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煤矿区煤层气地面开发技术

1、美国煤矿区地面煤层气开发技术现状 美国煤矿区通过采煤前预抽煤层气和采空区燃烧煤层气。

2、煤矿井下抽采模式。英国、德国等西欧国家煤层气资源量小，吨煤含气量较低，不适合地面开发煤层气，煤层气开发主要采用煤炭采前井下抽采和采空区封闭抽采，无地面开发。（2）地面开发模式。美国、加拿大、澳大利亚三国煤层气资源丰富，吨煤含气量较高，原生煤发育，主要采用地面煤层气开采模式。

3、从1992年开始，晋城煤业集团先后在潘庄施工了7口煤层气井，在国内率先开展了煤层气地面预抽的试验工作，经过十多年的生产试验和技术研究，基本掌握了煤层气井钻井、压裂、排采、集输等一套完整的无烟煤地面抽采技术。

4、我国煤层气抽采技术包括井下抽采和地面开发。井下抽采技术已应用于许多矿区，是煤矿区煤层气开发的主要技术。地面开发技术主要包括原位地面井和采空区地面井抽采技术。

煤层气开采原理与方法图示（煤层气开采原理与方法图示图片） 第1张

(一)煤层气矿产地质特征

根据垂向岩性组合特征，西山窑组由下而上可进一步划分为四段，一段主要岩性为灰色砂岩，含砾砂岩和泥岩组成，含煤性较差，煤层一般分布范围较小；二段是西山窑组富煤层段，主要岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩、煤层夹碳质泥岩组成，该段地层沉积较为稳定，沉积韵律清楚，可对比性高。

煤层割理和构造裂隙发育，煤层气产出条件较好 塔里奇组A组、阳霞组B组煤和克孜勒努尔组C组三套煤，以低—中灰分煤为主，煤变质程度中等，有利于割理的形成；受褶皱与断裂作用的影响，煤层构造裂隙发育。因此，本区煤层气产出条件较好。

沁水盆地山西组和太原组煤层的含气量总体变化特征是，从盆地周边向盆地内部含气量逐渐增高（见附图），由盆地边缘的6 m3/t左右逐渐增高到盆地轴部26～30 m3/t，反映高煤级背景下，含气量随上覆有效地层厚度增加而提高（图6-图6-图6-7）。

一）煤层气地质特征 含煤地层及煤层 本区发育地层有：石炭—二叠系（C-P）、侏罗系（J）、白垩系（K）、古近系（E）、新近系（N）及第四系（Q），包括中下侏罗统阿拉坦合力组和下白垩统巴彦花群两套含煤地层。

一）煤层气地质特征 含煤地层及煤层 鄂尔多斯盆地含煤地层主要为石炭—二叠系和侏罗系。三叠纪含煤层系瓦窑堡组，仅5号煤层为主要可采煤层，只分布在子长至蟠龙一带。本溪期，鄂尔多斯地块内部沉降幅度很小，沉积厚度仅10～25m左右。上石炭统太原组沉积厚度50～100m，含煤5～8层。

淮北矿区煤层气综合抽采技术

淮北矿区煤层气抽采技术是基于煤层气资源的长期利用需求而发展起来的一种技术。该技术主要包括控制矿区煤层气压力、提高煤层气产量、加速气井排水、利用地热和光伏等多项技术措施。控制矿区煤层气压力主要是通过采取合理的煤层气开采计划和一系列调控措施，调整煤层气压力，避免过度采出导致气井失灵等问题。

可见，通过CDM机制引进资金和技术支持，会促进煤层气产业的发展。 截至2007年6月12日，我国已由国家发展和改革委员会批准的煤层气领域的CDM项目共25个（表5-13）。其中淮北矿业集团海孜、芦岭瓦斯发电项目，2007年2月18日通过联合国网上公示，得到正式批准并注册，成为中国首个注册成功的煤层气（矿井瓦斯）CDM项目[113]。

淮北矿区主要矿井煤层气资源量合计 1282×108m3，可采煤层气资源量合计382×108m3。在煤层气资源总量中，消耗资源量294×108m3，占188%；剩余煤层气资源量1088×108m3，占812%。消耗的煤层气资源量由抽放消耗量和风排瓦斯消耗量两部分组成。

从目前煤层气开发技术水平、经济效益、开采的地质条件、资源状况等方面考虑，有下列情况之一的即认为不适合进行煤层气地面钻采： （1）储盖层条件。一定的煤层厚度是煤层气储量的基础。煤层太薄，煤层气量太少，不适合煤层气的开发。

晋煤集团煤层气抽采能力达到了11×108m3，其中井下抽采5×108m3，地面抽采6×108m3。日销售能力达到160×104m3。中联煤层气公司：完成国家示范工程潘河项目建设，形成2×108m3产量。2009年12月21日与华北油田的煤层气输气管道成功对接，日供气量可达10×104m3。

落实瓦斯防治“十二字”方针，抓好矿井通风、瓦斯抽采、监测监控、防尘、防灭火五大系统建设。落实防治水措施，完善防排水设施，加强地质预测预报，利用信息化技术和先进的技术装备，全面提高矿井防灾抗灾能力。 淮北矿区的希望在新区，新区的希望在新机制。

煤储层和煤层气的储存

1、煤层气是一种自生自储的非常规天然气。与常规气藏不同，对于煤层气藏来讲，煤层既是煤层气的源岩，又是煤层气的储集层。 （一）煤储层的特征 与常规天然气储层相比，煤层气储层具自身的特殊性，煤层气的赋存与常规天然气也明显不同。表4-6列出了煤储层与常规砂岩储层的异同点。

2、煤层气聚集是煤层气不断散失与深部煤层气补给并在某种程度上达到相对平衡的结果，扩散作用只要存在浓度差就能发生，扩散作用在煤化作用的各个阶段始终存在。煤层气通过围岩的扩散作用大于补给作用，则煤储层气体不饱和。围岩的厚度和质量是影响煤层气逸散和聚集的重要因素。

3、煤层区别于常规天然气储层的主要特征是，大部分气体以吸附的方式储存于煤层中。经测算，吸附状态的气占煤中气体总量的80%～95%，具体比例取决于煤的变质程度、埋藏深度等因素（张新民等，1991）。

4、煤层气的储集层是煤层，与常规天然气的储层有很大不同。对煤层气而言，煤层既是气源岩，又是储集岩。煤层具有一系列独特的物理、化学性质和特殊的岩石力学性质，因而使煤层气在储气机理、孔渗性能、气井的产气机理和产量动态等方面与常规天然气有明显的区别［29］（表2－1）。

5、煤既是烃源岩，又是储集层。煤系地层在煤化作用过程中，所伴生出的煤层气一般足以达到煤层吸附所需求的气量，煤层是否含有工业性煤层气主要决定于煤储层的特性及后期的保存条件。

定向钻井技术高效开采煤层气?

1、定向钻井采集煤层气的原理同传统方法一样，即通过抽水减压，逼出煤层气，再进行采集。但两者的区别在于，传统方法只用竖井穿到煤层采集，而横向井顺着煤层的走势大大增加了采气的面积，因而提高了效率。

2、由于对煤层气井定向井井身轨迹及钻进效率要求越来越高，可以引入MWD技术与复合钻进技术相结合，可以更好更方便地控制井眼轨迹，提高钻进效率。

3、总结了煤层气开采特征：指出了煤层气井开采中的阻碍、畅通、欠饱和三个开采阶段，并认为欠饱和阶段可划分为多个阶梯状递减阶段；由构造部位和层内非均质性的差异形成自给型、外输型和输入型三类开采特征。根据地质条件分析了二维地震AVO、定向羽状水平井、超短半径水力喷射、U型井、V型井钻井技术的适用性及国内应用效果。

4、如果煤层出现渗透率各向异性，打定向排泄孔可以获得较高产量。该方法适于煤厚大于5m的煤层，但成本较高。垂直井是目前用于煤层气开采的主要钻井类型，它直接从地面钻入未开采的煤储层。依据钻井目的不同可将其分为4种类型，即取心资料井、测试试验井、生产井和观测井。

5、比如政府从法律上规定必须先采气，后采煤。为开发利用煤层气和保证煤矿的安全生产，政府制定了煤矿开采瓦斯含量标准，规定煤层中的瓦斯含量必须降到3m3/t以下，煤炭才能进行开采，保证了“先采气后采煤”的实施，促进了煤层气钻井数的大量增加。

6、中心的近期目标是在未来2-3年内，重点攻克煤层气选区与评价技术、煤层气资源储量评价技术、欠平衡钻井技术（如生产井钻井和多分支水平井钻井）以及煤矿井下定向长钻孔抽采技术。这些技术包括水力压裂工艺技术，通过氮气泡沫压裂以实现增产改造，同时关注裂缝监测与压后评估，以确保工艺效果的稳定和高效。

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