分段多簇密切割压裂技术在淮南矿区煤层气抽采中的应用

针对淮南矿区碎软低渗煤层瓦斯抽采技术难题,以13-1煤层为例,在分析煤层及其顶底板概况的基础上,采用煤层顶板分段压裂水平井技术,充分利用水平井水平段,单段分3簇射孔,簇间距25 m,实现分段多簇密切割体积压裂改造。微地震监测结果表明,单段裂缝长度102.5~211.4 m,缝高17.3~27 m,裂缝主体向下延伸,实现了井筒与煤层的沟通。排水采气效果表明,最高产气量1519 m^(3)/d,取得了良好的产气效果。研究成果为淮南矿区煤层气地面预抽和瓦斯区域治理提供了工程借鉴。

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、低煤阶低气含量厚煤层矿区煤层气与煤炭资源协调开发和废弃/关闭矿井煤层气开发等。

甘肃省煤层气产气潜力定量评价方法探讨——以窑街矿区海石湾煤矿为例

为加快甘肃省煤层气勘探开发和煤矿瓦斯地面抽采进程,以窑街矿区海石湾煤矿为例,采用临储压差、临废压差、有效解吸量等评价指标和数值模拟软件中的产气预测相结合的方法对煤二层产气潜力进行了定量评价。结果表明煤二层具有临储压差较小(2.31 MPa)、临废压差较大(6.70 MPa)、有效解吸量较大(8.60 m^(3)/t)、解吸效率较高(3.59 m^(3)/(t·MPa))特征;排采开始较短时间后即可产气,产气阶段的压降空间较大,能很快进入快速解吸和敏感解吸阶段,煤层气解吸效率显著增大;抽采10a直井日产气量平均1 258 m^(3),具有良好的产气潜力。现场直井排采实践也验证了评价结果的准确性。研究成果可为甘肃省煤层气勘探开发和煤矿瓦斯地面抽采提供有效的技术手段和决策依据。

煤层气开发井网优化设计——以新集矿区为例

以新集矿区为例,系统地研究了煤层气开发井网设计的具体内容及工作程序。根据对新集矿区煤储层地质条件分析,确定了煤层气开发的目标煤层以及布井间距设计原则;通过煤储层数值模拟的产能预测,确定了煤层气开发的井网布置样式;在产能预测的基础上,结合经济分析,优化了煤层气开发的布井间距,进而提出了新集矿区首期煤层气开发布井方案,并进行了产能预测。指出新集矿区煤层气开发应采用地面垂直井、采动区煤层气开发以及井下瓦斯抽放等多种开发方式综合并举的形式。

我国煤层气产业发展政策现状分析与发展建议

"十一五"以来,国家相继出台了一系列煤层气(煤矿瓦斯)产业发展扶持政策,涉及价格、税收、财政补贴、资源管理、对外合作等方面,有力推动了中国煤层气产业的顺利起步;但受制于资源品位低、投资强度大、市场欠发育等因素,煤层气产业目前的发展速度仍落后于国家规划的目标。为了破解制约煤层气产业发展的难题,加快煤层气产业发展,对现行主要政策进行了解读,并对执行情况和效果进行了分析。结果认为:推行上述政策后,促进了煤层气地面开发的快速起步、基本解决了矿权重叠和侵权问题、煤层气合作开发逐步展开。进而结合我国煤层气地面抽采典型项目的效益评价实践,从贯彻落实国家煤层气(煤矿瓦斯)开发利用"十二五"规划的角度,在现行扶持政策的基础上,提出了新时期加快煤层气产业发展的政策建议:价格补贴翻番、勘探开发资金支持、增值税"即征即返"、简化项目审批程序、降低项目基准收益率标准等。

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

为了研究废弃矿井中煤层气成因,以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例,抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试,并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明:潘庄区块废弃矿井中煤层气CH4体积分数平均值为91.99%,CO2为1.26%,N2为6.73%;甲烷碳同位素(δ13C1)值为–31.36‰~–33.53‰,平均–32.25‰,氢同位素(δD)值为–182.76‰~–193.20‰,平均–187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg2+、K+、HCO3–、Cl–、Na+、SO42–和NO3–等,产出水型为Mg-(HCO3)2型,表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主,少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比,研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。

寺家庄井田陷落柱对煤层气井产出水地球化学特征的影响

根据产出水的矿化度、离子类型和离子质量浓度化验结果,采用水化学、单因子方差分析等方法,研究了寺家庄井田陷落柱对煤层气井产出水地球化学特征的影响,对陷落柱地区煤层气的勘探开发具有参考价值。寺家庄井田煤层气井产出水的平均矿化度为1 484 mg/L,属微咸水,HCO_3-Na型。2014年4月和8月采集的井田北部煤层产出水样平均矿化度较南部高,陷落柱在井田北部较发育,蒸发作用较强,可能是导致井田北部产出水矿化度略高的原因之一。产出水矿化度随煤层气井排采时间增加略有增高且水型没有改变,说明寺家庄井田煤层气井在排水降压过程中地下水未得到及时补给。不同构造背景下煤层产出水的Na^+浓度无显著差异,井田北部陷落柱区样品282位于次级向斜轴部且临近陷落柱,其Na+质量浓度最大,平均值达462 mg/L,归因于水动力条件弱且较强的蒸发作用。

考虑微孔超压环境的煤储层含气量计算方法

目前在煤储层含气量的计算过程中,普遍采用测井、试井等得到的储层压力代替气相压力进行反演计算,但由于超压环境下二者不能等同,故导致这一计算结果并不准确。为此,采集山西、河南不同煤级的煤样进行了煤孔隙毛细管压力测试,结合煤层气成藏过程和煤层生排烃史分析了煤储层微孔超压环境的形成机制,据此建立了考虑微孔超压环境的煤储层含气量计算方法,并对河南焦作中马村矿下二叠统山西组二段1号煤层的含气量进行了计算及分析。结果表明:1煤形成演化过程中不断有部分固体有机质转化为气体和水,在其孔隙内必然会出现气水两相界面,由此产生毛细管压力,致使其微孔内气相压力远高于静水柱压力,形成微孔超压赋存环境;2由于微孔超压环境的存在,致使气相压力高于储层压力,基于常规储层压力评价煤储层含气量的计算方法将导致煤储层含气量被低估;3微孔超压环境主要影响3~100 nm孔隙内煤层气含气量的计算,尤其是3~10 nm孔隙,而对于超过100 nm的孔隙则影响不大。结论认为:所建立的煤储层含气量计算方法厘清了煤层气赋存的压力环境,保证了煤储层含气量计算结果的准确性。

沁水盆地煤层气田地面集输技术现状与展望

沁水盆地煤层气田经过近10年的开发建设,系统建设和运行过程中"三难"(征地难、建站难、布管难)、"三高"(投资高、闲置高、能耗高)、采出水处理"三差异"(水质差异、排放标准差异、产水量差异)等问题不断凸显,现有建设模式下的降本提效措施不能解决上述问题。为此,以煤层气产能建设项目的建设与运行双重因素为出发点,在总结现有集输系统形成的主体技术和配套技术的基础上,围绕建设低成本、运行低能耗、系统高效率的核心理念,从改变现有的产能建设模式和集输系统模式入手,从井网布局、站场建设和管网设计等方面提出了新的技术思路:(1)构建分布式地面集输模式,创建新型"分布设点、双管前置、井站合建、橇装增压"总体集输工艺优化模式;(2)推进分期式地面建设理念,研究适合于站场橇装设备分期建设系数,提高设备利用率,调整采气、集气管网的设计系数,以确保系统产、输能力匹配合理;(3)推广井、站合建的橇装技术,实现工厂化预制和模块化施工,减少现场工作量,缩短建设工期,从而提高建设效率和建设质量。结论认为,现有建设模式及系统模式下的优化、调整手段不是该气田降低投资的根本出路,探索新的产能建设模式、以非常规手段解决非常规问题,才能从根本上提高系统投资回报率、提高系统的适应性。

阜康矿区西部构造运动作用下煤储层渗透率分布特征

查明小范围内煤储层渗透率分布特征,可为合理井网部署、科学预测煤层气产能提供重要保障。对新疆阜康矿区西部煤岩层节理进行观测、统计和配套,获得了燕山晚期、喜马拉雅早期和喜马拉雅晚期3期构造应力场的主方向。结合构造运动反演法和煤层受力差异得出了研究区多期构造运动作用后14个块段内煤体结构及煤层的渗透率分布特征。结果表明:受多期构造运动作用影响,小范围内A2煤储层渗透率非均质性强,位于向斜核部扬起端埋深较浅处的煤层,煤体结构以碎裂–原生结构煤为主,渗透性最好;东北部风氧化带以深及南翼块段,煤层变形较弱,煤层渗透率中等;向斜核部埋深较深部位受多期构造运动影响较大,煤体变形较严重,以碎粒–糜棱煤为主,渗透性差;南部及西北部,受多期构造运动作用影响最大,煤层渗透性最差。钻井取心及渗透率实测资料验证了预测结果的准确性,此研究方法为多期构造影响下的小范围内煤层渗透率预测提供了一种思路和借鉴。

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。

我国煤层气开发战略与经济政策选择

本文认为,虽然中国煤层气开发利用已经十几年,但还处于幼稚期,应当尽快进入成熟期。由此需要借鉴国际成功经验,调整战略定位和经济政策:将煤层气资源开发利用定位为国家科学发展必需的新兴能源产业。确立“煤层气资源矿业权与煤炭资源矿业权分离,煤层气开发优先”、“整装煤层气资源区块必须整装开发利用”等资源配置原则。使经济政策选择具有刺激性,让煤层气开发商有利可图,经济政策支持的核心是低税、管网输送和煤层气价格支持。这些调整可概括为“整装开发、集中钻采、管网输送、政策刺激”。

中国煤层气勘探开发技术研究进展

我国煤层气勘探开发工作走过了十多年的探索历程,大致可以分为三个阶段:技术引进阶段、勘探评价阶段、开发试验及探索研究阶段。目前,制约煤层气商业开发的瓶颈技术问题在于寻找煤层气富集高渗区、提高煤层气产能的开发工艺技术。本文将着重介绍我国在煤层气勘探开发技术方面的研究进展,主要包括煤层气资源评价和区块优选评价技术、钻井技术、完井工艺技术、压裂工艺技术、注CO2增产技术、煤层气地球物理探测技术、煤层气井抽放技术、煤层气生产和评价技术等等。同时,提出了今后我国煤层气勘探开发技术存在的问题和发展趋势。

安徽省煤层气勘查开发进展与发展方向

安徽省煤层气资源丰富,开发前景广阔,经过20多年的不断探索,近年取得了重要进展。本文系统总结了安徽省煤层气赋存特征,通过研究单纯的地面煤层气勘查试验进展,以及井下井上相结合的勘查开发进展,分析了目前面临的主要问题,提出了今后发展方向应以国有煤矿集团为主体,政府应继续保持和加大政策扶持力度,优先支持矿区煤层气(瓦斯)勘查开发,大力推行“一井三用”的开发模式,逐步实现煤层气地面勘查开发的技术突破。

中国煤与煤层气共采理论技术现状及发展趋势

在国家大力推进生态文明建设的背景下,快速发展清洁的煤层气资源来代替对国民生命安全与自然环境影响恶劣的煤炭能源的需求变得越来越迫切。为此,通过分析中国煤层气开发模式与资源产量、煤矿区煤层气抽采技术发展历史、煤与煤层气协调开发模式及相应的煤层增透理论和开发技术现状,指出了煤与煤层气共采形势与理论技术发展趋势,并提出了促进实现煤与煤层气高效开发的建议。研究结果表明:①需进一步原始创新支撑其安全高效共采的基础关键理论,并完善煤矿区煤层增透、煤层气集输与综合利用、煤炭地下气化—煤层气联采等关键技术;②提升煤炭领域与石油领域学科交叉理论技术攻关和行业合作力度,形成优势理论技术与产业配置互补发展,搭建基于多领域学科融合的创新产业发展模式;③完善国家和地方在煤与煤层气共采领域的政策保障体制,鼓励煤炭企业与石油企业合作以促进其规模化发展。结论认为,煤炭资源平稳缩减是中国经济高质量发展的重要能源保障策略,由此推行煤与煤层气共采对于确保煤矿生产安全,缓解清洁能源短缺和降低碳排放等均具有重要的现实意义。

淮南潘集外围深部煤层气地球化学特征及成因

潘集外围深部煤层气甲烷碳氢同位素分布及其成因对该区煤层气藏的形成和分布规律、煤层气资源评价均具有重要意义。采集了潘集外围深部主要煤层共25件煤样,通过解吸实验获得解吸气样进行了组分、甲烷稳定碳氢同位素测试,分析了深部煤层气组分及稳定同位素分布特征,探讨了煤层气稳定碳氢同位素随埋深的变化特点,结合煤层气形成与演化过程、煤的变质程度分析了煤层气稳定同位素的地质影响,通过Whiticar成因图版揭示了深部煤层气成因,结合相关经验模型估算了煤层气不同成因来源气所占比例。研究结果表明:深部煤样解吸煤层气中CH_4含量介于16.2%~96.68%,平均为71.60%,重烃含量介于0.35%~32.13%,平均为9.86%,N_2含量介于0.13%~74.72%,平均为21.20%,CO_2含量介于1.62%~27.26%,平均为7.30%。自浅部至深部煤层甲烷碳同位素变化于-45.46‰^-31.17‰,平均为-40.92‰,甲烷氢同位素变化于-199.99‰^-133.87‰,平均为-178.04‰,稳定碳氢同位素具有随深度增加偏重的特点。构造热演化史表明研究区煤层气以热成因气为主,兼有生物气可能,研究区煤层Ro,max介于0.702 2%~0.998 3%,主要为气-肥煤,生成的煤层气为湿气,油型气的输入使得δ^(13)C_1偏重。Whiticar成因图版分析表明研究区煤层气为以热成因为主,经历了后生改造作用的混合气。估算结果表明13-1煤、11-2煤、8煤、7煤、6煤、5煤、4煤、3煤、1煤生成的煤层气中热成因气比例超过80%,生物气主要由CO_2还原作用所形成。

乡宁矿区煤储层地质特征研究

煤层气富集成藏受煤储层地质特征的制约。通过对大量实验测试数据的分析与对比,研究了乡宁矿区煤层气成藏基础地质特征,主要包括煤储层发育特征、煤岩学特征、煤化学与工艺特征及煤级与煤相特征等。结果表明,本区主要煤层煤空间展布稳定、累计厚度大、煤质好、热演化程度高,具备煤层气成藏的基础条件。

煤炭采空区下伏煤层气资源潜力及抽采效果--以山西省晋城西部矿区为例

煤炭采空区以往煤层气抽采主要针对采空区上覆煤层,下伏丰富煤层气资源长期未能得到有效开发,同时也给下伏煤层的煤炭开采造成了安全隐患。为了进一步提高煤炭采空区煤层气的利用效率,利用“上三带”理论、底板破坏带深度计算公式、稳压区开采计算模型及FLAC3D软件模拟等方法,确定了晋城西部矿区(以下简称晋城西区)3号煤层采空区下伏地层卸压范围,研究了下伏煤层气赋存状态并建立了资源量估算方法,分析了过采空区煤层气抽采效果和经济效益。研究结果表明:①晋城西区采空区卸压范围可达山西组3号煤层底板以下143 m,覆盖太原组9号煤层和15号煤层;②下伏煤层气游离态和吸附态并存,其中游离气资源量占比普遍大于50%;③根据见气时间长短将过采空区煤层气井产气潜力分成3类,分别占跟踪研究井总数的60%、28%和12%,平均套压分别为0.43 MPa、0.32 MPa和0.29 MPa,单井日均产气量依次为2570 m^(3)、3324 m^(3)和1496 m^(3),最高日抽采量分别达到11040 m^(3)、9643 m^(3)和4800 m^(3);④与研究区常规煤层气井相比,前两类井产气效果显著较好,第3类井大致相当;⑤过采空区单井投资回收期比常规煤层气井缩短1.5年,经济效益显著。结论认为,晋城西区3号采空区对下伏9号煤层和15号煤层起到了良好的卸压作用,提高了过采空区煤层气井抽采效率,推广应用前景可观。

新疆库拜煤田煤储层特征及开采技术建议

通过煤储层地表及矿井下露头观测取样及试验分析,结合钻孔及测井资料,对新疆库拜煤田中部近直立煤储层空间展布、岩石物理特征、孔隙、微裂隙、大裂隙系统特征、含气性及气水分异特征进行研究,认为A5、A7煤层适合煤层气勘探开发,并对本区煤层气藏特征的井网部署、井型选择、钻完井等开采技术提出合理化建议。

射流泵在晋城矿区煤层气水平井排采中的应用

随着煤层气井由垂直井转为水平井,常规的管式泵+抽油机、螺杆泵、潜油电泵等逐渐显出局限性,尤其是水平井组只有工程井,没有条件施工排采直井的情况下,需要一种新泵进行排采。介绍了射流泵的工作原理,并基于晋城矿区煤层气储层地质条件,将该泵应用到晋城矿区多分支水平井中进行排采试验,其效果明显。