煤矿区钻探技术装备新进展与展望

我国煤层气资源非常丰富。在煤矿区,煤层气(瓦斯)开发具有增加洁净能源供给、提高煤矿安全生产保障能力、减少温室气体排放等多重效益。地面钻井开发与井下钻孔抽采是煤矿区煤层气(瓦斯)开发的基本途径,同时也是煤矿区应急救援的主要手段。本文介绍了煤矿区地面煤层气开发新技术装备,大直径钻孔施工技术与装备及井下中硬、松软煤层和岩层瓦斯抽采钻孔成孔技术与装备。在此基础上分析了在新形势下煤矿区煤层气（瓦斯）抽采钻孔成孔技术和装备发展需求,为我国煤矿区煤层气（瓦斯）钻孔成孔提供借鉴。     

煤层气综合抽采技术及应用研究

通过在井下大巷实施井下水平井与原有地面U型井对接连通,实现将地面抽采改为井下正压抽采,可解决煤层气地面抽采的诸多不利,有利于降低抽采成本,改进抽采管理水平。目前煤矿瓦斯治理采用的井下抽放方式为常压钻孔负压抽放,在钻孔过程中煤层原始地层压力因快速降压,导致出现损害瓦斯通道的压实效应;正压直接转换为无节制措施的负压抽放,初速过大易造成速敏效应,从而使瓦斯抽采影响范围小及瓦斯浓度和采收率低,而且产量衰减快,增加煤矿井下钻井工程量,经济性很差。为解决这个问题,通过对保德煤矿煤层气综合抽采技术及应用研究,采用井下正压抽采,可以有效提高瓦斯最终采收率,为降低保德煤矿抽采成本开辟了新的途径,项目具有广泛推广价值。     

河南省首个地面瓦斯抽采试验井项目完工

近日,由河南煤化集团、中石油煤层气公司、河南省煤田地质局共同实施,旨在共同开展煤层气地面抽采试验研究、综合开发煤层气资源,力争在河南省煤层气抽采开发方面取得重大突破的河南省首个地面瓦斯抽采试验井项目顺利完工。     

低渗煤层注CO2增抽瓦斯数值模拟与应用

针对低渗透性煤层瓦斯抽采难度大、抽采效率低等问题,基于CO₂-CH₄多组分气体竞争吸附作用,开展了注CO₂提高煤层瓦斯抽采率数值模拟与试验研究。首先,建立了考虑气-水两相流与Klinkenberg效应的煤层注CO₂促抽瓦斯流-固耦合模型,利用COMSOL软件进行了煤层注CO₂后煤层瓦斯压力、瓦斯含量和瓦斯抽采率等参数变化规律,并应用于工程试验。结果表明:构建的气-水两相流瓦斯抽采流-固耦合数学模型可靠、合理;注入CO₂抽采煤层气瓦斯压力、瓦斯含量均比未注入CO₂抽采下降速率快;现场试验后,注气抽采条件下瓦斯抽采浓度平均值是未注气条件下的2.02倍,瓦斯抽采纯量是后者的3倍。煤层注入CO₂气体后,瓦斯抽采量增加,显著促进了煤层瓦斯抽采。      

晋城矿区王坡井田地面瓦斯抽采效果影响因素

晋城矿区王坡井田地面瓦斯抽采效果差,为了查明原因,指导今后地面抽采工程施工,将研究区煤层气资源赋存条件与抽采效果较好的临近成庄井田进行了对比分析,并对排采井水质进行检测,同时在井下进行压裂裂缝形态观测。综合分析认为,煤层瓦斯资源丰度和储层条件是影响王坡井田抽采效果的主要内在基础因素;大量发育的陷落柱破坏了煤层气封闭条件并增强了地下水的补给,造成抽采井的排水降压难度大;井下裂缝观测表明,压裂裂缝顺煤层与顶板弱应力面水平延展,导致储层压裂改造效果欠佳。建议加强对研究区的瓦斯赋存分布特征及陷落柱发育规模深入研究,以指导后期地面井瓦斯抽采工程施工。      

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。      

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。      

淮北芦岭煤矿煤层顶板水平井煤层气抽采效果分析

淮北芦岭煤矿为高瓦斯突出矿井,煤层碎软低渗,瓦斯抽采困难。应用“十二五”期间开发的紧邻煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采技术,试验井已取得产气突破。为了深入分析评价地面煤层气抽采对煤矿瓦斯灾害的防治效果,基于目标煤层特征,分析煤层顶板水平井的产气规律,利用产能数值模拟技术,对生产井数据进行了历史拟合,在此基础上,进行水平井产能预测,分析水平井抽采过程中煤层气含量和储层压力变化趋势。结果表明:水平井抽采影响范围主要为裂缝和近井筒区域,井筒-裂缝系统外部区域受影响较小;水平井影响范围随抽采时间的延长逐渐增大,预测1、3、5、8、10 a的影响面积分别为0.113、0.193、0.242、0.311、0.350 km2;随着水平井抽采时间的延长,剩余含气量和储层压力逐渐降低,预测水平井抽采5 a,水平井控制范围内瓦斯含量最低可降至2.86 m3/t,平均可降至4.2 m3/t,降低50.6%。储层压力最低可降至0.85 MPa,平均可降至2.30 MPa,降低66.2%。煤层顶板水平井技术对煤层气开发和瓦斯灾害防治效果显著,是实现碎软低渗煤层瓦斯地面预抽的有效手段。      

卸压区不同钻孔长度抽采条件下瓦斯运移特性试验

研究抽采过程中瓦斯运移特性有助于了解抽采气体来源、不同位置对抽采效果的贡献及抽采降压规律,为合理确定抽采时间、设计抽采位置和钻孔长度等提供依据。利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了卸压区不同钻孔长度条件下瓦斯抽采的物理模拟试验,分析了抽采过程中煤层瓦斯运移相对速度和方向特征。研究结果表明：抽采前期和钻孔周围区域分别是抽采量主要贡献时期和区域,瓦斯压力梯度大,流动快。卸压区瓦斯流动相对速度最快,应力集中区使得瓦斯相对流动速度衰减加速,且对原始区的瓦斯流动形成一道屏障,使其相对流动速度趋于0。随着抽采时间的增加,瓦斯相对流动速度逐渐衰减,对于瓦斯运移方向而言,抽采一旦开始便在煤层中形成了较为固定的运移通道,但在抽采后期和钻孔深部区域,由于瓦斯压力梯度小,流动缓慢,运移方向的不稳定性增强。而随着钻孔长度增加,卸压区内瓦斯相对流动速度表现出增大的趋势,因此,适当增大卸压区钻孔长度将有利于现场瓦斯开采。     

采动诱导应力集中对顺层钻孔瓦斯抽采影响的试验研究

利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展受采动影响导致工作面前方不同应力分布条件下的顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验,对抽采过程中卸压区、应力集中区和原始应力区的煤层瓦斯压力、钻孔抽采流量、应力敏感系数和无因次渗透率等参数演化规律进行分析。试验结果表明,(1)在瓦斯抽采过程中钻孔周围瓦斯压力下降速率先快后慢,越靠近钻孔的瓦斯压力等压线越为密集,瓦斯流速越大,钻孔周围瓦斯压力梯度先增大后减小;(2)随着采动应力集中系数增大,煤层渗透率降低,瓦斯抽采流量减小,其中采动应力水平最大的应力集中1区瓦斯抽采流量最小,而应力水平最小的卸压区抽采流量最大;(3)应力集中区的应力敏感系数高于卸压区和原始应力区,而该区域无因次渗透率下降速率最慢。     

三汇二矿瓦斯突出与地质条件的关系

三汇二矿浅部K_1煤层在无解放层开采的条件下,对该区打了探孔23个,对10项瓦斯地质判别参数进行了测试,对有关瓦斯地质相关因素进行了分析研究,预测该区虽为突出威胁区,但因存在有利瓦斯排放的因素,故可不开采解放层,采取合理的防突措施进行开采。现已在该区内开巷5000余m,工作面推进2000多m,采出煤炭50万t,经济价值达两千多万元。是瓦斯突出预测报用于生产的典例。可在条件相似的矿井中推广使用。     

辽宁红阳煤田控煤构造与深部煤炭资源潜力

针对辽宁红阳煤田局部采区浅部煤炭资源逐渐枯竭的问题,通过煤田构造发育规律和演化史研究、油气地震勘探资料解译、平衡剖面恢复等技术和方法,预测了该煤田深部及外围煤炭资源的赋存状况、远景勘探开发区及煤炭资源量。结果显示:煤田二区为正常背斜的控煤构造,-1500m以浅的煤炭资源储量为83148万t;煤田南部岳家堡背斜往南发育,徐往子勘探区东部存在一个低次序含煤向、背斜构造,可作为远景勘探区,估算-1500m以浅的煤炭资源量为1.85亿t。      

韩城矿区煤层气开发潜力评价

韩城矿区煤层气工作是伴随着我国煤层气研究。开发同步进行的，1995年在该区施工的韩试一井经过多年排采试验，获得了大量基础资料，通过分析这些资料认为，韩城矿区煤层气的开发潜力巨大，是陕西省煤层气开发利用的重点区域。     

抚顺矿区煤层气开发的几点认识

通过对抚顺煤田煤层气赋存条件的研究,认为抚顺煤田存在封闭性良好的构造条件,有利于煤层气保存的巨厚盖层,较厚的煤层与适中的煤变质程度,以及有利于煤层气开发的较高含气量与较大的煤层渗透率。在考虑抚顺矿区是老矿区的具体情况下,对地面钻井开采煤层气的布井与施工提出了几点认识。     

太原西峪煤矿9号煤层带压开采危安区的划分

西峪煤矿位于太原西山岩水系统的晋祠岩溶水亚系统内的非主径流带上，由于本矿区9号煤层除最南端有小部分9号煤层底板高于水头外，其余全部处于水头之下，因此，奥陶系灰岩水已严重地威胁着9号煤层的安全开采，特别是在底板隔水岩柱薄弱地带或断裂陷落柱构造破碎带，已存在着岩溶水突破隔水岩柱溃入矿坑的危险性，本文着重研究并划分了矿区9号煤层带压开采的安全区与危险区，目的是为煤矿带压开采提矿坑的危险性，本文着重研究并划分了矿区的9号煤层带压开采的安全区与危险区，目的是为煤矿带压开采提供宝贵的资料。     

辽河盆地东部凹陷沙三段煤种和煤级分布特征

运用煤田地质学基本理论和煤的镜质组反射率值及工业分析等有关数据,确定了辽河盆地东部凹陷古近系沙三段含煤亚段的煤种主要为褐煤、长焰煤和气煤;进而阐述了该煤段垂向上煤级与埋深的变化规律性、不同赋煤区各煤级垂向界限的差异性。在平面上,长焰煤在东部凹陷的6个赋煤区均有分布,褐煤分布于东部凹陷西南端和中北部,气煤则集中分布于该凹陷的中南部。区域地温场和火山活动控制了煤级的空间分布。      

煤炭液化在中国的发展前景

易于气化制备合成气(CO+H2)的价格低廉的煤,都可以作为间接液化用原料煤。H/C原子比较高、挥发份较高、惰性组分含量和灰分较低的褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等是适宜直接液化煤种。中国自主开发的“神华煤直接液化工艺”由下列成熟单元组成:全部供氢性循环溶剂制备煤浆、强制循环悬浮床反应器、减压蒸馏分离沥青和固体、强制悬浮床加氢反应器。该工艺采用的催化剂是国家“863”项目研制成功的性能优良的催化剂。     

海下采煤首采工作面覆岩运动规律研究

海下采煤是煤炭工业发展的大事,标志着煤炭资源开发进入了一个向海域进军的历史新阶段,具有长远的战略意义。通过对首采工作面的预测研究和实测检验,揭示了“三软”煤层采用放顶煤开采条件下的覆岩运动规律,为实现煤矿海域下安全高效开采的目标奠定了基础。     

浅议川南石屏井田SPMT-1号煤层气参数井采煤技术问题

SPMT—1号煤层气参数井位于川南煤田古叙矿区石屏井田。该井田煤层普遍较薄，且为粉煤和粉煤夹块煤，取心较难。本文主要阐述了采好煤心的技术措施，通过认真的分析研究和技术措施的运用，煤样采取率高，质量好，保证了参数井对煤层的取样要求。     

榆神矿区保水采煤的工程地质背景

论述了榆神矿区煤层上覆红土、风化带基岩、未风化基岩的工程地质特征,认为红土层具有较好的隔水性能,风化带基岩中粘土矿物的含量增加,隔水性能明显增强。2-2煤层上覆基岩为中硬岩石,而且有较多的软弱岩石夹层,煤层开采的冒裂带发育高度相对较小,影响不到第四系萨拉乌苏组含水层底部,具有较好的保水采煤工程地质条件。