煤层气开发技术及产出规律特征

煤层气开发工艺及排采技术

一、产出理论（前言）

煤层气开采通过抽排煤层及上覆岩层中的地下水，从而降低煤储

层的压力，促使煤层中吸附的甲烷气体解吸释放出来。煤储层条件和

煤层气赋存环境条件是煤层气开发的基本地质条件，煤层气开发是在

充分认识这些基本地质条件基础上通过特定的工程（钻井、压裂、排

采等工艺）改变煤层气赋存环境条件（地应力、地下水压力、地温环境）使煤储层条件发生变化的过程，从而使煤层中吸附的甲烷气解吸

出来。煤层气的排采是一个“解吸-扩散-渗流”的连续过程，在实际

排采中可分为三个阶段，Ⅰ阶段为排水降压阶段，煤储层压力高于煤

层气解吸压力，该阶段主要是产水，并有少量的游离器和溶解气产出；Ⅱ阶段为稳定生产阶段，煤储层压力降至煤层气解吸压力之下，产气

量相对稳定，并逐渐达到产量高峰（一般在3年左右），产水量下降

到较低水平；Ⅲ阶段为产气量下降阶段，产少量水或不产水，该阶段

的开采时间最长。由于煤层气抽采目的、对象、条件和资源条件的不同，形成了不同的煤层气开发模式，总体上分为煤矿井下抽采和地面

钻井抽采两大类。

图表 1典型煤层气井的气、水产量变化示意图

时间 产

量

Ⅰ Ⅱ Ⅲ

产气量

产水量 临界解

压力

压力

二、煤层气的开发工艺

煤层气开发的目的主要是有效地开发和利用煤层气资源、最大

限度的改善煤矿安全生产条件（降低瓦斯）、更好的保护环境等几

个方面。按照煤层气开发服务目的不同，煤层气开发总体上分为煤

矿井下抽采和地面钻井开发两大类，而我们公司目前所实行的“采

煤采气一体化”的瓦斯治理模式是把上述两种开发方式的有效结合，它不仅有效的服务了煤矿的安全生产而且实现了煤矿瓦斯利用的最

大化。

（一）、煤矿井下抽采

目前煤矿井下抽采技术已由单一的本煤层抽采发展到本煤层抽采、邻近层抽采、采动区抽采等多对象抽采；抽采技术也由单一的

钻孔抽采发展到钻孔、巷道、地面井和混合抽采等。

按抽采对象的不同

煤矿井下抽采开采层抽采

邻近层抽采

围岩抽采

采空区抽采

采动区抽采

废弃矿井抽采

按照煤层气抽采与采煤的顺序

采空区抽采技术

采空区的瓦斯来源：

1、未能采出而被留在采空区的煤炭中存有一定数量的残存瓦斯；

2、顶板和周围煤（岩）中的瓦斯；

由于采空（动）的的影响，在煤层的顶板和底板的围岩内产生大量的裂隙，特别在采空（动）区上方形成冒落带，造成相邻的煤层和围岩压力释放，邻近煤层与围岩中的大量瓦斯通过裂隙涌入开采工作面。瓦斯涌入量的大小与邻近煤层的层数、间距、厚度、瓦斯含量及工作面的布置方式有关。

采空区抽采技术主要分为以下两种： 煤

矿

埋井下

抽

采

采前预抽 边掘边抽 边采边抽 采后抽采

1、采煤工作面采空区瓦斯抽采。主要在井下通过钻孔或抽放管

路对采空区的瓦斯进行抽采。

2、煤层气地面采空（动）区抽采。主要是在煤炭采空（动）影

响区，在地面打垂直井进入煤炭顶板进行抽采。煤层由于受采

空（动）的影响，煤岩裂隙增加透气性较好，煤层气井的单井

产量增加。随着工作面的逐步推进和远离，煤层气的产量会逐

渐降低，浓度也随之下降直到气井报废。

优势：

（1）、对于煤层气含量较高，煤层层数较多且层间距不大的

情况，煤炭采空（动）导致影响区范围内的邻近层对气井补给条件较好，而且随着深度的增加，煤层气的资源丰度在增大，因此地面采空（动）区抽采技术具有较好的推广应用。

（2）、采空（动）区地面抽采与井下抽采相比虽然投资较高，但是与普通地面煤层气抽采相比费用要低很多。首先采空（动）区抽采要求的完井位置位于目的层的上方，钻探费用较低；其次采空（动）区抽采不需要压裂等增产措施，降低了完井的费用。

劣势：

（1）、在采空（动）影响区进行煤层气抽采时（一般布置在煤柱中），由于煤层气资源量的局限和透气性的增加，与普通煤层气抽采井相比虽然单井产量较高，但是产量衰减较快服务年限较短。

（2）、虽然抽采初期浓度较高但随着抽采时间的延长，浓度会发生衰减给安全带来隐患，因此在抽采时要控制压力，定期检测气体浓度。

图表 2采空（动）井示意图

（二）、地面钻井抽采

1、煤层气地面开发（垂直井）

基本工艺流程：

钻井、油井、固井、射孔、压裂、排采、封井

（1）、钻井

垂直井井身结构通常设计为：采用Φ311.5mm钻头一开钻至

稳定基岩下10m停钻，下入Φ244.48mm表层套管固井，水泥

抬高到地面；然后用Φ215.9mm钻头钻进至设计完钻层位完井，下入Φ139.7mm生产套管固井，水泥返至最上目的层上200m。

（２）、压裂

目前采用的压裂方式有：水力压裂、液氮压裂、胶液压裂等，常用的为清水加砂压裂，所采用的支撑剂为天然石英砂，规

格有0.30/0.45mm(细砂)、0.45/0.90mm(中砂)、

0.90/1.20mm（粗砂）三种。

压裂工序及重点：

①通井。是检查井内套管是否变形或存在杂物的手段，采用

通井规（一般为Φ120mm）通至人工井底，通井过程中如遇有阻力要判明情况采取措施解决后方可继续施工。

②冼井。避免井筒内的杂物在压裂过程中进入煤层，堵塞压

裂通道影响压裂施工，用清水冼井至少循环2~3周，以返

出液中没有杂物为准。