关于煤层气资源开发利用相关问题的研究

关于煤层气资源开发利用相关问题的研究

煤层气是近年来在国际上迅速兴起的一种新型优质洁净的能源和化工原料，开发利用这种能源能改善我国能源结构，降低温室气体排放，减少煤矿瓦斯事故的发生，提高煤矿井下安全生产水平，具有广阔的发展前景。文中笔者针对煤层气储层特征以及煤层气的开发模式与技术进行一定的理论和实践探讨，仅作抛砖引玉，旨在有利于促进我国煤层气勘探开发的合理化发展。

标签：煤层气；瓦斯；储层特征；煤层气开发模式

煤层气，又被称为煤层瓦斯，我国气体能源家族的三大成员之一，主要是指形成于煤层又储集于煤层中，以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气。近20年中，煤层气在迅速崛起，是一种应用广泛的清洁、高效能源和化工原料，储存丰富，前景广阔，可以改善我国能源结构，增进环境保护，因此，在煤层气储层特征的基础上探讨其勘探开发意义重大。

1.煤层气及其储层特征

煤层气，作为煤的一种伴生矿产资源，在煤的演变和变质过程中逐渐形成并在煤层中得到产生、聚集和转移。一般情况下，我国煤层气的储层具有以下几个基本特征。

1.1煤层的孔隙特征

煤层是煤层气主要的生成与储集点，煤层由孔隙和裂隙两部分组成，孔隙是煤层气的主要储集场所，而裂隙则是煤层气运移的通道，孔隙与裂隙的结构共同决定了煤层气的解吸动力。

1.2煤层的渗透性特征

一般隋况下，煤储层的渗透性强度主要取决于煤层节理裂隙系统的相互贯通，我国煤层气的煤储层的渗透率是较低的。煤层的渗透率会同时受到外界压力与内部压力的双重影响，随外部压力或深度的增加而降低，同时也因内部压力的改变而改变。

1.3煤层的构造应力与压力特征

煤层的构造应力与压力对煤层的渗透率和含气量起着决定性的作用。区域的构造应力强度越大，煤层裂隙的闭合性强，储层压力也较高，导致煤储层的渗透性低，气体间的交换与迁移缓慢，较难进行；而构造应力强度较小的区域，煤层裂隙的闭合性弱，开启性强，其储层压力较低，煤储层的渗透性较好，气体间的交换和迁移较为通畅，流动迅速。

1.4含气饱和度低

中国聚煤区的煤层气资源量相对较低，饱和度也很低。

1.5煤岩表面带有电荷

等电点是表面电位为零时的pH值，煤岩表面相对常规砂岩和碳酸盐岩表面带有更多的电荷，煤岩的表面电位变化是由正到负的。依据此性质制造一种柔性材料，可以静电吸附到煤岩表面，用于封堵储层裂缝。

2.煤层气的开发模式

随着科技水平的发展，我国煤层气的开发模式也在不断演变和完善，总体而言，煤层气开发模式主要分为煤矿区煤层气开发和原始煤储层煤层气的开发两大类。

2.1煤矿区煤层气开发模式

2.1.1井下瓦斯抽放

在煤矿井下巷道进行打孔，利用放置在地面的瓦斯泵抽取煤层中的煤层气是井下瓦斯抽放的主要特点。近年来我国井下瓦斯抽放量接近8亿立方米，利用率也大大提高，但是井下瓦斯仍存在被大量浪费的现象。常见的抽放方法是顶板穿层钻孔法、巷道封闭抽气法和顶板岩石巷道法等。

2.1.2煤矿区地面预抽

勘定挖煤区域之后，在开采工作开始的五到十年内在该区域钻井预先抽放煤层气，使得煤层气释放到一定程度之后便于开采煤炭。利用这种方式抽放出来的煤层气浓度高达97%，具备较高的1：业利用价值，不用经过复杂加工便可直接用在发电和肥料生产等工业过程之中。穿层钻孔和顺层钻孔是常见的两种预抽煤层气的形式。

2.1.3采煤取气同时进行

采煤取气同时进行需要先进行煤层气开采，采取从上到下开采的方法。整个过程中煤炭和煤层气的开采不可分割，同时进行。采煤取气同步进行的操作分为三步：前期常规打井预抽煤层气；中期抽放邻近煤层释放的煤层气；后期抽放采空区的煤层气。在煤层气丰富的地区实施采煤取气同时作业能够进行大规模的煤层气开发，经过合理的规划布局可以形成独立的产业。

2.2原始煤储层开发模式

2.2.1地面垂直开发模式

从技术角度而言，超高渗低煤阶直井开发、厚煤层单层直井开发和多煤层直井开发是地面垂直开发的三种基本类型。从开采活动对于煤层的影响而言，地面垂直开发模式可以分为常规开发和开采影响地面开发两种。常规开发适用于厚度较大的煤层，且对于煤储层的渗透性和周边的地形条件有一定的要求。

2.2.2多分支水平井开发模式

在主水平井两侧钻出分支井眼，以供泄气使用。距离主水平井井口200m处钻一直井，方便排水降压。该种开发模式综合了钻井、完井和增产手段，具备高效新型的特点，集合了双井对接、欠平衡和煤层造穴等先进的技术，对于低渗透的煤层气开发效果良好。

3煤层气开发技术

3.1定向水平井技术

该技术来源是石油钻井技术，后来逐步扩展到煤炭地质领域。该技术使用钻进导向装置，竖向沿着地下打井时进行拐弯，再横向朝着煤层方向打井。这种横向穿过煤层的做法大大提高了导流能力，使得采气面积大幅增加。该技术分为三步：地面到煤层阶段的垂直钻井；煤层方向的造斜钻井；煤层内水平钻井。

3.2欠平衡鉆井开发技术

该技术又称为负压钻井，起源并成熟于上世纪90年代。其特点是钻井时地层压力大于井底压力，煤层气流体有控制地进入井筒，循环送达地面。欠平衡钻井分为气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井液钻井和泥浆帽钻井等等，比较适合于我国煤气层低渗、贫水和低压的特点，现阶段在我国使用较为成熟的欠平衡钻井技术是欠平衡多分支水平洞穴钻井和欠平衡裸眼洞穴完井技术。

结语：作为煤层气资源大国，我国煤层气存储环境复杂，地质条件差异巨大，因此需要针对具体的开采环境和地质条件进行合理开采。在提高煤层气开采率的同时兼顾环境保护，不断提高我国的煤层气开采水平。

参考文献：

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[2]李勇，汤达祯，许浩，孟尚志鄂尔多斯盆地东缘煤层气构造控气特征[J].煤炭科学技术，2015，（06）