煤層氣開發(fā)模式與開發(fā)技術(shù)探析

原曉珠　戴林　龐代靜

[摘要]本文綜述了我國煤層氣的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和煤儲層的基本特質(zhì)，在此基礎上介紹了兩種適用于我國的煤層氣開發(fā)模式：煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)模式和原始煤儲層開發(fā)模式。最后根據(jù)不同的開發(fā)模式對定向水平井技術(shù)、欠平衡鉆井開發(fā)技術(shù)和碳封存與注氣技術(shù)這三種常見的煤層氣開發(fā)技術(shù)進行了闡述。

[關鍵詞]煤層氣 開發(fā)模式 開發(fā)技術(shù) 鉆井

[中圖分類號] P634 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-58-1

1我國煤層氣產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和煤儲層特質(zhì)

作為煤炭工業(yè)大國，我國具有十分豐富的煤層氣資源。根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，除去藏、粵、臺地區(qū)，我國56個煤層氣盆地的淺煤層氣總資源量大約為30萬億立方米，其中可采量為14萬億立方米。我國煤層氣總量十分豐富，但是地域分布不均勻，進行開采的可利用技術(shù)也差異巨大。同時我國煤層氣存儲地質(zhì)條件具備十分明顯的特質(zhì)，如壓力系數(shù)低、滲透率低和飽和度低等。此外，成煤之后的破壞使得煤儲層的可塑性較低，高階和低階煤層氣含量較高，中階層呈現(xiàn)非均勻特性。根據(jù)我國煤層氣存儲層的特點，相關人員需要結(jié)合現(xiàn)有的較為成熟的開采技術(shù)，利用不同的開發(fā)模式來探究各個方案的優(yōu)點和局限性，探索出更加適應我國煤層氣存儲層特點的開采方案，以提高煤層氣的開采效率和質(zhì)量。

2煤層氣開發(fā)模式

隨著科技水平的發(fā)展，我國煤層氣的開發(fā)模式也在不斷演變和完善，總體而言，煤層氣開發(fā)模式主要分為煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)和原始煤儲層煤層氣的開發(fā)兩大類。

2.1煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)模式

2.1.1井下瓦斯抽放

在煤礦井下巷道進行打孔，利用放置在地面的瓦斯泵抽取煤層中的煤層氣是井下瓦斯抽放的主要特點。近年來我國井下瓦斯抽放量接近8億立方米，利用率也大大提高，但是井下瓦斯仍存在被大量浪費的現(xiàn)象。常見的抽放方法是頂板穿層鉆孔法、巷道封閉抽氣法和頂板巖石巷道法等。

2.1.2煤礦區(qū)地面預抽

勘定挖煤區(qū)域之后，在開采工作開始的五到十年內(nèi)在該區(qū)域鉆井預先抽放煤層氣，使得煤層氣釋放到一定程度之后便于開采煤炭。利用這種方式抽放出來的煤層氣濃度高達97%，具備較高的工業(yè)利用價值，不用經(jīng)過復雜加工便可直接用在發(fā)電和肥料生產(chǎn)等工業(yè)過程之中。穿層鉆孔和順層鉆孔是常見的兩種預抽煤層氣的形式。

2.1.3采煤取氣同時進行

采煤取氣同時進行需要先進行煤層氣開采，采取從上到下開采的方法。整個過程中煤炭和煤層氣的開采不可分割，同時進行。采煤取氣同步進行的操作分為三步：前期常規(guī)打井預抽煤層氣；中期抽放鄰近煤層釋放的煤層氣；后期抽放采空區(qū)的煤層氣。在煤層氣豐富的地區(qū)實施采煤取氣同時作業(yè)能夠進行大規(guī)模的煤層氣開發(fā)，經(jīng)過合理的規(guī)劃布局可以形成獨立的產(chǎn)業(yè)。

2.2 原始煤儲層開發(fā)模式

2.2.1地面垂直開發(fā)模式

從技術(shù)角度而言，超高滲低煤階直井開發(fā)、厚煤層單層直井開發(fā)和多煤層直井開發(fā)是地面垂直開發(fā)的三種基本類型。從開采活動對于煤層的影響而言，地面垂直開發(fā)模式可以分為常規(guī)開發(fā)和開采影響地面開發(fā)兩種。常規(guī)開發(fā)適用于厚度較大的煤層，且對于煤儲層的滲透性和周邊的地形條件有一定的要求。該方法在我國實施時，考慮到我國煤層的低滲透性，常常需要配合壓裂和造穴等輔助手段。影響地面開發(fā)則適用于主煤層之上附著多個煤層的情況，需要有條理地進行煤層氣開采和煤炭開采的配合。

2.2.2多分支水平井開發(fā)模式

在主水平井兩側(cè)鉆出分支井眼，以供泄氣使用。距離主水平井井口200m處鉆一直井，方便排水降壓。該種開發(fā)模式綜合了鉆井、完井和增產(chǎn)手段，具備高效新型的特點，集合了雙井對接、欠平衡和煤層造穴等先進的技術(shù)，對于低滲透的煤層氣開發(fā)效果良好。

3煤層氣開發(fā)技術(shù)

3.1定向水平井技術(shù)

該技術(shù)來源是石油鉆井技術(shù)，后來逐步擴展到煤炭地質(zhì)領域。該技術(shù)使用鉆進導向裝置，豎向沿著地下打井時進行拐彎，再橫向朝著煤層方向打井。這種橫向穿過煤層的做法大大提高了導流能力，使得采氣面積大幅增加。該技術(shù)分為三步：地面到煤層階段的垂直鉆井；煤層方向的造斜鉆井；煤層內(nèi)水平鉆井。

3.2欠平衡鉆井開發(fā)技術(shù)

該技術(shù)又稱為負壓鉆井，起源并成熟于上世紀90年代。其特點是鉆井時地層壓力大于井底壓力，煤層氣流體有控制地進入井筒，循環(huán)送達地面。欠平衡鉆井分為氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井液鉆井和泥漿帽鉆井等等，比較適合于我國煤氣層低滲、貧水和低壓的特點，現(xiàn)階段在我國使用較為成熟的欠平衡鉆井技術(shù)是欠平衡多分支水平洞穴鉆井和欠平衡裸眼洞穴完井技術(shù)。

3.3碳封存與注氣技術(shù)

該技術(shù)發(fā)源于上世紀八十年代，主要特點是通過捕獲并且安全存儲碳來替代直接排放二氧化碳。利用碳封存技術(shù)將二氧化碳直接注入煤層，一方面可以增加煤層氣儲量，另一方面可降低大氣中的二氧化碳濃度，降低溫室效應。煤儲層中的煤介質(zhì)對于不同氣體分子的吸附能力存在差異，其吸附二氧化碳的能力較強，二氧化碳被吸附之后與煤基質(zhì)微孔中的甲烷發(fā)生競爭，將其置換出來，可增加煤層氣的采出率。

4結(jié)語

作為煤層氣資源大國，我國煤層氣存儲環(huán)境復雜，地質(zhì)條件差異巨大，因此需要針對具體的開采環(huán)境和地質(zhì)條件進行合理開采。在提高煤層氣開采率的同時兼顧環(huán)境保護，不斷提高我國的煤層氣開采水平。

參考文獻

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