白皎关闭煤矿瓦斯地面抽采开发思路与实践

在提升煤矿本质安全生产水平及优化四川省能源矿产发展格局的形势下,煤炭产业政策要求小型、灾害严重的煤矿(井)予以关闭;针对关闭矿井中残存煤炭、煤层气等资源,以原位区、准备区、采动区、采空区四区分别评价具备煤层气抽采条件的有利区,得出适合的钻井方式、储层改造与抽采方式及建议。白皎煤矿实施地面井抽采煤层气取得成功是我省关闭的高瓦斯矿井治理的较好例证,为煤矿企业转型有较好的示范和推广意义。     

基于煤矿“先抽后建”及资源开发的煤层气地面井位抽采部署及应用

针对目前煤矿"先抽后建"提出的安全指标及贵州黔北矿区多煤层的资源特征,同时弥补目前地面抽采部署缺乏系统性、盲区大的问题,以贵州对江南煤矿为例,进行了煤层气地面抽采井位部署研究。综合该区复杂的地形条件、煤层发育特征（层数多、厚度薄、成群分布）、煤体结构及开发部署要求,优选出分段压裂水平井为主、丛式井为辅的开发方式。沿着1、2号采掘工作面分别部署了4个水平井组和16个垂直井（丛式井）,占地7个井场。通过精细化地质模型建立、网格划分,利用CBM-SIM数值模拟软件模拟了20口井（井组）5 a地面抽采效果平均日气量可达26 036.54 m3,地面抽采5 a后1、2号工作面内M78煤层气含量降幅超过30%。模拟结果显示,对江南煤矿的精细化井位抽采部署,有效降低了采掘工作面瓦斯含量,兼顾煤矿安全生产和煤层气资源利用的双重目的。该方法可为煤层气地面抽采及煤矿井下采掘安全协同发展,提供新思路、新方法。      

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。      

我国煤层气开发面临的主要科学技术问题及对策

在综述我国利用地面垂直井、采动区井、井下瓦斯抽放和废矿井抽放等4种技术进行煤层气勘探开发工作的基础上,结合国内外发展趋势,提出加强煤层气成藏理论、无烟煤渗透性控制因素、低煤级煤层气资源前景等基础理论研究和采用低伤害、注气增压、采气—采煤一体化、极小曲率半径钻井等先进技术,以加快我国煤层气产业的发展      

基于AHP-熵权法的采动区煤层气开发潜力评价

采动区煤层气抽采利于高效开发采煤工作面卸压煤层气,降低井下瓦斯安全风险,但地质条件、煤炭采掘条件的差异使得地面井开发效果差异较大,因此,对预备采区进行选区评价具有指导意义。为了探索煤矿采动区煤层气高效开发的选区方式,通过建立一票否决制度及评价指标体系、结合层次分析法及熵权法确定指标权重、最后量化计算综合得分的方法,建立一套完整的采动区煤层气开发潜力评价体系,并应用于铁法矿区晓南矿。结果显示,研究区16个规划采区中有4个得分大于0.6,建议进行采动区煤层气开发;同时,评价结果排序靠前的单元净收益也较高,且处于矿区内煤层气赋存有利构造区域,与评价结果相吻合,验证了评价结果的合理性。综合认为,采用层次分析–熵权法组合权重的评价结果更为合理,有效避免了采动区煤层气选区开发的盲目性,评价结果具备一定实际工程开发部署及经济效益参考价值。      

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。      

晋城岳城矿地面采动区井井位优选与抽采寿命研究

为了降低晋城岳城矿工作面U型通风造成的上隅角瓦斯聚集,提高采动与采空区煤层气地面井抽采井产量及抽采寿命,在借鉴成庄矿、寺河矿和赵庄矿等地面采动试验井研究及工程示范的基础上,以晋城岳城矿煤层气地质条件为工程设计依据,提出并优化地面采动区井位尽量靠近巷道位置处、大井眼地面钻井工艺、优化井身结构等设计方案.现场试验证明:部分...     

基于煤层气与煤炭协调开采的地面煤层气布井理论探讨

煤矿区煤层气地面开发具有资源、安全、环保等综合效益。研究了煤层气开发与煤炭开采相互影响的控制机制,分析了主要影响因素,包括:煤层气套管、水泥环对采煤机械的损害,金属套管碰撞产生的火花,压裂石英砂对煤质的影响,压裂对煤层顶板和底板的破坏,以及煤炭回采对井筒的破坏。基于煤与煤层气协调开采的目标,结合煤炭开采"O"型圈理论,提出了煤矿区煤层气地面井位部署应以煤矿采掘生产为优先考虑原则;在研究了煤炭开采不同位置布置煤层气井可能性的基础上,提出了煤矿最理想的布井位置为回采边界的煤柱处,并提出在条件允许情况下首选水平井抽采方式。论文成果对煤矿区煤层气的安全高效开发具有一定的现实意义。      

我国煤矿区煤层气地面开发现状及技术研究进展

回顾了我国煤炭企业组织实施和合作开展的煤矿区煤层气勘探开发进程。经过三十多年攻坚克难、不懈努力,我国煤矿区煤层气地面开发技术研究、工程试验和产业发展均取得了可喜的成绩,不仅在山西晋城矿区首次取得国内外无烟煤的煤层气开发成功,实现了煤层气规模化商业化生产,而且在安徽淮北矿区取得了碎软低渗煤层顶板水平井开发煤层气技术的重大突破,实现了碎软低渗煤层的煤层气水平井单井的高产稳产;煤矿区采动区煤层气井开发在安徽淮北、淮南,山西晋城等矿区实现了规模化工程应用。同时,梳理总结了依托“十一五”—“十三五”国家科技重大专项项目,在煤矿区煤层气地面开发理论及技术研究方面取得的主要成果及其应用效果,包括:煤层气井密闭取心技术与设备、碎软低渗煤层地面煤层气垂直井强化增产技术、碎软低渗煤层顶板和煤层水平井分段压裂开发技术、多煤层分层控压合层排采技术、低煤阶低气含量煤层地面煤层气开发技术、煤层气井极小半径多孔旋转射流侧钻水平井技术,以及煤矿采动区煤层气产量预测技术等。在此基础上,根据全国煤矿区煤炭开采发展趋势和需求,提出今后煤矿区煤层气研究应重点关注3个方向:穿浅部采空区/采动区的深部煤层气与煤炭资源协调开发、低...     

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。     

河北省煤层气资源及其勘探开发建议

河北省煤层气资源分布总体呈现南高北低、东高西低的趋势,煤层气集中在邯峰矿区-开平煤田的NE向带状区域。通过对省内4个重点区及5个一般地区煤层资源评价,底板标高-2000m以浅的煤层气资源总量为6046．32亿m^3,可采资源量为2523亿m^3,主要分布在底板标高为-1500m～-2000m的煤层中。根据煤层气资源和煤储层物性特征,认为峰峰矿区是河北省煤层气勘查开发的有利地区。在大淑村、小屯矿等无烟煤、贫煤发育区,可实施短半径水平分支井;在煤层气富集、渗透率适当的中煤级煤地区,可以实施垂直井或井组;在高瓦斯的煤矿开拓区,可以采用三维立体的煤层气（瓦斯）抽采模式。     

下保护层开采上覆煤层产气机理及规律

通过理论研究分析了采动区煤层裂隙特征、煤层气赋存特征和煤层气运移特征,揭示了煤矿采动影响下上覆被保护煤层产气机理。分析认为采动区煤层产气机理与常规煤层气产气机理不同,一是采动区煤层基质孔隙大、内部裂隙多、离层裂隙发育。二是采动区煤层气解吸快、解吸量大、水中溶解气少。三是采动区煤层气运移以气体单向流为主,评价渗透性指标为透气性系数。在收集大量采动区煤层气井产气数据的基础上,研究了产气机理对产气规律的影响。采动区煤层气井产气规律与常规煤层气井相比,具有产量提升快、产气峰值高的特点,整体呈现先迅速增大后逐渐减小趋于平稳的规律。结合采动区煤层产气机理研究,分析认为气产量提升速度快是由于煤层裂隙迅速增多且气体在裂隙中以气相单相流运移为主,产气峰值高是由于储层压力快速下降使煤层气加速解吸,短时间内在井筒附近聚集大量游离气。     

煤层气开发井网优化设计

煤层气田井网布置的好坏直接影响到煤层气开发的成败以及最终采收率的高低。通过数值模拟方法,给出了煤层气井网优化设计的原则以及井网优化设计考虑的因素,如井间干扰、各向异性、井距与排距之比、井网密度、井网方位等,并利用数值模拟软件对鄂尔多斯盆地某区块进行了开发井网的优化设计,为该区的煤层气开发方案设计提供了合理依据。      

白杨河矿区煤层气丛式井钻井难点及对策研究

新疆阜康市白杨河矿区煤层气开发利用先导性示范工程是新疆第一个煤层气示范工程项目。白杨河矿区总体构造为向南倾斜的单斜构造,地层倾角大,煤层多且间距大。该示范工程开发方案主要井型为丛式井。经过多年钻井实践,丛式井钻井技术在鄂尔多斯盆地东缘煤层气区块已经非常成熟,初步形成了一套适合该地区煤层气开发的丛式井钻井技术。由于白杨河矿区地质条件与鄂尔多斯盆地东缘各区块相比差异大,特别是存在地层倾角大、煤层多且间距大等地质特点,因此不能完全照搬原有的丛式井钻井技术。本文依据白杨河矿区地质资料,分析了白杨河矿区煤层气丛式井钻井难点,对解决该区块钻井难点的技术对策和攻关思路进行了总结与阐述,初步形成了一套适合白杨河矿区大倾角厚煤层的丛式井钻井技术。     

大口径瓦斯抽放井施工技术

瓦斯抽放井是瓦斯治理和煤层气开发利用的一种有效手段。通过彬长矿区大佛寺煤矿5口大口径瓦斯抽放井的施工实践,探索出瓦斯抽放井在井位选择、防斜保直、扩孔、井管牵引和固井方面的一些工艺技术,其成熟的做法对地质条件类似的矿区具有一定的借鉴意义。     

新疆乌东矿区八道湾向斜两翼瓦斯地质规律研究

以煤矿钻孔煤样瓦斯数据及井下实测瓦斯含量为依据,分析了乌东矿区构造对瓦斯赋存的控制作用,认为区内以七道湾背斜、八道湾向斜和F2逆冲断层为主要构造形迹,并控制了煤层的赋存状态和瓦斯分布规律;八道湾向斜南翼地层倾角陡近乎直立,地层局部倒转,有利于瓦斯逸散,而北翼煤层倾角缓,且受到矿区南部碗窑沟逆冲断层（F2）挤压作用,断面形成瓦斯的＂隔挡＂面,阻断了瓦斯的逸散通道,造成向斜北翼瓦斯含量高于南翼;瓦斯含量与煤层埋深呈正相关关系。随着各矿向下延深开采,瓦斯涌出量将会逐渐加大。因此,掌握矿区的瓦斯地质规律,对其安全生产具有指导意义。     

韩城WL1井组煤层气地质特征

韩城矿区为我国煤层气勘查的重要区块,WL1井组位于象山煤矿西侧,区内煤层厚度大、发育稳定。根据WL1井组获得的煤储层参数可知,该区的煤层煤化程度R0为1.85%～2.05%,煤储层压力2.39～2.65MPa,渗透率为0.22～3.50mD,3号、5号、11号煤层含气量分别为8.38、8.46和6.63m3/t。区内构造简单,含煤地层富水性弱-中等。综合区内地质条件分析认为,韩城WL1井组是具有煤层气开发、生产潜力的区块之一。     

潘庄地区煤层气U型水平井技术工艺研究

我国已在多个地区进行了20余口煤层气U型水平井施工,但总体尚处于勘探实验阶段。为了研究潘庄地区煤层气U型水平井施工技术工艺,以寺河井田西区煤层气U型水平井为例,分析了实验区地质条件的可行性,重点研究了钻井技术工艺并初步考察了产气效果。结果表明：潘庄地区3#煤层含气量大、构造及水文地质条件简单,煤层产状稳定且厚度较大,原生结构煤体发育,比较适合U型水平井的施工。煤层气U型水平井具有技术工艺复杂、增产效果明显的特点,先进的工具仪器和技术工艺为煤层气U型水平井施工成功提供了技术保障,其最高产气量达到22 000m^3/d,相当于5-6口普通高产垂直井的产气效果,可为煤矿区煤层气抽采利用提供关键技术支撑。