煤炭科学技术
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煤炭科学技术
2018年 46卷 06期

刊出日期 2018-06-28

国家科技重大专项煤层气开发成果特刊
 
   
国家科技重大专项煤层气开发成果特刊
1 刘大锰,王颖晋,蔡益栋
低阶煤层气富集主控地质因素与成藏模式分析

针对我国低阶煤层气分布和富集受多种地质因素控制的现状,对沉积环境、构造作用及水文地质条件等关键地质因素进行了分析,结果表明:低煤化作用阶段,镜质组(腐植组)对于煤岩吸附能力具有一定的贡献作用;煤质中的水分起消极作用。沉积环境影响煤系地层厚度和总资源量,煤层顶、底板厚度越大,岩性越致密,越有利于煤层气保存;含气量与煤厚呈正相关。构造运动可能造成封盖层破坏,导致煤层气逸散,也可能形成良好的侧向封堵。水动力系统对低阶煤层气的生成和保存均有控制作用,其与低阶煤盆地中煤层气富集的利害关系必须结合水文地质与构造耦合关系加以判识。对于低阶煤层气藏,游离气含量不可忽视,在有利成藏模式选择上应重视构造动力条件的分析及构造圈闭点的评价。

2018 Vol. 46 (06): 1-8 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 1405KB] ( 172 )
9 傅雪海,康俊强,梁顺,郜琳,陈星
阜康西区急倾斜煤储层排采过程中物性及井型优化

为了探究急倾斜煤储层排采过程中储层物性动态变化特征,采用Eclipse数值模拟软件对准噶尔盆地南缘阜康西区块煤层气井进行历史拟合和井型优化,分析了急倾斜储层排采过程中上倾和下倾方向储层压力和含气量的动态变化特征,对比了不同井网和不同水平井布井方式的产能差异。结果表明:上倾方向储层压力下降速率大于下倾方向储层,导致上倾方向储层含气量较下倾方向降幅大,且产能贡献主要来自上倾方向;排采范围确定后,将煤层气井布置在储层上倾方向,有利于煤层气的开发;顺煤层水平井在相同的水平井眼长度条件下产能要大于穿煤层水平井。

2018 Vol. 46 (06): 9-16 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 1784KB] ( 123 )
17 孙东玲,付军辉,孙海涛,李日富,王然
采动区瓦斯地面井破断防护研究及应用
为攻克采动区瓦斯地面井抽采中井筒易破断的技术难题,采用“避”、“让”、“防”、“疏”的技术理念优化完善了采动区地面井瓦斯抽采技术。用“避”的理念,得到了采动区地面井井位布置规律;用“让”的理念,完善了局部固井技术,提出了局部固井方法,“让”出了水平移动量;用“防”的理念,开发了局部防护装置,偏转结构、伸缩结构及厚壁刚性结构;用“疏”的理念,研发了悬挂完井技术,解决了三开筛管段泥沙堵孔难题。在晋煤岳城矿进行了工程应用,YCCD-02井连续抽采35个月,累计抽采瓦斯量约1 300万m3。地面井抽采后,工作面回风巷瓦斯体积分数下降了58.75%,上隅角瓦斯体积分数下降了56%。该技术保障了煤矿回采的安全,具有推广价值。
2018 Vol. 46 (06): 17-23 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 1493KB] ( 88 )
24 孟召平,尹可,章朋
基于断层摩擦强度的地应力计算模型与应用
断层摩擦强度是煤岩层地应力的限定条件,如何评价断层摩擦强度是煤与煤层气开采值得考虑的问题,分析了断层摩擦强度和其对地应力的约束机制,建立了最大与最小主应力比值与断层摩擦强度的相关关系和地应力计算模型。研究结果表明:煤岩层中有效最大主应力与最小主应力比值受断层摩擦强度的限制,当其比值达到临界方向断层的摩擦强度极限时,断层就会发生滑动;根据Anderson断层分类,将原岩应力分为3种应力状态,在此基础上,建立了考虑断层摩擦强度的正断层、平移断层和逆断层地应力计算模型;分析了沁水盆地南部煤储层地应力特征,揭示了沁水盆地南部煤储层处于不同深度的2种不同应力机制中,当煤层埋藏深度小于650 m时,原岩应力表现为形成正断层应力机制;而当煤层埋藏深度大于650 m时,原岩应力可能属于形成平移断层的应力机制。
2018 Vol. 46 (06): 24-28,56 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1185KB] ( 95 )
29 倪小明,李阳,赵永超,曹运兴
不同压裂方式诱导应力特征及对缝网改造的影响
为了得出不同压裂方式下诱导应力变化特征及对形成缝网的影响,应用RFPA2D-Integrated软件模拟研究了多条裂缝存在下诱导应力的分布规律,以及逐段压裂和交替压裂2种压裂方式下多缝叠加和双缝间的诱导应力随分段间距的变化特征。以大宁区块LP2井为例,分析了采用2种压裂方式对形成缝网的影响。结果表明:2种压裂方式导致未施工段诱导应力差异系数不同;逐段压裂法中,随压裂段数增加未压裂段的诱导应力差异系数逐渐增加,且段间距越小增幅越大;交替压裂法中,随分段间距增加,诱导应力系数先增加后减小;分段间距为2倍的裂缝半长时,差异系数最大。采用2种压裂方式均可实现缝网改造,但逐段压裂诱导应力叠加复杂,分段间距不易控制;交替压裂诱导应力相对可控,但施工工序相对复杂。该研究结果为现场分段压裂间距优化提供了借鉴。
2018 Vol. 46 (06): 29-33 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1826KB] ( 111 )
34 杨兆彪,唐军,李国富,刘帅帅,彭辉
山西省典型煤炭国家规划矿区煤层气储层物性对比
基于晋城、阳泉、西山、离柳四大国家煤炭规划矿区煤田基础数据、试井数据等对比,评价了煤层气的主要储层物性。研究结果显示:晋城和离柳矿区煤层气较为富集,渗透性较好,阳泉矿区和西山矿区煤层含气量较低,渗透性较差。储层压力统计结果显示,晋城、阳泉、西山矿区储层一般欠压,离柳矿区储层压力状态为正常,同时各矿区多煤层流体系统具有差异性。煤系地层地下水封闭指数计算结果显示:离柳矿区封闭指数最高,西山矿区封闭指数最低,显示出较为开放的流体系统,不利于煤层气的富集保存。各矿区储层物性差异性,决定了煤与煤层气协调开发“三区联动”的时间参数和空间参数需要作适当调整。
2018 Vol. 46 (06): 34-39 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 1706KB] ( 93 )
40 孙海涛,付军辉
重复采动下煤矿采动活跃区地面井变形特征研究

为解决采动影响下的采场覆岩运动,尤其是重复采动影响导致地面井断孔率较高的问题,以分层开采条件下的工程环境为基础,通过建立平面相似模型,进行煤层的分层开挖、采场覆岩的剪切滑移和离层位移对地面井监测线的影响的连续监测,获得了地面井在重复采动影响下的变形特征:采动区地面井在重复采动影响下剪切变形呈现出“增大→减小→增大→减小”的反复错动的活动特征且下分层开采后地面井剪切滑移量较上分层开采后增大了30.12%;离层拉伸变形呈现出“增大→增大→增大→增大”的持续增加的活动特征且下分层开采后地面井离层拉伸变形与采厚比较上分层开采后增大了29.8%。同时,针对地面井变形规律提出了井身强化设计的防护思路。

2018 Vol. 46 (06): 40-45 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1771KB] ( 86 )
46 曹运兴,田林,范延昌,刘建中,张帅
低渗煤层CO2气相压裂裂隙圈形态研究

为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压圈形态;气相压裂裂隙卸压圈形态显示为不规则的椭球型,椭球的长轴和钻孔压裂段长度相当,短轴长度为8~20 m;气相压裂裂隙扩展的不规则性主要受控于高压气体破岩的不同步,煤(岩)的各向异性及脆性指数也对裂隙扩展形态有影响。

2018 Vol. 46 (06): 46-51 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1553KB] ( 99 )
52 黄旭超,王正帅,陈建杰,王宝群
煤层群联合压裂增透石门快速揭煤技术研究与应用

为了解决低渗透率煤层石门揭煤抽采钻孔工程量大、抽采时间长的问题,将联合压裂增透技术应用于石门揭煤。在新疆2130煤矿+1 830 m水平回风石门揭5、6号煤层时,仅施工1个压裂钻孔,用3个胶囊封孔器精确确定封孔位置,使压裂点避开岩孔段和煤岩交界面,两煤层同时联合压裂。研究表明:联合压裂增透技术能够实现2个煤层的联合压裂,压裂后煤层水分明显增加,压裂影响半径在14 m以上。压裂后煤层透气性明显改善,抽采3个月未见明显衰减现象;联合压裂增透技术与传统穿层单一煤层预抽方式相比,日均抽采瓦斯体积分数和瓦斯纯量约提高2.3倍和3.8倍,钻孔工程量大约减少75%,抽采时间缩短约60%,整个工期缩短约70%。

2018 Vol. 46 (06): 52-56 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1418KB] ( 108 )
57 陈世达,汤达祯,陶树,许浩,李松,赵俊龙
煤层气储层地应力场宏观分布规律统计分析

基于鄂东、沁南、黔西-滇东及准南地区232层次煤层气井原位地应力实测数据,参照Hoek-Brown分析方法,系统分析了煤层气储层宏观地应力分布规律,回归建立了不同应力参数随深度的变化曲线,研究结果表明:我国煤储层表现为中-高应力区,应力场类型呈非均匀分布,σH>σv>σh型和σv>σH>σh型为主(94%),σH>σh>σv型较少见且集中在浅部;煤储层侧压系数k均小于Hoek-Brown平均值,且88%实测数据较国内平均线偏低;σH/σv和k值随埋深变化均可用双曲线形态表征,整体表现为“浅部离散,深部收敛”;水平主应力差与埋深具有一定的线性正相关性,而σH/σh变化不大,主要集中在1.015~1.915,平均为1.47。研究结果可为深部煤储层应力状态的判断、岩体参数的选取提供参考。

2018 Vol. 46 (06): 57-63 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 2427KB] ( 109 )
64 庚勐,陈浩,陈艳鹏,曾良君,陈姗姗,姜馨淳
第4轮全国煤层气资源评价方法及结果
随着近10年我国煤层气产业快速发展,为了进一步掌握煤层气资源情况、阐明了我国煤层气资源分布规律,重新对全国30个主要含煤盆地埋深在2 000 m以浅的煤层气资源开展评价工作。第4轮评价继承并更新完善了以往的主要方法和成果,以体积法为主,按照计算单元-区带-盆地的层级顺序开展,将全国煤层气资源按照大区、煤阶、埋深、煤系几方面进行了分类。评价结果表明:全国埋深在2 000 m以浅煤层气地质资源量为29.82×1012 m3,可采资源量为12.51×1012 m3;首次建立了樊庄、三交、保德3个不同煤阶的解剖区,开展类比法评价,进一步落实了含气量、可采系数等关键参数;并且首次评价了埋深在1 500~2 000 m煤层气可采资源量,煤层气资源的最新勘探结果,有助于煤层气勘探开发的快速推进和进一步落实并提高资源等级。
2018 Vol. 46 (06): 64-68 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1920KB] ( 72 )
69 周叡,鲁秀芹 张俊杰,左银卿,刘华,邹学学,苗耀
沁水盆地樊庄区块煤层气开发生产规律分析

为科学判断高阶煤煤层气田开发趋势,合理预测煤层气产量,以高阶煤煤层气区块中开发时间较长,具有较强代表性的樊庄区块为主要研究对象,基于“三要素”认识划分开发单元,提出有效动用储量的概念,综合应用生产数据统计与数值模拟技术进行生产规律研究,研究结果表明樊庄区块煤层气开发呈现3点规律:不同开发单元,采气速度越快,稳产期越短,初期递减率越大;樊庄区块采出程度20%左右产量进入递减期,递减出现时采出程度与井网井距密切相关;煤层气井产量递减初期递减速度相对较快,呈指数递减,后期递减速度减缓,表现双曲递减特征。

2018 Vol. 46 (06): 69-73,148 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 1513KB] ( 79 )
74 马东民,陈跃,杨甫,郭晨,张林
CH4吸附与解吸试验数据的线性函数模型及应用研究

为了简化和定量描述煤层气解吸滞后效应,对长焰煤、焦煤、无烟煤在30 ℃条件下进行吸附解吸试验,并用同类型的数学模型进行了吸附解吸试验数据的详细分析。研究表明:压力与甲烷吸附量比值(P/V)和压力(P)、吸附量与压力的比值(V/P)和压力的对数(ln P)皆呈线性函数关系,拟合度大于0.99;吸附曲线P/V-P与解吸曲线P/V-P、吸附曲线V/P-ln P与解吸曲线V/P-ln P有一相近交点P0,定义P0为关键压力,ln P0可以描述为煤层气井的产气压力;煤层气降压解吸的必要条件是储层压力小于关键压力P0,压力越低,解吸效率越高。实践中,可以利用V/P-ln P线性函数进行煤层气井排采数据分析,描述煤储层含气量衰减规律,以指导排采。

2018 Vol. 46 (06): 74-79 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1273KB] ( 80 )
80 陈贞龙,王烽,陈刚,梅俊伟,郭涛
延川南深部煤层气富集规律及开发特征研究

为深入总结延川南深部煤层气的地质特征以及生产规律,研究了其富集规律及产气特征与浅部煤层气存在的差异,结果表明:延川南深部煤层气主要富集高产因素为沉积控煤、构造-水文联合控气及物性控产;从煤层气解吸机理出发,降低排采速率,延长见气周期,提高泄压体积的排采方式能保障深部煤层气井高产稳产;井组试采归一化结果表明,深部煤层气初期解吸效率低,但单井控制储量大,具有“见气晚、上产缓、稳产久、单产高”的特点;延川南深部煤层气的高产稳产效果证明此类气藏具备效益开发可行性,研究结果能为同类气藏的勘探开发提供借鉴。

2018 Vol. 46 (06): 80-84,194 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 1729KB] ( 66 )
85 王凯峰,唐书恒,张松航,杨国桥,闫欣璐
柿庄南区块煤层气高产潜力井低产因素分析

为了研究柿庄南区块部分煤层气高产潜力井产气效果不佳的原因,通过分析煤层煤体结构和顶底板特征,结合水力压裂效果分析,并与高产井排采制度对比,分析总结了典型井低产原因。结果表明:水力压裂效果直接影响煤层气井产能,在改善煤储层渗透性的同时也可能沟通含水层造成煤层气井低产;在排采初期的单相排水阶段和两相流产气上升阶段,排采制度的不合理也是造成高产潜力井低产的重要原因,这2个阶段排采制度的合理控制会对未来整个产气过程产生影响;控制裂缝高度和压裂规模以避免穿透隔水层,最大限度使裂缝在煤层中深远扩展,同时合理制定排采制度,是煤层气增产潜力井二次压裂改造后长期高效开发的关键。

2018 Vol. 46 (06): 85-91,113 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 2237KB] ( 66 )
92 陆小霞,张兵,吴见,徐晓燕,刘翰林
柿庄北区块深部煤层气产能特征及影响因素分析
为了解决沁水盆地南部1 000 m以深的煤层气产量普遍较低的问题,以柿庄北区块为研究重点,采用对生产数据综合分析的方法,对深部煤层产气特征、排采变化规律、不同产量的典型井生产动态进行了研究,提出了深部煤层气产能的关键影响因素。研究结果表明:深部煤层气日产气量多小于500 m3,见气时间为16~178 d,单排3号煤层的井动液面较低,合排3号煤和15号煤的动液面较高,井底流压1.70~2.59 MPa;影响产能的因素包括地质、工程技术以及排采3个方面,地质因素主要为煤储层渗透率较低、3号煤与15号煤合采或部分井距断层较近导致产水量较大,工程因素主要是部分井压裂未形成有效通道导致甲烷气体无法渗流,排采因素主要是指排采过程中停机频繁等导致排采不连续影响产气量。
2018 Vol. 46 (06): 92-100 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 2656KB] ( 58 )
101 张健
深浅煤层同压合采煤层气的适用性分析及工艺

针对深浅煤层合采煤层气的过程常受到井筒内压力影响,导致合采井产量达不到预期产值,甚至低于单层产量的问题,通过分析深浅部煤层特征,将合采作业在井筒中的状态分为浅部煤层、深部煤层、深浅部煤层同时进入气水两相流状态3种情况,并分析每种情况下的合采可能性,建立相关井筒内的压力模型,以兼容参数允许压力差值Δp为基础提出调压合采,通过示例井进行计算,Δp值分别在0.4、0.6、0.8、1.0 MPa逐渐增大时,合采井的产气量逐步提升,最终确定Δp为1.0 MPa时,可以达到最佳兼容状态。研究结果表明调压合采工艺可适用于多煤层的合采作业。

2018 Vol. 46 (06): 101-106 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1323KB] ( 81 )
107 姜小强,樊少武,程志恒,陈亮,李进鹏,侯水云,李庆源
基于井上下联合抽采的三区联动瓦斯综合治理模式
为解决近距离突出煤层群开采过程中瓦斯超限及煤与瓦斯突出隐患,通过建立瓦斯治理的时空坐标系,系统分析井上、井下抽采技术的时空分布特征及其约束条件,进而揭示煤炭开采三区的井上下联合抽采的时空转换机制;基于沙曲矿近距离煤层群开采特点,在规划区大范围采用三类地面井,实现煤层气的规模化预抽,在开拓区和生产区首次实施了多分支水平井与千米钻孔定向对接高效抽采、大孔径定向长钻孔立体式抽采等关键技术,通过井上、下抽采方法优选集成,结合煤层气综合利用,形成了沙曲瓦斯综合治理模式与配套技术体系。经过实践验证,推行“沙曲模式”可实现采掘工作面瓦斯零超限,基本消除各煤层突出危险性,保证矿井安全高效生产,结合瓦斯综合利用可产生显著经济和社会效益。
2018 Vol. 46 (06): 107-113 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1440KB] ( 89 )
114 杜新锋,郭盛强,张群,张东亮,乔康,吴静,李林,王正喜,杜志强
多煤层煤层气井分层控压合层排采技术及装备
为解决多煤层煤层气开发目前面临的产气量难以叠加、储层伤害难以控制等问题,提出多煤层煤层气分层控压合层排采技术,该技术分为双泵三通道双煤层分层控压合层排采技术和双套管多煤层分层控压合层排采技术;并研制了配套的合层抽采泵、封隔器、排采监测设备等多煤层分层控压合层排采排采装置。实践结果表明:该技术可实现排采中用不同的动液面控制不同的煤层,提高煤层气排采效率和产气效果。
2018 Vol. 46 (06): 114-118,188 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 1349KB] ( 79 )
119 闫欣璐,唐书恒,张松航,杨国桥,王凯峰
沁水盆地柿庄南区块煤层气低效井二次改造研究
基于沁水盆地柿庄南区块低效井较多,制约该区块煤层气的产量,为了提高单井产量,需要对低效井进行二次改造,以TS-001井为例,通过建立储层压力、储层动态渗透率、裂缝动态渗透率、裂缝缝长的预测模型,研究了低效井的二次改造可行性,并利用数值模拟方法预测其改造后的效果。研究结果表明:低效井生产过程中储层渗透率先下降后上升,后期恢复至开采初期水平;初始压裂效果好,但后期受到有效应力效应使裂缝部分失效,裂缝渗透率降低,导致产气量下降;低效井经过二次压裂后日产气量逐渐上升,但由于长期低产导致储层水分布均匀,短期内并未达到高产,因此需要一定时间重新排水降压,才能提高稳定产气量。
2018 Vol. 46 (06): 119-125 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1172KB] ( 61 )
126 李瑞,李俊阳,王生维,熊章凯
西山地区煤层气井流体产出特征及低产因素分析
为了充分认识西山地区煤层气井流体产出特征,对该地区煤层气排采井不同排采阶段的产气、产水与套压变化曲线进行了统计分析。结果表明,西山地区煤层气井具有产量较低,稳产阶段持续时间短,过早进入产气衰减阶段的典型特征。对该地区煤层气地质与排采工况进行分析后,认为造成西山地区古交矿区煤层气井低产的地质因素包括煤体结构、含气性、渗透率以及水文地质条件。排采工程方面,阐述了套压阈值的含义并分析了其对煤层气井产气的影响,认为套压的下降速率在0.000 9~0.002 1 MPa/d时,且保持0.33 MPa以上的套压生产,有助于煤层气的连续稳定产出。
2018 Vol. 46 (06): 126-131 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 1223KB] ( 82 )
132 王运海
延川南深部煤层气井排采制度研究
基于延川南煤层气田多年的勘探开发成果和排采实践,探讨和研究了深部煤储层应力敏感对煤层气井产气、产液的影响以及合理的排采制度。结果表明,由于深部煤储层具有低孔、低渗、强应力敏感的特征,排采速率过快煤岩易发生显著的压敏效应,造成渗透率降低,压降漏斗无法有效扩展,从而导致煤层气井产气低效;通过针对区内不同时期气井排采制度优化过程的对比和分析,逐步形成了“平衡排采、阶梯降压”的排采制度,延缓和减弱了应力敏感对储层的伤害,实现了泄压面积的持续扩大,从而保证了气井高产稳产的开发效果,这一排采制度的科学性和适用性在延川南煤层气田得到了证实。
2018 Vol. 46 (06): 132-137 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 1237KB] ( 55 )
138 毛得雷,康永尚,李树新,王会娟,闫霞,李永洲
韩城煤层气田煤层气井排采精细控制模式研究
为了完善煤层气井排采模式,通过在韩城煤层气田长期的现场排采实践,在现有“两期、五阶段”煤层气井阶段排采模式的基础上,从煤储层解吸-扩散-渗流的角度分析,认为憋压排水-产能释放阶段出现套压和动液面快速波动的现象,是由于现行排采制度与高煤阶、低渗透煤储层的供流能力不完全匹配引起的。依据稳定控制井底流压压降和排采工作制度与地层供流能力相适应的基本思想,将现场采用的模式进行了修正和完善,提出了“两期、六阶段”煤层气井排采精细控制模式,现场试验表明,按照这一精细控制模式,可避免出现套压和动液面快速波动的现象,降低出砂事故率。
2018 Vol. 46 (06): 138-142 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 1602KB] ( 56 )
143 熊章凯,李瑞,王生维,李俊阳
煤层气合层排采流体产出特征及其控制因素
为了解煤层气合层排采井的流体产出特征及其控制因素,以沁南郑村区块的煤层气合层排采井为研究对象,系统性分析合排井的产气、产水和产煤粉特点,并得出套压、3号煤层的井底流压以及3号煤层的暴露率的影响特点。结果表明:加深泵挂到15号煤层,会对合排井的流体产出造成一定的影响;早期套压下降过程中,应该将套压压降速率控制在0.001 0~0.001 2 MPa/d,后期套压下降或突降过0.2 MPa时,日产气量趋势会从上升变为下降,套压上升或突升过0.2 MPa时,日产气量趋势会从下降变为上升;3号煤层暴露并不一定会使得产气下降。且当煤层暴露时将套压控制在0.2 MPa以上,是可以有效解决3号煤层暴露导致产气量降低的问题。同时,在套压控制在0.2 MPa以上的这段时间里,将3号煤层暴露,有助于合排井产气。
2018 Vol. 46 (06): 143-148 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1219KB] ( 67 )
149 季长江,郝海金,郝春生,陈召英,信凯,杨昌永,常会珍
赵庄区块地下水特征对煤层气开发的影响分析
为查明赵庄区块地下水运移、补给特征及其对煤层气开发的影响,采用地质分析与试验测试相结合的手段,对该区块地下水运移规律和煤层气井3号煤排采水来源进行了深入分析与研究,同时,结合区块内煤层气井生产实际,进一步分析了地下水对煤层气井产能的影响。结果表明:赵庄区块存在一条显著的地下水分水岭,分水岭北部地下水由南西向北东方向径流,南侧地下水由北向南方向径流,煤层气井3号煤排采水补给源主要为其顶板山西组砂岩裂隙含水层,排采水主要类型为Na-HCO3型。3号煤层顶板以上的基岩中,砂岩比例高的区域,煤层气井产水量大,排采难度高;泥岩比例高的区域,气井产水量低,产气潜力高。研究结果利于该区块煤层气井排采和开发方案的制定与调整。
2018 Vol. 46 (06): 149-154 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 2584KB] ( 63 )
155 王国义,卫强强,宋晓夏,杜立强
太原西山古交区块煤层气井水力压裂效果评价
为评价古交区块煤层气现有开发方案中水力压裂施工的效果,通过以下2种方式获取压裂主裂缝形态参数:对11个层位的压裂进行微地震同步监测,得到裂缝方位、缝长和缝高的监测数据。在区域应力场的作用下,裂缝方位多与主控构造有很好的相关性,局部复杂地应力场条件下,裂缝方位变化较大,单翼缝长平均为64 m。利用煤矿回采到煤层气井之时,井下实地观测支撑剂分布形态,测得到XS-10井主裂缝方位为87°,与井下实测节理走向接近,具有有效支撑的东半翼缝长为24.35 m。现有的开发方案中,有效裂缝和井间距不匹配,裂缝穿透比过小,影响单井产量和采收率。裂缝方位和构造走向有很好的相关性,煤层气开发时要充分考虑地应力场和构造形态,优化布井方式和压裂施工参数。
2018 Vol. 46 (06): 155-159 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 1143KB] ( 80 )
160 段建华,汤红伟,王云宏
基于微震和瞬变电磁法的煤层气井水力压裂监测技术
为了获取井下煤层气水力压裂影响范围,根据压裂时煤层及其围岩的物性变化特征,结合微震监测技术与矿井瞬变电磁法的勘探原理和应用范围,提出了采用微震监测技术和瞬变电磁法联合对井下煤层气水力压裂效果进行监测的方法,采用该方法对兴隆煤矿2个孔的压裂影响范围进行了监测,并且利用传统的打孔法对监测结果进行了验证。研究表明:由于煤层较软,地震波衰减大,压裂区围岩或煤层破碎严重不利于产生新的破裂,接收到的微震事件较少,微震监测技术圈定的压裂影响范围较小;压裂区围岩或者煤层破碎严重,压裂液顺着原有裂隙扩散,瞬变电磁法获取的压裂影响范围较大;微震监测技术与瞬变电磁法进行综合解释,提高了解释成果的可靠性和精度,检验孔中的水压也验证了该方法的可靠性好和精度高。
2018 Vol. 46 (06): 160-166 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 1997KB] ( 58 )
167 陈浩,秦勇1,李贵中,陈振宏,庚勐,邓泽,田文广,桑广杰
基于脉冲衰减法的煤岩渗透率应力敏感性研究
为了弄清不同应力加载条件下的煤岩渗透率应力敏感性关系规律,采用脉冲衰减方法通过分别改变围压和孔压条件下观察煤岩渗透率随应力的变化,并对应力敏感的产生机理从孔隙结构角度进行分析。研究结果表明:脉冲衰减法较适合于较低渗透率煤岩渗透率应力敏感性试验;煤岩随着不同应力变化都表现出强的应力敏感性,整体呈指数衰减,煤岩对围压变化比孔压变化的应力敏感性更强。在围压先升再降过程中,升压过程较降压过程表现更强敏感性。煤岩渗透率应力敏感产生机理主要是由于应力的变化引起煤岩割理与孔隙吼道的变化;相对渗透率大样品主要以割理和大孔隙为主,渗透率小样品主要为小孔和吼道发育;当所受应力变大时,后者更易孔隙压缩、通道受阻、渗透率急剧变小、敏感性更强。
2018 Vol. 46 (06): 167-172 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 1481KB] ( 75 )
173 宋金星,于世耀,苏现波
煤储层速敏伤害机理及防速敏试验研究
为了探索煤储层速敏伤害的控制方法,采用质量分数1.5% KCl溶液为基液,在其中加入不同浓度的阴离子型表面活性剂AS和非离子型表面活性剂NS,配置出35种溶液,对河东煤田柳林地区沙曲矿的焦煤进行煤粉沉降试验、直剪试验,最终优选出用于防速敏的最佳表面活性剂体系为质量分数0.05%AN复配溶液(AS和NS的比例为9∶1),由此构成了表面活性剂压裂液(1.5%KCl+0.05%AN)。研究结果表明:表面活性剂压裂液能润湿煤粉,增大煤粉颗粒间的黏聚力,导致水力压裂产生的煤粉经润湿后迅速沉降、固定,从而减少悬浮煤粉的数量,进而减少孔喉或裂缝狭窄处受到堵塞的机会,实现对煤储层速敏伤害的有效控制。
2018 Vol. 46 (06): 173-177 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 1214KB] ( 61 )
178 管保山,刘玉婷,梁利,崔丽
煤岩微观结构分析及其与压裂液设计的关系研究
为了更直观和量化分析煤岩微观结构,以指导压裂液设计,提高压裂液效率和降低煤储层伤害,采用显微光度计、环境扫描电子显微镜和CT扫描等微观结构分析方法,得到了不同维度和角度的煤样裂隙结构图,并定量分析了煤样裂隙参数。结果表明:不同区块煤样的主裂隙长度、主裂隙宽度有很大不同;割理有明显的同向性,容易产生沟通的裂缝;裂缝的排布在微观尺寸上很复杂,使得裂缝对复杂的应力剖面和压裂过程中应力场的变化很敏感;裂缝具有各向异性和非均质性,提高了压裂液伤害的概率。通过定量分析可知:不同区块煤样的成分不同,其源于不同的地质作用,同时也导致了不同的压力液作用效果;CT软件可以通过统计计算受测样品的孔隙度和渗透率,试验样品的孔隙度为2.68%,渗透率为6.65×10-3 μm2,与孔隙度-渗透率试验结果数值相近,印证了煤层低孔低渗的显著特点。润湿-吸附试验等数据证明不同的煤结构和成分是导致压裂液作用性能不同的原因,通过对煤岩微观结构分析能够指导压裂液的研究,为压裂液设计提供依据。
2018 Vol. 46 (06): 178-182 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 1730KB] ( 63 )
183 陈万钢,王力,杨宇,孙晗森
煤层气井压裂缝壁面稳定性研究
为了揭示煤层气压裂井在排采过程中裂缝壁面剪切失稳产生煤粉的机理,根据叠加原理,采用弹性力学和渗流力学理论,构建了排采过程中压裂缝的总应力场计算模型。基于D-P剪切破坏准则,提出了一种计算井底流动压力安全窗的方法,以有效避免煤岩压裂缝壁面失稳。研究结果表明:井底流动压力越小,压裂缝壁面净压力越大,在压裂缝壁面附近产生的诱导应力也越大;另外,井底流动压力越小,由于孔弹效应影响,形成的诱导应力也越大。在排采过程中,保证井底流动压力在安全窗口内,可以避免压裂缝壁面剪切失稳形成煤粉。
2018 Vol. 46 (06): 183-188 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 1172KB] ( 67 )
189 杨刚,孟尚志,李斌,李孝勇,张林强,马腾飞,陈小波
深部煤层气T型井钻井技术

为解决常规侧钻窗口大、曲率半径大,水力喷射径向水平井钻头尺寸小、煤层中进尺短等问题,研发了以柔性钻具为核心的T型水平井技术,其侧钻窗口仅20 cm,曲率半径1.8、2.5 m,借助叠加式斜向器可以实现多目的层分支水平井;139.7 mm套管内侧钻112 mm井眼,实现了大尺寸超短半径水平井钻进。井壁稳定性分析论证了清水+2%KCl可以满足深部煤层造斜段及水平段钻进要求。摩阻转矩分析表明,旋转钻进、起钻及下钻3种工况下柔性钻具不会发生弯曲破坏,可以安全钻进100 m。水力参数分析表明,泵排量0.5~0.7 m3/min可以同时满足井眼清洁和快速破岩要求。在临兴-神府气田试验成功了国内第一口深部煤层气6分支T型水平井,2个煤层内各部署3个分支,目的煤层深约1 900 m,煤层中累计水平进尺达478 m,其中4个分支水平进尺超100 m。

2018 Vol. 46 (06): 189-194 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 1744KB] ( 72 )
195 董洪波
煤矿井下随钻测量及钻孔数据处理软件开发与应用
为解决煤矿井下随钻测量软件功能单一、操作不便、信息融合不足等问题,采用C号语言与SQL Server数据库开发了随钻测量及钻孔数据处理软件。该软件具有随钻测量、钻孔数据处理、钻机监测诊断等三大功能模块,可实现对探管数据解析、钻孔轨迹实时测量、钻孔轨迹数据的深度挖掘、钻机状态的实时监测与故障诊断。三大模块数据有机融合,可简化施工人员操作,帮助施工人员更加全面掌握施工信息、及时作出相应决策。现场试验证明,随钻测量及钻孔数据处理软件通信稳定、测量准确、功能全面、操作简单,为优化定向钻孔施工提供了技术支撑。
2018 Vol. 46 (06): 195-200,216 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1226KB] ( 71 )
201 王雷,王冠雄,王新铭,王启明
煤矿区智能化顶管掘进装备研制与应用
为解决现有煤矿高抽巷施工方式掘进速度慢、工作环境恶劣、施工成本高等难题,基于顶管施工工艺,采用全断面大直径破岩技术,研究矿用顶管机滚刀破岩机理,对刀具进行合理化布置;采用智能控制技术,实现矿用顶管机自动导向、自主开关机及自动顶进等功能。研制了ZDG1500型矿用智能化顶管掘进装备,在淮南张集矿进行了国内首次煤矿顶管施工的工业性试验,验证了智能化顶管掘进装备的各项参数和性能,试验结果表明:一次成孔直径为1 500 mm,单次掘进长度≥500 m,掘进速度为10~20 mm/min,并得出矿用顶管掘进机岩层阻力分布规律,可解决高抽巷施工难题。
2018 Vol. 46 (06): 201-205 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1673KB] ( 92 )
206 王海,杨兆中,李岳
煤层气U型水平井定向井远端连通钻井工艺研究
针对煤层气U型水平井与定向井远端连通工艺不完善、对接难度大、煤层洞穴坍塌等难题,开展了钻井工艺研究。在P15试验井组中,采用镶嵌暂堵钻井液、地质导向控制等关键技术钻井,并创新使用外管屏蔽、内管作业的屏蔽洞穴技术处理洞穴。实践表明,这一系列技术可以保障水平井与定向井远端连通,但洞穴内作业需提前建立屏蔽,P15井组完成水平段进尺724 m,煤层进尺668 m,煤层钻遇率92.3%,水平井在1 242.5 m处与定向井成功实现一次远端连通,屏蔽洞穴技术建立了捞砂作业和后期排采的新通道,完成了洞穴捞砂,解决了煤层气井洞穴坍塌的技术难题,完善了煤层气水平井定向井连通工艺,为煤层气的低成本高效开发提供了新途径。
2018 Vol. 46 (06): 206-210 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1122KB] ( 70 )
211 康建东
低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热技术试验研究
为有效解决当前燃煤热风炉的大气污染物超标问题,采用低浓度瓦斯蓄热氧化系统替代燃煤锅炉为煤矿供热,介绍了低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热技术工艺流程及阳煤五矿低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热示范工程。通过现场试验运行,考察环境温度、抽采瓦斯浓度及流量、进风井进风量等参数对井筒加热效果的影响规律,为优化系统工艺提供控制参数选取依据,为提高系统运行安全性和稳定性提供理论支撑。试验结果表明,环境温度和进风井进风量主要影响系统热量需求,应改变低浓度瓦斯蓄热氧化装置的热能输出以适应热量需求的变化;抽采瓦斯浓度和抽采瓦斯流量主要影响系统热量生产,应调整低浓度瓦斯蓄热氧化装置的运行参数,以适应热量生产工况的变化。同时,在调整蓄热氧化装置的运行参数或热能输出时均需满足系统运行的安全性、协调性及稳定性要求。
2018 Vol. 46 (06): 211-216 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1334KB] ( 67 )
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