煤层气开采技术

盖层和圈闭
对于煤层气系统，为维持地层压力和阻止气体的解吸和散失，盖层 是必要的。由于气和水的重力分离作用远小于微孔表面上的吸附作 用，而对于常规的圈闭并非必要。世界上煤层气产量最高的区带位 于美国圣胡安盆地深部的Fruitland带。
裂缝、渗透率和原地应力
流体在煤层中主要通过裂缝和节理流动。裂缝和节理一般为垂直于 层面的正交的裂隙体系。它们主要形成于煤化过程中，也可以是构 造和后煤化作用形成的裂缝。由于上覆地层压力、渗透性随深度而 降低，因此，美国的煤层气多产自1200m以上深度。
储层局域化
在所有的盆地中，煤储层的质量变化很大。产气区带的面积仅占 产气盆地10%左右。
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
方式一、地面垂直井开采
地面垂直井开采是在地面钻井，将井钻到尚未开采的煤层，通 过排水降低井内压力，使煤层气从煤层中解吸，并通过井筒流 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、储集煤层气的煤层的原始地层压力和渗透率高。这种开 采方式是在采煤前进行，因此也被称为采前抽放。
煤
层
气
（ Coal Bed Methane ）
煤层气的定义
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的自储 式天然气体，属于非常规天然气。
煤层气的要成分是甲烷(CH )、二氧化碳(CO² )及微量的氡及氦
煤层气开发的意义
• • 煤层气是热值高、无污染的优质新能源。 煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火 就会爆炸，是煤矿瓦斯爆炸事故的根源, 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 二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强 开发煤层气，助宜“零”排放。
SAGD Facility
EAST
Oil Producer
Steam Injector Steam Chamber
Slots Oil Sand Formation Steam Flow
方式四、废弃井煤层气抽放
这种方式是在已经报废或停产的煤矿井中 抽放残留在地下煤层或围岩中的煤层气。 这种开采方式不需要重新钻井，也不需要 对储气的煤层进行强化改造，而且是在煤 矿井停产后作业，因此，不影响煤矿的正 常开采。
Байду номын сангаас球煤层气资源量
• 全球埋深浅于2000米的煤层气资源约为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。 • 我国的煤层气资源量约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8~14万亿立方米。
煤层气勘探开发技术
两种成藏模式
• 模式一：圣胡安盆地 模式
美国煤层气产量的 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 的结合形成了高产区。
• 模式二：粉末河盆地 模式
美国煤层气产量增长最快的气带。 低煤阶、生物气模式，地下水通过厚层、高渗透 的煤层运动，在低压系统形成生物气含气带。
美国圣胡安盆地煤层气系统剖面图
•钻井技术。主要包括垂直钻井、水平钻井、多分支水平井等
•完井技术。主要包括套管完井、裸眼完井、洞穴完井等 •改造增产技术。主要包括清洁压裂技术、注入CO2技术、 氮气解堵技术等
工程井 洞穴井
水平分支井技术
洞穴完井技术
氮气解堵技术
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煤层气的开发
• 美国是目前世界上煤层气商业化开发最成 功的国家，从1983年到1995年的12年间， 煤层气年产量从1.7亿立方米猛增至250亿 立方米，2005年煤层气产量达到500亿立方 米。 • 主要是由于它有十分理想的煤层气储层条 件和完善的天然气管道系统 。并有很多机 构对煤层气开发进行深入的研究和广泛开 发，同时政府提供了强有力的鼓励政策。
高煤阶、自生热裂解气模式，超压和水动力封闭的结合形成了高产区。
美国粉末河盆地煤层气系统剖面图
低煤阶、生物气模式，地下水通过厚层、高渗透的煤层运动，在低压系统形成生物气含气带。
西加拿大煤层气开发现状
• 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，少量位于不列颠哥 伦比亚省。 • 阿尔伯塔的煤层气资源量巨大,平原地区约14.34 万亿立方米，丘陵地区约为3.7万亿立方米。 • 该区煤层气开发的主要目的层从西向东、自上而 下分别为：阿德莱煤层（Ardley Coal Zone）、 马蹄谷组（Horseshoe Canyon Fm.）与曼恩维 尔群（Mannville Gp.）。
•
源岩和运移
大部分煤层是自生自储型，煤储层中含有自生或运移 来的热解气、生物气或混源气。当煤层是自生自储型 时，则不存在运移。煤层气系统的关键事件一般应包 括剥蚀去顶和冷却事件。
气体的储集和储层性质
大部分煤层气吸附在煤的有机质表面上，只有少量的煤 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。煤储层可以是正常压力或异 常压力。在一般的压力下，埋深<1200m的煤层中的吸 附气大于一般砂岩孔隙中所含有的气体量。
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 泵抽吸钻孔中的 煤层气。这种方式最初是 以煤矿的生产安全为目的，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，适用范围广但是此方式的资源回收率低，矿 井内抽吸的煤层 气量不大，井下作业有一定技术难度，且 受煤矿采掘的进程影响，难以连续采气。
方式二、地面采动区钻井开采
从地面向煤层钻井，但井钻在煤矿的采动区，所钻的井称为地面采动区井。 钻井利用煤和井筒的压差或用气泵抽吸采动区及附近岩石、煤层或采空区 的煤层气。这种开采方式的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的严格制约，适用于在开采的主要煤层上方有 多个煤层的矿区，以保证有足够的气源 。近年发展了水平定向分支井(定向羽 状水平井)，即一口直井下面有1～4个主水平井，在每个主水平井中还有若干 个水平的分支井，用以增加煤层和井筒的接触面积，以期获得煤层气的高产。