煤层气开发技术及产出规律特征

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1、煤层气开发工艺及排采技术一、产出理论（前言）煤层气开采通过抽排煤层及上覆岩层中的地下水，从而降低煤储层的压力，促使煤层中吸附的甲烷气体解吸释放出来。煤储层条件和煤层气赋存环境条件是煤层气开发的基本地质条件，煤层气开发是在充分认识这些基本地质条件基础上通过特定的工程（钻井、压裂、排采等工艺）改变煤层气赋存环境条件（地应力、地下水压力、地温环境）使煤储层条件发生变化的过程，从而使煤层中吸附的甲烷气解吸出来。煤层气的排采是一个“解吸-扩散-渗流”的连续过程，在实际排采中可分为三个阶段，Ⅰ阶段为排水降压阶段，煤储层压力高于煤层气解吸压力，该阶段主要是产水，并有少量的游离

2、器和溶解气产出；Ⅱ阶段为稳定生产阶段，煤储层压力降至煤层气解吸压力之下，产气量相对稳定，并逐渐达到产量高峰（一般在3年左右），产水量下降到较低水平；Ⅲ阶段为产气量下降阶段，产少量水或不产水，该阶段的开采时间最长。由于煤层气抽采目的、对象、条件和资源条件的不同，形成了不同的煤层气开发模式，总体上分为煤矿井下抽采和地面钻井抽采两大类。16图表1典型煤层气井的气、水产量变化示意图ⅠⅡⅢ产气量产水量临界解吸压力压力产量时间16一、煤层气的开发工艺煤层气开发的目的主要是有效地开发和利用煤层气资源、最大限度的改善煤矿安全生产条件（降低瓦斯）、更好的保护环境等几个方面。按照煤

3、层气开发服务目的不同，煤层气开发总体上分为煤矿井下抽采和地面钻井开发两大类，而我们公司目前所实行的“采煤采气一体化”的瓦斯治理模式是把上述两种开发方式的有效结合，它不仅有效的服务了煤矿的安全生产而且实现了煤矿瓦斯利用的最大化。（一）、煤矿井下抽采目前煤矿井下抽采技术已由单一的本煤层抽采发展到本煤层抽采、邻近层抽采、采动区抽采等多对象抽采；抽采技术也由单一的钻孔抽采发展到钻孔、巷道、地面井和混合抽采等。按抽采对象的不同煤矿井下抽采开采层抽采邻近层抽采围岩抽采采空区抽采采动区抽采废弃矿井抽采16按照煤层气抽采与采煤的顺序煤矿埋井下抽采采前预抽边掘边抽边采边抽采后抽采

4、采空区抽采技术采空区的瓦斯来源：1、未能采出而被留在采空区的煤炭中存有一定数量的残存瓦斯；2、顶板和周围煤（岩）中的瓦斯；由于采空（动）的的影响，在煤层的顶板和底板的围岩内产生大量的裂隙，特别在采空（动）区上方形成冒落带，造成相邻的煤层和围岩压力释放，邻近煤层与围岩中的大量瓦斯通过裂隙涌入开采工作面。瓦斯涌入量的大小与邻近煤层的层数、间距、厚度、瓦斯含量及工作面的布置方式有关。采空区抽采技术主要分为以下两种：161、采煤工作面采空区瓦斯抽采。主要在井下通过钻孔或抽放管路对采空区的瓦斯进行抽采。2、煤层气地面采空（动）区抽采。主要是在煤炭采空（动）影响区，在地面打

5、垂直井进入煤炭顶板进行抽采。煤层由于受采空（动）的影响，煤岩裂隙增加透气性较好，煤层气井的单井产量增加。随着工作面的逐步推进和远离，煤层气的产量会逐渐降低，浓度也随之下降直到气井报废。优势：（1）、对于煤层气含量较高，煤层层数较多且层间距不大的情况，煤炭采空（动）导致影响区范围内的邻近层对气井补给条件较好，而且随着深度的增加，煤层气的资源丰度在增大，因此地面采空（动）区抽采技术具有较好的推广应用。（2）、采空（动）区地面抽采与井下抽采相比虽然投资较高，但是与普通地面煤层气抽采相比费用要低很多。首先采空（动）区抽采要求的完井位置位于目的层的上方，钻探费用较低；其次

6、采空（动）区抽采不需要压裂等增产措施，降低了完井的费用。劣势：16（1）、在采空（动）影响区进行煤层气抽采时（一般布置在煤柱中），由于煤层气资源量的局限和透气性的增加，与普通煤层气抽采井相比虽然单井产量较高，但是产量衰减较快服务年限较短。（2）、虽然抽采初期浓度较高但随着抽采时间的延长，浓度会发生衰减给安全带来隐患，因此在抽采时要控制压力，定期检测气体浓度。图表2采空（动）井示意图（二）、地面钻井抽采161、煤层气地面开发（垂直井）基本工艺流程：钻井、油井、固井、射孔、压裂、排采、封井（1）、钻井垂直井井身结构通常设计为：采用Φ311.5mm钻头一开钻至稳定基岩

7、下10m停钻，下入Φ244.48mm表层套管固井，水泥抬高到地面；然后用Φ215.9mm钻头钻进至设计完钻层位完井，下入Φ139.7mm生产套管固井，水泥返至最上目的层上200m。（２）、压裂目前采用的压裂方式有：水力压裂、液氮压裂、胶液压裂等，常用的为清水加砂压裂，所采用的支撑剂为天然石英砂，规格有0.30/0.45mm(细砂)、0.45/0.90mm(中砂)、0.90/1.20mm（粗砂）三种。压裂工序及重点：①通井。是检查井内套管是否变形或存在杂物的手段，采用通井规（一般为Φ120mm）通至人工井底，通井过程中如遇有阻力要判明情况采取措施解决后方可继续施工

8、。②冼井。避免井筒内的杂