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煤层气勘探开发技术

加快煤层气开发利用，对保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应、减少温室气体排放具有重要的战略意义。我国煤层气产业发展已进入规模化生产阶段。2018年，地面煤层气开发产量达54.12亿m3、利用量达49.00亿m3，截至2018年底，累计钻井17000多口，建成沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两大煤层气产业基地，煤层气井产量占全国的95%。

《煤炭科学技术》作为全国煤炭行业的一个重要科技窗口和学术交流阵地，记录和见证了我国煤层气勘探开发与利用的发展进程与取得的重大成果。截至目前，刊登煤层气主题论文500余篇，是煤炭系统发文量较大的期刊。优选近年刊出的煤层气勘探开发领域的论文，组织该专题，以飨读者。

行业视野: 煤层气
类别; 179个
关键词; 208位
专家; 51篇
论文; 39607IP
点击量; 33313次
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山西重点煤矿采动区煤层气地面抽采技术及应用

作者(Author)：李国富, 付军辉, 李超, 李日富

摘要：为了解决现代化高产高效矿井因回采速度大幅度提高而引起的采煤工作面上隅角瓦斯超限问题，突破传统的煤矿井下抽采瓦斯措施存在的在时间、空间上对治理采煤工作面的瓦斯方法单一的局限，依托国家科技重大专项示范工程，模拟研究了山西重点煤矿区晋城、阳泉等矿区采煤工作面回采引起采动区地面井不同距离时煤岩层裂隙在超前支承压力转移、采动覆岩反复扰动、采动覆岩基本稳定3个阶段的形成机理，据此确定并验证了采动区卸压瓦斯的运移通道及富集区。研究结果表明：山西重点煤矿区采动区地面直井井位应布置在回采工作面回风巷侧地表沉降拐点连线和采场中线之间为重点研究区域；采动区L型水平井层位应优先布置在裂隙带中部且厚度及强度均较大的岩层中。由采动区地面井变形破坏模拟发现，岩层移动的剪切滑移位移量、离层拉伸位移量是对地面井井身结构产生影响的关键参量。因此，采用增大采动区地面直井的井径、改进固井技术提高地面井的有效通径以增强其抗拉剪能力。通过生产实践研发了采动区地面直井应穿越煤层并将生产套管（筛管）布置在采动裂隙带上边缘至冒落带的最优“三开”井身结构。在晋城岳城矿、大同塔山矿、阳泉新景矿等矿区进行了100多口的采掘扰动区地面“仅钻井、不压裂”的钻井与抽采工程示范，大部分井取得了较好的瓦斯抽采效果，单井平均总产气量约200万m3，最高达3 000万m3以上。采动区地面井同时对采煤工作面上隅角瓦斯治理也起到了非常重要的作用，工作面上隅角瓦斯体积分数降幅平均达50%左右，在煤层气抽采及工作面涌出瓦斯治理两方面效果显著，具有良好的推广应用价值。

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煤炭科学技术

2019年第12期

1005

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我国煤层气开发技术现状与发展方向

作者(Author)：徐凤银, 肖芝华, 陈东, 闫霞, 武男, 李相方, 苗亚楠

摘要：我国煤层气资源丰富、开发前景广阔，经过20多年的不断探索，无论从产业规模，还是勘探开发技术方面，都取得了很大的进展。为进一步提高煤层气开发技术的适应性和煤层气资源的有效性，推进煤层气产业的快速发展，以我国煤层气产业发展现状为出发点，系统梳理了目前我国煤层气开发的理论进展和技术现状。首先，归纳并提出了煤层气赋存和排采理论方面的新认识，煤储层微观气水赋存与产出存在2种不同的模式，“固气系统”与“固液系统”协同吸附，储层基质孔隙水对气体解吸-传输具有重要影响。其次，梳理小曲率半径定向井、水平井分段压裂、定量化排采多目标优化控制等煤层气开发新技术，并深入分析了煤层气开发面临的主要问题。提出未来的发展方向是持续加强以排采为核心的理论和关键技术攻关，降低开发成本，提高单井产量，实现煤层气高效开发。

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煤炭科学技术

2019年第10期

1953

1891
煤矿采空区煤层气钻井施工堵漏液研制

作者(Author)：李彦明, 郭小阳, 李称心, 刘璐

摘要：为解决在煤矿采空区施工煤层气井时出现的钻井液恶性漏失、掉块卡钻、下套管遇阻等问题，以采空区覆岩特征为研究基础，通过对比激活剂、悬浮剂及降失水剂的不同添加量对堵漏液性能的影响，确定了各添加剂的最优添加量，形成了一种具有固化功能的无机胶凝材料钻井堵漏液，其配方为：100%水+5%激活剂+0.5%悬浮剂+ 3%降失水剂+54%矿渣。该堵漏液在30 ℃条件下流动度为21 cm，稠化时间在61 min以内，1 d抗压强度大于6 MPa，其性能指标满足煤矿区煤层气浅井堵漏要求。为进一步分析该堵漏液的作用机理，采用扫描电镜、X-射线及热重分析等现代测试分析方法对形成的固化体进行测试，结果表明：堵漏液中的胶凝材料与水接触后发生水化反应生成C—S—H凝胶，随着时间的增加，C—S—H凝胶越来越多，最终水化产物的结构越来越致密形成了较高的抗压强度。宏观表征即：具有良好流动性的堵漏液通过泵送进入地层裂缝，浆液填充裂缝直至裂缝被充满，随着水化反应的进行堵漏液逐步失去流动性，最终原裂隙发育地层形成一个胶结具有承压能力的整体，实现了堵漏。

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煤炭科学技术

2019年第09期

666

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基于原子力显微镜的煤岩微尺度力学性质研究

作者(Author)：杨江浩, 李勇, 吴翔, 吴鹏, 韩文龙, 赵石虎

摘要：为了研究微观尺度下煤岩力学特性以及影响因素，以保德地区烟煤样品（Ro=0.80%）为研究对象，使用原子力显微镜的力学性能量化模块，通过测量煤岩表面不同位置的杨氏模量与黏附力，利用NanoScope Analysis软件对所测得的数据进行处理分析，得到煤岩表面形貌图、杨氏模量图、黏附力图和形变量图，并进一步分析表面力学性质的影响因素。研究结果表明：整个扫描区域的杨氏模量平均值为7.62 GPa，测量结果大于传统岩石力学测试方法的试验结果，其中有机质的弹性模量约为2 GPa，黏土矿物的弹性模量平均值在15 GPa左右；黏附力范围在10～40 nN，影响杨氏模量和黏附力的主要因素为粗糙度，同时孔隙的分布也影响着黏附力的大小，其所在的位置有较大的黏附力。

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煤炭科学技术

2019年第09期

819

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基于气举的煤层气/致密砂岩气同井合采可行性研究

作者(Author)：丁万贵, 朱森, 林亮, 綦耀光, 朱洪迎, 张晧

摘要：在我国鄂尔多斯盆地等地存在多个煤系气富集区，具有煤层气与致密砂岩层垂向上叠置分布的特点，但多数煤系气井单采致密砂岩气或煤层气存在资源利用率低，经济效益差，而两气合层开采可提升开发效益。针对上部高压致密砂岩气层下部低压煤层气的储层叠置关系，提出了一种同井筒气举合采的工艺管柱结构，基于闭式气举管柱的改进，利用上部高压致密砂岩气的能量，将下部煤层气储层的井液举升至地面，实现煤层气储层降压、解吸、产气，达到两气合采的目的。根据气举动态方程，分析煤储层不同产液量、储层深度条件下致密砂岩气的气量、压力等的关系，得出了井口油压、套管压力、气举深度、环空气量、油管直径等气举合采关键参数的选择依据。结合典型井例，给出了设计验证和应用的适应性条件，气举合采管柱适用于上部煤层气与下部致密砂岩气合层开采，为多气合采提供一种有效、经济的排采管柱。

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煤炭科学技术

2019年第09期

782

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潘河区块煤层气L型水平井排采工艺及配套技术研究

作者(Author)：秦绍锋, 王若仪

摘要：L型水平井在开发低渗煤层气田上具有很大的技术优势，但由于沁南盆地潘河示范区煤层气田储层浅（500～650 m），致使L型水平井具有井斜角大、全角变化率大、斜井段长且水平位移大的特点，加上水平段具有出煤粉严重、井筒气液比高、微含硫化氢的特点，给后期投产排采带来很大难度。为充分发挥L型水平井钻完增产一体化的技术优势，提出了以携带煤粉能力强的特定螺杆泵技术为主体，配套减阻、扶正、防偏磨、井下气液分离、地面注水、智能自控的技术对策。通过现场22口井试验，有效降低偏磨、卡泵和气体影响，消除了硫化氢安全影响，正常运行时率达92.4%，解决了在埋深浅的大井斜大位移井内的有效排采问题，因此建议煤层气L型水平井排采工艺设计中，强携带煤粉能力作为选泵的必要条件，同时应不断完善配套技术，实现工艺运行得更加平稳。研究结果为L型水平井技术在沁南煤层气田的大规模应用奠定了基础，同时也为其他煤层气区块的开发提供了借鉴经验。

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煤炭科学技术

2019年第09期

740

681
煤层气合层排采井产能影响因素分析

作者(Author)：王少雷, 王有坤, 张祝平, 李哲远, 冯云飞

摘要：为了探索煤层气合层排采井产能影响主控因素和层间干扰规律，以贵州黄泥塘向斜某煤层气勘探开发试验区的上煤层组物性参数为数据来源，利用COMET3数值模拟软件建立多因素多水平的两层合采地质模型，采用正交试验设计13因素3水平正交表和级差分析法，模拟结果显示合层排采主控因素由大到小依次为：临储比、储层渗透率、含气量、孔隙度、层间距、甲烷吸附时间及层厚。采用单因素敏感性分析法，分别对临储比、储层渗透率、含气量和层厚4个因素的敏感性进行模拟，模拟结果显示在压力系数相同的条件下层间干扰现象不存在，并分析得出合层排采采收率主控因素是临储比和储层渗透率。

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煤炭科学技术

2019年第09期

682

661
基于修正库萨金公式的煤层气井井间干扰定量评价

作者(Author)：王文升, 张海锋, 张亚飞, 段宝江, 刘灵童, 倪小明, 冯毅

摘要：我国煤层气直井的排采是经过储层改造后进行的，且不同的排采阶段，水相渗透率的值不同。为了更加准确地定量评价煤储层改造后煤层气直井排采的井间干扰程度，基于沃伦-茹特渗流模型，结合压裂时的压降曲线，构建了压裂后渗透率预测模型；根据排采过程中气/水所占比例的差异，分别构建了气/水两相流低产阶段和稳产阶段水相相对渗透率模型；把不同排采阶段的水相渗透率模型嵌入经典的无越流补给的库萨金水压影响模型中，得出了不同排采阶段水压传播距离的数学模型。以柿庄南区块典型井组的干扰试井及勘探资料为基础，验证了理论模型的准确性。根据数学模型建立了渗透率-压力梯度-影响距离图版。结果表明：储层压力梯度不变的情况下，随着渗透率的增加，影响距离呈指数型增加；渗透率不变的情况下，随着储层压力的增加，影响距离呈线性增加。当储层压力梯度为0.5 MPa/hm，压裂后渗透率一般为(0.5～8.0)×10-3 μm2时，长轴影响距离一般为95～120 m，短轴影响距离一般为56～75 m，该储层条件下井网应小于240 m×150 m。该方法可以为无越流补给且煤体结构为原生或碎裂煤储层条件下井网优化提供理论依据。当煤体结构为碎粒煤或糜棱煤为主或有越流补给时，该方法的计算结果仅能作为一种参考。

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煤炭科学技术

2019年第09期

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