煤矿瓦斯井上下抽采技术2022年

2022年06月汇报人：张旭煤科工集团西安研究院有限公司煤矿瓦斯井上下高效抽采技术一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点二、地面煤层气开发技术及工程实践三、井下瓦斯抽采技术及工程实践四、井上下瓦斯联合抽采技术五、启示汇报提纲一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点1.煤矿区煤层气特点易燃易爆气体洁净能源气体强烈温室气体煤层气抽采具有“一举多得”的效应保障煤炭安全生产有效利用煤层气资源保护大气环境

集输管输燃料2.煤矿区煤层气抽采的技术要求一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点（1）超前预抽煤层气，有利于安全高效采煤（2）煤炭开采形成卸压扰动，提高抽采效果煤层气抽采与煤炭开采协调煤矿区煤层气开发与煤炭开采，二者相互促进，相互影响（1）煤矿生产区、准备区、规划区的三区联动（2）井上下抽采立体化煤层气地面抽采与井下抽采协调煤矿井上下瓦斯抽采，需时间上衔接，空间上协调3.煤矿区煤层气抽采方法分类一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点采后抽采采前抽采（预抽）采中抽采（边采边抽）煤矿瓦斯抽采方法分类地面抽采技术井下抽采技术地面抽采技术井下抽采技术地面抽采技术井下抽采技术采煤采气一体化井上下抽采立体化3.煤矿区煤层气抽采方法分类一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点地面抽采技术：（3）生产区：卸压抽采（1）煤矿规划区：井群（2）准备区：条带式3.煤矿区煤层气抽采方法分类一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点井下抽采技术：（1）煤层定向长钻孔（3）采动卸压瓦斯抽采技术（2）顶底板长钻孔、梳状孔一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点二、地面煤层气开发技术及工程实践三、井下瓦斯抽采技术及工程实践四、井上下瓦斯联合抽采技术五、启示汇报提纲煤矿区煤层气地面开发技术特点二、地面煤层气开发技术及工程实践不同于非常规天然气和煤层气商业性开发，煤矿区地面煤层气开发旨在服务煤矿安全生产开发部署取决于煤矿采掘规划抽采条件、地点无选择性开发技术要求高多年来，西安院形成了一套系统的适合于煤矿区煤层气地面开发的技术体系，先后在陕西焦坪、彬长矿区；山西晋城矿区；安徽淮北、淮南矿区；河南平顶山矿区；四川古蔺矿区；贵州官寨、对江南煤矿；黑龙江鸡西矿区等，进行了垂直井、丛式井、水平井等的工程试验，取得了突破性的产气效果！开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践

地质综合评价技术井位优化部署技术钻井技术储层改造技术排采技术煤层气地面抽采是一项系统工程，每个环节都十分重要，甚至不可逆转。开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践地震勘探确定煤层分布范围与空间形态，识别断裂地质综合研究评价沉积体系、预测煤层厚度、含气量，分析成藏模式，优选富集区带裂缝识别技术预测优势渗流通道煤岩学与测井评价认识煤岩成分、煤型及结构，评价煤储层物理、物性特征煤层反射特征地质综合评价技术开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践2.井位优化部署

地质分析+采掘规划+产能预测开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践

3.钻井技术

钻完井中储层保护工艺技术非煤系段，低固相钻井液含煤地层段，清水或无固相的化学浆，实现近平衡钻井变密度固井工艺技术不同种类的钻井技术垂直井丛式井水平井二、地面煤层气开发技术及工程实践开发技术

3.钻井技术

现场与室内测试技术开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践

4.完井技术

裸眼完井套管射孔完井套管—裸眼完井裸眼洞穴完井水平井衬管完井开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践

5.储层改造技术

滑套式封隔器分段压裂技术直井封隔器滑套分层压裂技术开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践

5.储层改造技术

泵送桥塞分段压裂技术开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践

5.储层改造技术

集射孔、压裂、隔离一体化新型增产措施，利用水力喷射工具产生高速流体穿透套管、岩石，形成孔眼，随后流体在孔眼底部产生高于破裂压力的压力，延伸水力裂缝。水力喷射分段射孔压裂管柱组合示意图套管油管万向节万向节偏心定位器喷射器球座水力喷射分段压裂技术开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践

5.储层改造技术开发了大排量（8-9m3/min）中高砂比（平均>10%）压裂工艺，携砂能力提高，压裂缝宽而长，导流能力大，增产效果提高对于厚度大、渗透率高煤层，滤失量大，易砂堵，提出了前置液加粉砂降滤失工艺压裂规模与压裂工艺技术开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践针对气井排采时吐砂吐煤粉问题，提出慢、控、稳的分阶段精细排采工艺技术，严格控制井底流压、套压、产气速度

6.排采技术

开发技术二、地面煤层气开发技术及工程实践为实时精确地测量和控制井筒的液面高度变化，开发了井底流压实时动态监测系统

6.排采技术

工程实践案例——碎软低渗煤层顶板分段压裂水平井技术二、地面煤层气开发技术及工程实践石炭-二叠纪煤层

主要煤层：8+9号煤10号煤层

煤级Rmax=0.88%

煤类：气煤8煤埋深：平均784m

典型构造煤，高瓦斯突

出煤层，煤层破碎淮北矿区芦岭煤矿二、地面煤层气开发技术及工程实践

提出了碎软煤层顶板岩层水平井分段压裂开发煤层气的技术设想，沿紧邻煤层顶板岩层施工水平井，下套管固井，向下射孔，分段压裂工程实践案例——碎软低渗煤层顶板分段压裂水平井技术二、地面煤层气开发技术及工程实践试验井位置综合考虑煤炭采掘规划、地质-储层条件、地形和交通试验区布置在矿井深部5年后开采的Ⅲ102采区构造条件相对简单、紧邻前期5口煤层气井组工程实践案例——碎软低渗煤层顶板分段压裂水平井技术二、地面煤层气开发技术及工程实践2015年4月16日开始产气，到2016年第一天，煤层气日产量突破10000方最高日产气量10760m3、连续92天日产气量稳定在10000m3以上；连续512天平均日产量高达7075m3、已累计产气量436万方创造了我国碎软低渗煤层地面煤层气井产气量的最高纪录，产气效果好，受到业界广泛关注。中国煤炭科学技术协会组织专家鉴定为:达到国际领先水平。工程实践案例——碎软低渗煤层顶板分段压裂水平井技术二、地面煤层气开发技术及工程实践工程实践案例——碎软低渗煤层顶板分段压裂水平井技术在1年零1个月的时间里，累计抽采煤层气436万方，

煤气含量下降3.45m³/t二、地面煤层气开发技术及工程实践3号煤层，厚度5.3m，埋深

762.7m-768.0m762.7m-765.2m碎裂煤；765.2m-768.0m碎粒煤煤级Rmax=2.27-3.21%工程实践案例——非固井套管完井水平井分段压裂技术晋城矿区赵庄煤矿石炭-二叠纪煤层二、地面煤层气开发技术及工程实践水平井精确地质导向钻井技术油管喷射+环空补给联合注入的大排量、大规模水力喷射压裂工艺精细化控压排采技术工程实践案例——非固井套管完井水平井分段压裂技术工程实践案例——非固井套管完井水平井分段压裂技术二、地面煤层气开发技术及工程实践2016年12月23日开始产气，到2017年3月28日，煤层气日产量超4000m3截至2017年5月16日，已累计产气量38.57万方；日产气量4683m3，目前动液面到3号煤层距离尚有52m，产气势头良好创造了同类地质条件下产气量的突破，具有广阔的推广前景工程实践案例——远端对接水平井技术二、地面煤层气开发技术及工程实践煤层埋深（m）311.9目标层厚度（m）6.48含气量（m3/t）18.58储层压力（MPa）1.58储层压力梯度（MPa/100m）0.407渗透率（md）9.2石炭-二叠纪煤层开发煤层：3煤煤类：无烟煤

原生结构煤、碎裂煤晋城矿区潘庄煤矿二、地面煤层气开发技术及工程实践

该井组日产气量超过20000m3/d

与其临近垂直压裂井相比，产气潜力非常大，抽采技术优势明显工程实践案例——远端对接水平井技术二、地面煤层气开发技术及工程实践工程实践案例——深部薄煤层垂直井/丛式井组技术白垩纪城子河组煤层

主要煤层：3号煤14号煤层14煤层埋深：830m

煤级：Rmax=1.15%

煤类：肥煤

碎裂煤鸡西矿区梨树煤矿二、地面煤层气开发技术及工程实践2013~2015年规划区采空区煤层厚度薄：3.13m

埋深大：833.23m渗透率较大：0.67mD

储层压力梯度基本正常：0.893MPa/100m气含量大：11.49m3/t.吸附能力中等：15.33m3/t临界解吸压力高：7.1MPa临储比：＞97%气质量好：CH4＞92%工程实践案例——深部薄煤层垂直井/丛式井组技术二、地面煤层气开发技术及工程实践2012年12月11日开抽，抽采12天开始产气、33天产气超千方截止2013年5月20日，日产气为1913.9m3，日最高产气量2006.9m3，稳产千方以上128天，已累计产气21.45万方工程实践案例——深部薄煤层垂直井/丛式井组技术二、地面煤层气开发技术及工程实践4口丛式井，单井最高日产气量达2470m3，稳产时间长工程实践案例——深部薄煤层垂直井/丛式井组技术二、地面煤层气开发技术及工程实践工程实践案例——贵州六盘水煤田某参数试验井开发试验工程目标煤层煤厚（m）见煤止煤深度（m）含气量（m3/t）5-2#2.66596.35-599.019.697#1.83635.87-637.7011.4713-2#1.93657.07-659.0015.47二、地面煤层气开发技术及工程实践工程实践案例——贵州六盘水煤田某参数试验井开发试验工程二、地面煤层气开发技术及工程实践地面钻井掏煤预抽瓦斯辅助消突技术针对瓦斯威胁比较严重的双突矿井，煤层瓦斯压力大、含量高。采用常规井下消突方法存在困难：井下石门或巷道揭煤时间长煤与瓦斯突出风险大深部煤层井下打钻可能诱发“孔突”等安全事故

从地面搬移煤体，释放煤层体积和应力；并通过地面抽采，可快速降低煤层瓦斯压力和含量，达到辅助消突目的！二、地面煤层气开发技术及工程实践地面钻井掏煤预抽瓦斯辅助消突技术二、地面煤层气开发技术及工程实践地面钻井掏煤预抽瓦斯辅助消突技术谢一矿是淮南集团的双突矿井。-960m水平运输石门，揭B11组煤层，总厚度约6m，强突出煤层，预测瓦斯压力6.5MPa，瓦斯含量13m3/t1期施工2口定向井、1口多分支水平井对接井；2期施工4口定向井累计掏煤：一期，302.02方；二期，800.3方日抽采气量：瓦斯浓度超过40-80%，日抽采瓦斯纯量最高2591方累计抽采纯量：一期，7.54万方；二期，12.21万方一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点二、地面煤层气开发技术及工程实践三、井下瓦斯抽采技术及工程实践四、井上下瓦斯联合抽采技术五、启示汇报提纲井下瓦斯抽采存在问题三、井下瓦斯抽采技术及工程实践地应力大煤体破碎瓦斯压力高渗透性低封孔困难打钻困难钻孔纯流量低钻孔深度浅钻孔漏气严重联孔漏气存在抽采效率低＋＋＋抽采浓度低西安院形成了井下长钻孔整体压裂的技术与装备，在碎软低透突出煤层中获得了成功！1.碎软低透突出煤层大直径顺层长钻孔钻探施工工艺技术三、井下瓦斯抽采技术及工程实践一开开孔

Φ98mmPDC钻头+Φ73mm普通钻杆串。

一级扩孔：Φ153mmPDC钻头

二级扩孔：Φ193mmPDC钻头二开定向钻进

Φ98mmPDC钻头+Φ73mm螺杆马达+Φ73mm通缆钻杆串。扩孔回转钻进

Φ98mm/Φ120mm扩孔钻头+Φ73mm普通钻杆串。钻机钻杆钻头测量系统ZDY6000LD（F）Φ73mmΦ98mm/Φ120mmYHD2-1000(A)2.碎软低透突出煤层长钻孔整体压裂工艺技术及装备三、井下瓦斯抽采技术及工程实践压裂泵型号：BYW65-400最高压力：70MPa最大流量：87.5m3/h档位:5个档视频自动监控系统远程操作系统水力压裂设备优选2.碎软低透突出煤层长钻孔整体压裂工艺技术及装备三、井下瓦斯抽采技术及工程实践钻孔快速封孔工艺技术及设备封隔器坐封压差滑套开启注水压裂煤层封隔器座封位置选择岩层较稳定、钻孔孔壁较为完整、平直。封隔器座封位置封隔器1在25～27m处套管内，封隔器2在145～147m粉砂岩层中。封隔器座封参数

座封时间：3分7秒座封压力：13.06MPa压差滑套打开参数打开时间：3分15秒打开压力：24.06MPa2.碎软低透突出煤层长钻孔整体压裂工艺技术及装备三、井下瓦斯抽采技术及工程实践工程案例水力压裂工程试验结果钻孔累计压水时间：50小时27分钟钻孔累计压水量：1510m³最大压水流量：56.45m3/h最大注水压力：26MPa2.碎软低透突出煤层长钻孔整体压裂工艺技术及装备三、井下瓦斯抽采技术及工程实践工程案例

2016年6月11日至10月24日，钻孔瓦斯抽采浓度53.38%～84.63%，平均70.05%。抽采纯甲烷1771～2668m3/d，平均2415m3/d；130天内钻孔累计抽采纯甲烷量31.39万m3。截至2016年12月28日，钻孔累计抽采纯甲烷量40万m3，日产气量1515m3/d，钻孔瓦斯浓度50%。一、煤矿区煤层气（瓦斯）抽采特点二、地面煤层气开发技术及工程实践三、井下瓦斯抽采技术及工程实践四、井上下瓦斯联合抽采技术五、启示汇报提纲1.井下水平孔对接地面直井压裂区地面抽采技术四、井上下联合抽采瓦斯技术

确定地面垂直压裂井抽采范围煤矿井下从巷道向压裂区顺煤层施工集束状定向水平孔

实现地面与井下立体化联合抽采，加快煤层气抽采速度，提高抽采效果1.