煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究

实验室研究了山西阳泉无烟煤在30℃恒温下注入N2对吸附平衡煤样中CH4的竞争吸附解吸特性,结果表明混合压力高于2.25MPa后,CH4吸附量开始下降。在阳泉煤业集团石港矿业公司井下进行了煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究,结果表明,注氮16h后距离2m以内的钻孔自然排放纯瓦斯流量提高了2倍以上,煤体解吸气体中CH4浓度由97.29%减小到79.66%,氮气浓度由0.80%增加到13.19%,煤层瓦斯含量由9.77cm3/g减少到8.68cm3/g,起到了预排瓦斯的效果。

高硬度低透气性煤层高压注氮驱替瓦斯工程实践

煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象,属于世界性治理难题,瓦斯事故频发,严重威胁煤矿的安全生产。林东集团龙凤煤矿为解决“高硬度低透气性”煤层瓦斯抽采效果差的问题,在井下采用“两堵一注”、“水压致裂+注氮驱替”的方法进行瓦斯抽采试验。试验结果表明,水压致裂结束后,钻孔的瓦斯浓度随时间推移逐渐增加,10天后,3个钻孔瓦斯浓度已达到80%左右,32天后,瓦斯浓度趋于稳定,接着,在水力压裂孔中开展注氮驱替试验,影响范围内的排放瓦斯孔混合流量增加了3~5倍,纯瓦斯流量增加了3~4倍,钻孔瓦斯抽采浓度提高了到90%~95%,有效抑制了抽采混合流量的下降趋势,且抽采负压为20KPa时,比15KPa时的流量提高了20倍左右,使抽采效果稳步提高。 该试验中20 kPa的注汽压力和水压致裂后30天左右的注汽时间点可为类似工程优化设计提供参考依据。

基于多物理场耦合的井下注气驱替煤层甲烷的数值模拟

建立了煤层气体流动的渗流、扩散、多元气体吸附解吸等多物理场耦合数学模型,基于COMSOL Multiphysics有限元模拟软件,模拟了煤层注入N2和CO2时,钻孔气体排放流量和抽放流量的变化规律。结果表明,注气压力为0.5MPa、注气孔和抽排孔间距为1.5m的模拟条件下,钻孔自然排放纯CH4量在40h内由0.0989衰减到0.0026m3/min,注N2后钻孔纯CH4流量增加到0.0767m3/min,注CO2后此流量增加到0.0976m3/min;单一抽放条件下,钻孔纯CH4流量在40h内由0.1250衰减到0.0122m3/min,配合注N2措施后,钻孔纯CH4流量增加到0.1103m3/min,注CO2后,此流量增加到0.1232m3/min。显然注CO2促抽排瓦斯效果优于注N2。

“三软”低透煤层高压注氮促抽瓦斯工程实践

为提高“三软”低渗透煤层的瓦斯抽采效果,在郑煤集团赵家寨煤矿井下采用注入高压纯氮气(组分为97%)的方法进行强化注抽煤层瓦斯试验。试验结果表明,在注气压力为1.5 MPa时,注气影响半径为2 m,影响范围内的排放瓦斯孔混合流量增加了9~21.8倍,纯瓦斯流量增加了4.2~6.2倍;井下穿层钻孔注气+抽采工艺措施的现场考察结果表明,抽采孔混合流量的增长幅度与注气压力呈正比关系,长时边注边抽的注抽效果好于间歇注抽效果,在6 MPa压力下,注气有效半径为6 m;注气35 d后煤层瓦斯含量降低了25.38%,煤中解吸的气体组分中,CH 4浓度由97.12%下降到79.06%,氮气浓度由0.94%增加到12.38%。对比了同样范围长时边注边抽措施和水力割缝措施钻孔工程量、瓦斯治理费用以及预抽瓦斯达标时间等参数。

煤层注氮气置驱瓦斯过程压力场数值模拟

文章建立了煤层气体流动的渗流、扩散、多元气体吸附解吸等多物理场耦合数学模型,基于COMSOL Multiphysics有限元模拟软件和MATLAB仿真软件,模拟和分析了煤层注氮气过程中煤层气体压力场分布规律。结果表明:注气过程中煤层气体压力随时间迅速升高,煤层气体最高压力小于注气压力;煤层注气过程中,煤层压力场分布规律为:同一时刻在煤层水平面上,随距注气口距离的增大,煤层气体压力逐渐降低,同一时刻在煤层垂直平面上煤层气体压力呈现以注气轴为中心向外逐渐降低的趋势。注气后卸压过程中煤层气体压力随时间迅速降低,且模拟条件下煤层中没有形成高压残留。

煤层气井注氮驱替增产改造技术

本文主要针对樊庄区块中部煤层气井生产特点,选取有高产井史、远离断层、煤矿、井网相对完善的煤层气井区开展注氮增产试验,探索出一套煤层气井注氮增产改造技术,通过向煤层中注入氮气来降低游离气体中的甲烷分压,从而促使甲烷从煤层中的解吸,增加甲烷的产气,实现煤层气高效开发的目的。结果表明:选取的樊庄中部地区的HB-X1井组、HB-X2井组实施注氮增产技术后,周边邻井产气量提高。

驱替置换煤层甲烷的注气影响半径及其在不同方向上的差异性

注气置换驱替煤层甲烷是煤层强化预抽的一种新理念,并在阳泉矿区试验成功。采用实测法测定了石港煤矿15#煤层注气驱替置换煤层甲烷影响半径,发现注气影响半径在煤层的层理方向和垂直层理方向上存在差异性,并对此进行了分析,提出布孔建议以避免驱替置换盲区,更好地实现煤层消突。

气体钻井设备在新疆煤层气项目中的应用

大多数煤层气藏具有低压、低渗、低饱和度等特点,这使得一方面在煤层钻井过程中容易出现井漏问题,另一方面使得常规增产改造和降压开发技术难于奏效。通过对气体钻井设备在新疆煤层气项目中充气欠平衡钻井和注氮驱替甲烷施工的分析,表明气体钻井设备对于解决地层漏失和提高煤层气的采收率具有很好的现场应用效果。

不同变质程度煤解吸过程渗透率回弹率变化规律

定量描述煤解吸过程中渗透率变化是客观认识注氮驱替煤层气的重要基础。通过引入解吸率曲率把煤解吸过程中的渗透率回弹率划分为敏感回弹、过渡回弹和缓慢回弹3个阶段,构建了解吸过程只考虑煤基质收缩效应的渗透率回弹率数学模型,并进行了不同变质程度煤解吸过程中的渗透率回弹率实验研究。研究表明:低阶煤在解吸过程中的渗透率回弹率随孔隙压力的降低呈类似直线变化,随着煤变质程度的增加,渗透率回弹率呈2~3倍增加,并且这一增加趋势在敏感回弹阶段更为显著。