physical properties of the coalbed methane reservoirs in the Panguan Syncline are generally controlled by coal metamorphism:the low rank coal usually has low methane sorption capacity and its pore and microfractures are poorly developed;while the medium rank coal has better methane sorption capacity,and its seepage pores and microfractures are well developed,which are sufficient for the coalbed methane’s gathering and exploration.Therefore,the medium rank coals in the Panguan Syncline are the most prospective targets for the coalbed methane exploration and production.