煤层气开采技术

1、煤 层 气 （ Coal Bed Methane ）煤层气开采技术第1页煤层气又称煤层瓦斯，煤层甲烷，它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩自储式天然气体，属于非常规天然气。煤层气定义煤层气要成份是甲烷(CH )、二氧化碳(CO )及微量氡及氦煤层气开采技术第2页煤层气开发意义 煤层气是热值高、无污染优质新能源。 煤层气空气浓度到达5%-16%时，遇明火 就会爆炸，是煤矿瓦斯爆炸事故根源, 开 发煤层气变“杀手”为资源。 煤层气直接排放到大气中，其温室效应为 二氧化碳21倍，对生态环境破坏性极强 开发煤层气，助宜“零”排放。煤层气开采技术第3页源岩和运移大部分煤层是

2、自生自储型，煤储层中含有自生或运移来热解气、生物气或混源气。当煤层是自生自储型时，则不存在运移。煤层气系统关键事件普通应包含剥蚀去顶和冷却事件。煤层气开采技术第4页气体储集和储层性质大部分煤层气吸附在煤有机质表面上，只有少许煤层气以游离态储存在裂缝和节理中，或者以溶解态存在于裂缝、节理及孔隙水中。煤储层能够是正常压力或异常压力。在普通压力下，埋深1200m煤层中吸 附气大于普通砂岩孔隙中所含有气体量。煤层气开采技术第5页盖层和圈闭对于煤层气系统，为维持地层压力和阻止气体解吸和散失，盖层是必要。因为气和水重力分离作用远小于微孔表面上吸附作用，而对于常规圈闭并非必要。世界上煤层气产量最高区带位于美

3、国圣胡安盆地深部Fruitland带。煤层气开采技术第6页裂缝、渗透率和原地应力流体在煤层中主要经过裂缝和节理流动。裂缝和节理普通为垂直于层面正交裂隙体系。它们主要形成于煤化过程中，也能够是结构和后煤化作用形成裂缝。因为上覆地层压力、渗透性随深度而降低，所以，美国煤层气多产自1200m以上深度。煤层气开采技术第7页储层局域化在全部盆地中，煤储层质量改变很大。产气区带面积仅占产气盆地10%左右。煤层气开采技术第8页煤层气开采方式 地面垂直井开采地面采动区钻井开采井下瓦斯抽放废弃井煤层气抽放煤层气开采技术第9页方式一、地面垂直井开采地面垂直井开采是在地面钻井，将井钻到还未开采煤层，经过排水降低井内

4、压力，使煤层气从煤层中解吸，并经过井筒流人地 面集输装置这种开采方式是在煤层开采前进行，产气量大，资源回收率高。但这种开采方式 要求煤层(或煤层组)厚度大、储集煤层气煤层原始地层压力和渗透率高。这种开采方式是在采煤前进行，所以也被称为采前抽放。煤层气开采技术第10页方式二、地面采动区钻井开采从地面向煤层钻井，但井钻在煤矿采动区，所钻井称为地面采动区井。钻井利用煤和井筒压差或用气泵抽吸采动区及附近岩石、煤层或采空区煤层气。这种开采方式特点是与采煤作业同期进行，其井位选择、开采时间、作业方法都受采煤作业严格制约，适合用于在开采主要煤层上方有多个煤层矿区，以确保有足够气源 。近年发展了水平定向分支井

5、(定向羽状水平井)，即一口直井下面有14个主水平井，在每个主水平井中还有若干个水平分支井，用以增加煤层和井筒接触面积，以期取得煤层气高产。 煤层气开采技术第11页方式三、井下煤层气抽放 在煤矿井下采掘巷道中钻孔，在地面用气 泵抽吸钻孔中煤层气。这种方式最初是 以煤矿生产安全为目标，同时兼顾煤层 气资源回收。用这种方式开采煤层气，对投资和技术要求不高，适用范围广不过此方式资源回收率低，矿井内抽吸煤层 气量不大，井下作业有一定技术难度，且受煤矿采掘进程影响，难以连续采气。煤层气开采技术第12页方式四、废弃井煤层气抽放 这种方式是在已经报废或停产煤矿井中抽放残留在地下煤层或围岩中煤层气。这种开采方式

6、不需要重新钻井，也不需要对储气煤层进行强化改造，而且是在煤矿井停产后作业，所以，不影响煤矿正常开采。煤层气开采技术第13页全球煤层气资源量全球埋深浅于米煤层气资源约为240万亿立方米。 独联体煤层气资源量约82万亿立方米。 加拿大煤层气资源量约78万亿立方米。我国煤层气资源量约35万亿立方米。美国煤层气资源量约25万亿立方米。 澳洲煤层气资源量约814万亿立方米。 煤层气开采技术第14页15煤层气勘探开发技术钻井技术。主要包含垂直钻井、水平钻井、多分支水平井等完井技术。主要包含套管完井、裸眼完井、洞穴完井等改造增产技术。主要包含清洁压裂技术、注入CO2技术、 氮气解堵技术等工程井洞穴井洞穴完井

7、技术水平分支井技术氮气解堵技术煤层气开采技术第15页煤层气开发美国是当前世界上煤层气商业化开发最成功国家，从1983年到1995年间，煤层气年产量从1.7亿立方米猛增至250亿立方米，年煤层气产量到达500亿立方米。主要是因为它有十分理想煤层气储层条件和完善天然气管道系统 。并有很多机构对煤层气开发进行深入研究和广泛开发，同时政府提供了强有力勉励政策。煤层气开采技术第16页两种成藏模式 模式一：圣胡安盆地 模式 美国煤层气产量 80由圣胡安盆地生产。 高煤阶、自生热裂解气模式，超压和水动力封闭结合形成了高产区。 模式二：粉末河盆地 模式 美国煤层气产量增加最快气带。 低煤阶、生物气模式，地下水

8、经过厚层、高渗透煤层运动，在低压系统形成生物气含气带。 煤层气开采技术第17页美国圣胡安盆地煤层气系统剖面图高煤阶、自生热裂解气模式，超压和水动力封闭结合形成了高产区。煤层气开采技术第18页美国粉末河盆地煤层气系统剖面图低煤阶、生物气模式，地下水经过厚层、高渗透煤层运动，在低压系统形成生物气含气带。煤层气开采技术第19页西加拿大煤层气开发觉实状况 加拿大煤层气开发主要集中在西加拿大沉积盆地，地理上主要位于阿尔伯塔省，少许位于不列颠哥伦比亚省。阿尔伯塔煤层气资源量巨大,平原地域约14.34万亿立方米，丘陵地域约为3.7万亿立方米。该区煤层气开发主要目标层从西向东、自上而下分别为：阿德莱煤层（Ar

9、dley Coal Zone）、马蹄谷组（Horseshoe Canyon Fm.）与曼恩维尔群（Mannville Gp.）。 煤层气开采技术第20页马蹄谷组煤层气 加拿大第一个实现规模化商业化生产项目。马蹄谷组煤层气高产走廊区位于卡尔加里和埃德蒙顿之间，东西宽100km，南北长300km，煤层气资源量约1.87万亿立米。其马蹄谷组煤为白垩系上统，呈紫色，煤层埋藏浅，200700m，最主要煤层组是 Drumheller，煤层平均厚度8m，局部厚度最大为18m。向深部煤级增高，含气量增高。 马蹄谷组煤层气生产特点有： （1）最大特点是“干煤”，不产水，部分含少许淡水，储层压力较低 （2）煤层厚

10、度不是煤层气产量单一控制原因，煤层在垂向上位置及邻近地层岩 性才是产量主控原因。 （3）采取常规压裂方法，无支撑剂，结果压裂液返排极少，几乎没有气体产出。之后 采取了大排量氮气（无支撑剂）压裂技术（连续油管压裂技术），收到很好效果。 （4）马蹄谷组煤层气井即使相距很近产量也可能差异很大，主要原因是储层压力、水文地质条件 与渗透率快速改变。 （5）借鉴在浅层气压裂中取得成功连续油管压裂（FTC）技术和经验，在多煤层中进行试验，并 取得成功。最大特点是：排量大，效率高，成本低，产量最大化。马蹄谷组单井产量在22604000m3/d之间 ，钻井和完井成本相对较低，项目含有很好经济效益。 煤层气开采技

11、术第21页曼恩维尔群煤层气曼恩维尔群为下白垩统地层，与下覆地层呈不整合接触，区域上分为上、中、下三段。曼恩维尔厚煤层位于Red Deer市一带，净煤厚度从612m不等。煤层气资源大，含气量高，资源丰度大，资源量约9.06万亿立米。煤层深度和厚度侧向上变化较大，渗透率比马蹄谷组煤层低。储层压力较高，可达10MPa。它煤层气生产特征和储层特征需要钻更多井深入研究落实。其埋藏深度从5002000m不等，煤层气目标层深度为8001200m 。投资人对阿尔伯塔煤层气资源兴趣持续增加。原因: （1）广阔西部平原，巨大而连续煤层，形成了经济规模煤层气资源。 （2）合理天然气价格、持续增加市场需求及政府部门有力保障。 （3）全球能源需求膨胀，非常规天然气供给成为必须能源需求。 （4）具有良好基础设施，紧邻完善集输系统和随处罚布压缩系统。 （5）使用先进钻井和完井技术，如连续油管钻井和压裂技术。煤层气开采技术第22页中国煤层气资源量及分布煤层气开采技术第23页当前，在我国山西、淮南、西北等地域含煤盆地中广泛开展了煤层气勘探，业已取得了显著成效。这些煤层气主要起源于高煤阶热裂解气。煤层气开采技术第24页国内第一口多分支煤层气水平井完钻，该井位于山西晋城大宁煤 矿，钻井目标是抽取煤层放瓦斯气。该井完成了1个主井眼和12个分支井眼钻进，主井眼水平段长