深部煤层气开发与煤系“三气”共采技术_中国煤炭行业知识服务平台

深部煤层气开发与煤系“三气”共采技术

来源：《煤炭学报》2016年第1期

百余年来,传统煤炭工业的眼光主要盯在煤层或煤炭这一固态能源矿产。煤层气规模性开发与煤矿瓦斯高效抽采,扩展了煤炭工业界的能源视野,即煤系中蕴藏着极为丰富且可规模性开发的洁净气体能源。页岩气革命的兴起,引导了中国页岩气产业的起步,也为煤炭工业打开一扇新的视窗,煤系处处有资源,层层皆赋存着非常规天然气能源! 同时,浅部矿产资源的枯竭,必将促使人类的勘查开发活动向深部延展,煤炭乃至煤系非常规天然气均是如此。能源工业界这一艰辛而卓有成效的探索历程,拉开了我国以煤层气、页岩气、致密砂岩气为主的煤系“三气”共采及深部煤层气勘探开发试验的序幕,本专题由此应运而生。

近年来,国家科技重大专项等一系列国家科技计划的支持,加速了我国上述探索活动的进程。我国以解放层开采工艺技术为核心的煤层气抽采“淮南模式”,实质上就是煤系“三气”共采。鄂尔多斯盆地东部多个区块上古生界煤系“三气” 共采工业性试验的成功,直接催生了国家示范工程在此方面的“十三五”立项。准噶尔盆地南缘阜康西区块2000m深度井网规模煤层气高产稳产气流的获得以及国内十余年来的探索成果,昭示出我国深部煤层气开发的巨大前景。毫无疑问,前期突破得益于现场大胆尝试与科学技术创新的有机契合,未来发展更依赖于先导性、示范性工程的工艺与技术创新。本专题一方面集中报道了其中的部分重要科技成果,另一方面展示出有关专家对本领域未来科技发展的思考与建议。

我们期望,本专题的出版有助于能源工业界了解我国煤系“三气”共生共探共采及深部煤层气勘探开发试验的进展,启迪相关科技工作者的工程科学思维,推动我国煤系“三气”及深部煤层气规模性开发时代的及早到来。

行业视野: 煤层气
类别; 127个
关键词; 114位
专家; 29篇
论文; 43650IP
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基于空气环境下的高压击穿电热致裂煤体实验研究

作者(Author)：林柏泉, 闫发志, 朱传杰, 郭畅, 周延

摘要：利用搭建的高压击穿电热致裂煤体试验系统,以贵州林华煤矿的无烟煤为研究对象,研究了在空气环境下高压击穿电热致裂煤体的可行性,并对高压击穿电热致裂煤体的宏观和微观特征进行了研究。实验结果表明,在针-针电极下,空气介质的击穿场强为18.0~18.3 k V/cm,煤体的击穿场强为0.3~0.8 k V/cm,无烟煤的击穿场强小于空气的击穿场强。在相同条件下,各个煤样的击穿电压和破坏特征均不相同,击穿电压在20~41 k V,煤样主要有3种破坏类型。高压击穿电热致裂煤体过程中,等离子体通道位置的煤样呈现出烧灼状态,形成了大量裂隙和孔隙。同时,等离子通道周围煤体在高温条件下发生氧化反应,形成了新的氧化产物。

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煤炭学报

2016年第01期

1538

749
800m以深直井煤储层压裂特征分析

作者(Author)：杨兆中, 杨苏, 张健, 李小刚

摘要：以沁水盆地800 m以深煤层气井为例,统计归纳了深部煤层地质特征,分析了与之对应的压裂难点;通过统计10口采用活性水压裂技术且产气效果显著提升的深煤层气井的压裂数据,总结了现有技术体系下深煤层直井压裂施工参数特征,分析了导致深部煤层气藏压裂施工中压力异常偏高的因素,提出了深部煤层气藏开发对策。结果表明:深部煤层气藏的高温、高压、高地应力的地质环境、较差的储层物性以及较强的非均质性等特征,使得现有压裂技术体系在适用性和有效性上面临严峻挑战;增产效果较好的深部煤层气直井,普遍采用大液量注入,同时控制砂比在15%左右;压裂时压力异常偏高是受到压裂液性能、地层微裂缝、储层岩性、钻井液污染及煤粉堵塞等因素的影响;未来应对深部煤层气藏的开发,除了要对活性水压裂技术进行优化,还有赖于压裂理论的发展和新型压裂材料的研制。

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煤炭学报

2016年第01期

1395

725
深部低透气性煤层上向穿层水力压裂强化增透技术

作者(Author)：蔡峰, 刘泽功

摘要：煤层气的长时间、高效抽采的是当前煤层气灾害治理与煤层气资源利用过程中亟需解决的问题。利用数值模拟实验与工程试验相结合的方法,系统地研究了井下底抽巷对目标煤层进行水力压裂强化增透技术。研究发现,水力压裂的裂隙扩展过程经历了能量与应力累积、微裂隙产生、局部压裂损伤、煤体抵抗失效与裂隙迅速拓展以及压裂水能量再蓄集再扩张循环5个阶段,水力压裂产生了大量的裂隙,再加上顶底板碎胀作用而使煤层卸压,使得煤体透气性大幅提高。水力压裂工程试验验证了压裂水的运移轨迹,与数值模拟与分析结果相吻合,实现了大范围增透和长时效的煤层气抽采,从而为深部低透气性煤层强化增透和煤层气高效抽采提供了技术保障。

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煤炭学报

2016年第01期

1598

826
煤与瓦斯共采钻孔增透半径理论分析与应用

作者(Author)：马念杰, 郭晓菲, 赵希栋, 李季, 闫振雄

摘要：在煤与瓦斯共采时,受采动加、卸载应力影响,瓦斯抽采钻孔围岩塑性区内煤体会产生大量裂隙,增大了瓦斯的渗透率,形成瓦斯增透圈,增透圈半径的大小直接影响瓦斯的抽采效果。以钻孔围岩"蝶形塑性区"理论为基础,建立了钻孔塑性区与瓦斯增透圈模型,首次推导出了钻孔增透圈半径解析式。深入分析了钻孔增透半径影响因素发现:增透半径与钻孔半径成线性正比例关系,与最小围压和围压比值呈类指数增长关系,与岩石黏聚力和内摩擦角呈负指数变化关系;其中最小围压与围压比值是影响增透半径的关键因素,深部开采与高围压比值是形成大尺寸有效增透圈的必要和充分条件。这一理论为煤与瓦斯共采中瓦斯抽采钻孔间距设计、位置选择、方向确定、采场与钻孔布置在时间和空间上关系协调提供了科学依据。

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煤炭学报

2016年第01期

1267

700
煤层压裂开采与治理区域瓦斯的基本问题

作者(Author)：黄炳香, 陈树亮, 程庆迎

摘要：由于煤层的矿物成分、结构体系、瓦斯的吸附解吸效应等导致含瓦斯煤层水压致裂复杂,煤层压裂治理区域瓦斯技术目前整体上还处于起步阶段。提出了煤层水压(流压)致裂治理区域瓦斯的理论、技术与装备等基本问题框架。在分析煤层物理化学特性的基础上,初步给出了煤层压裂的力学机制与裂缝基本空间形态。分析了含瓦斯煤层水压致裂的物理化学作用、结构改造增透、应力扰动效应、驱赶瓦斯效应、水锁效应等作用。以孔隙压力梯度作用机制为切入点,深入研究煤岩层压裂的细观破裂机理、应力扰动效应与评价方法、体积致裂机制、驱赶瓦斯效应、支撑剂在裂缝网络的运移规律与压嵌特性、排采规律等理论问题。针对驱赶瓦斯效应扬长避短,使含瓦斯煤层压裂上升至压裂驱赶层次。提出了需要深入研究的技术安全性评价、工艺技术、合理泵注排量、压裂裂缝扩展及其效应监测、适用条件与规范等技术问题。研制了井下压裂治理区域瓦斯的致裂封孔系统、分析软件与测控系统等成套装备。

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煤炭学报

2016年第01期

1128

816
深部近距离上保护层底板裂隙演化及卸压瓦斯抽采时效性

作者(Author)：王伟, 程远平, 袁亮, 陈荣柱, 王海锋, 杜凯

摘要：为解决深部近距离上保护层开采被保护层大量卸压瓦斯通过底板裂隙涌向首层采煤工作面极易造成瓦斯超限的问题,以平顶山天安煤业股份有限公司五矿为研究背景,采用理论分析、实验室实验、现场考察以及离散元数值模拟的手段,研究了深部近距离上保护层开采底板煤岩层裂隙瓦斯通道演化规律及下被保护层卸压瓦斯抽采时效性。研究表明:回采方向上底板煤岩层可分为原始应力区、卸压增透区和重新压实区,卸压增透区内煤体膨胀变形量大渗透率高,卸压瓦斯解吸扩散,底板采动裂隙使被保护层与采煤工作面贯通形成裂隙瓦斯通道。时间尺度上,卸压增透区的形成与上保护层回采到基本顶来压垮落时间段相对应,采动裂隙瓦斯通道伴随基本顶的破断垮落逐渐重新压实消失,卸压增透区范围在基本顶初次垮落前达最大值,回采推进期间与基本顶来压步距正相关。重新压实区域内煤岩层经历应力加载、卸荷、重新加载后可能出现损伤破坏,卸压瓦斯大量解吸引起煤体收缩变形,部分煤岩体受力比其原始应力更大出现压缩变形。卸压增透区是卸压瓦斯产生及运移的主要空间,也是进行卸压瓦斯拦截及抽采的高效区,瓦斯抽采工程需考虑采动裂隙演化的空间和时间效应。

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2016年第01期

1517

941
中国煤系“三气”成藏特征及共采可能性

作者(Author)：梁冰, 石迎爽, 孙维吉, 刘强

摘要：煤系地层中的非常规天然气资源是非常规天然气的主要组成部分。目前,对煤系地层煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规天然气资源的认识还较薄弱,资源勘探开发程度也都比较低。根据气藏合层开采经验,把煤系地层视作一个整体,综合勘探开发煤系煤层气、页岩气、致密砂岩气不仅可以减少勘探开发成本,增大非常规天然气总储量和技术可采资源量,还可以提高气井使用效率和单井利润。将煤系地层中的煤层气、页岩气、致密砂岩气称为"煤系三气",从煤系地层岩性分布特征、煤系气体成藏机理、不同类型含气储层特征和开采特征等方面分析煤系"三气"共采可能性及共采急需解决的难点。

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煤炭学报

2016年第01期

1568

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砂岩-页岩互层气藏物质平衡方程构建与应用

作者(Author)：杨宇, 周文, 闫长辉, 曹煜, 孙晗森, 陈万钢

摘要：在国内外很多盆地的气藏,富含有机质的页岩中发育不连续的砂岩夹层,页岩气层和砂岩气层具有很好的连通性,同属于一个压力系统。在这种类型的页岩气藏的储量计算中,不应该忽略砂岩中的游离气储量。为了计算地质储量,首先分析了页岩和砂岩的骨架、孔隙及其流体储存的差异性,在此基础上,将气藏的储集单元分为无机质基质和有机质基质两大类,并建立了此类页岩气藏的体积模型。根据体积守恒原理、Langmuir等温吸附模型和Palmer&Mansoori模型,分别讨论了两类基质在地层压力下降过程中孔隙和流体的变化特征,推导出页岩-砂岩互层气藏的物质平衡方程。通过实例分析验证了新的物质平衡方程能够分别计算出页岩与砂岩中的游离气储量和吸附气储量,以及开发过程中解吸的天然气体积。

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煤炭学报

2016年第01期

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