科技成果

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成果名称: 低阶煤煤层气地面抽采关键技术与工程应用

成果登记号: 9612015Y0387

第一完成单位: 陕西省煤田地质有限公司

联 系 人: 杨文清

成果类型: 应用技术

技术领域: 新能源与高效节能

应用行业: 采矿业

成果简介:

   黄陇侏罗纪煤田中部的彬长矿区主要可采煤层埋深均小于1500m,煤质属于低阶煤,煤层相对含气量低,但煤层厚度大,结构稳定,分布集中,连续性好,渗透性较好,围岩封闭较好,具有一定的煤层气地面抽采条件,煤层气预测储量1.26×1010m3,其中,可采储量69.30×108m3。   陕西彬长新生能源有限公司自2009年开始,在彬长矿区进行煤层气地面开发试验工作,获得了商业性气流。陕西龙门天地油气技术有限公司于2009年也参与到彬长矿区进行煤层气地面开发试验工作,通过招投标方式承担了大佛寺煤矿日产30万方煤层气总体设计等项工作。随后,陕西省煤田地质有限公司委托陕西龙门天地油气技术有限公司在彬长矿区低阶煤煤层气开发实践中进行施工工艺与关键技术的研究工作,以便将这一成果在黄陇侏罗纪煤田进行推广应用。   在以往煤层气勘查工作的基础上,通过理论研究、比较研究、实施分析,选择水平井技术(包括远端对接井技术、近端对接井技术),对未能有效控制区辅以丛式井,并部署适量的直井,是彬长矿区适宜的布井方案,直井以300x350m井间距菱形布井,近端对接井以煤储层中3000m进尺较为经济,远端对接井以煤储层中800m左右进尺较为适宜,"V"型井夹角不小于30°可增加控制面积。为有利于快速钻井,钻具组合、钻井参数、绳索取芯、钻井液性能的配置等都要加强针对性、定量化,在水平井钻井中,对造洞穴、联通、欠平衡等关键环节做好预案,随时监控、及时应对、进行规范。通过对射孔完井、裸眼完井等工艺技术的比较,认为射孔完井有利于后期的煤储层改造,通过固井水泥浆返高不同的对比,结合煤储层应力条件,认为水泥浆返高程度为150m更适合本地区固井。通过对本区清水压裂实验,认为大液量(900-1200m3)、高砂量(60-80m3)、砂比合适(7%-15%)的活性水压裂参数,配合光套管注入、兰州石英砂,适合本矿区的增产改造。通过对排采影响因素的分析,认为连续、平稳的排采非常重要,1-2m降深的定压排采制度比定量排采制度更适合本矿区。通过产能模拟与排采实际的对比,校正了已有的彬长矿区储层参数,确定了水平段最优长度为3000-3300m。   设计的直井、丛式井、多分支水平井、远对接井、V型井等5种井型在本地区钻井都取得了成功,证明本地区适合各种煤层气钻井井型。水平井钻井中,煤层裸露时间不宜超过30天,否则会引起卡埋钻事故,造成井眼报废。微地震监测裂缝显示,压裂裂缝方位为20-36°,与地应力方向基本一致,缝半长95-110m。井温测井显示缝高17-20m,未与洛河组压穿。通过裂缝的检测可以调整井间距,使井间互相联通,到达整体降压的目的。从各井的模拟结果来看,多分支水平井和V型分支井的采收率可达40%左右,U型井和直井采收率在30%左右。   在详细研究彬长矿区煤层气地质的情况下,地面抽采从技术含量较高的多分支水平井起步,先进行参数+生产试验井、再进行探煤与采气工程结合井,然后在大佛寺煤矿进行规模性开发。彬长矿区累计完成煤层气井26组42口,正在实施27组28口。其中,2011年完成4组8口井的施工,累计完成钻井工程量10328m;2012年完成8组15口井的施工,累计完成钻井工程量21401m;2013年完成7组9口井的施工,累计完成钻井工程量10463m。   彬长矿区截至目前,累计最高产能达到45000m3/d。正在排采井有8口,其中1口井处于初排期,3口井处于增长期,4口井处于稳产期,累计总产气量已达到35800m3/d,瓦斯浓度在64-75%。现有排采井中,直井产量在2000m3/d左右,水平井产量在2000-16000m3/d。大佛寺煤矿排采井的产气量均达到工业性气流,特别是DFS-C02井最高产气量达到30000m3/d,DFS-05井产气量也超过10000m3/d,并还留有较大的产气潜能。通过定压排水采气作业,DFS-C02井最高产气量达到30000m3/d,这是我国西北地区侏罗纪煤田日产气最高的一组煤层气井,也是国内侏罗纪煤层高产气井之一,表明低阶煤煤层气具有良好的地面抽采潜力。   随着煤层气的地面抽采和开发利用,产生了一定的经济效益和社会效益。陕西彬长新生能源有限公司三年累计新增销售额6630.2万元,新增利润812.8万元。其中,2011年新增销售额1863.77万元,新增利润744.55万元;2012年新增销售额2247.56万元,新增利润801.19万元;2013年新增销售额2418.87万元,新增利润-729.13万元;。同时,也降低了煤矿开采中的瓦斯浓度,改善了矿井的安全生产条件。通过对煤层气的利用,减少了环境污染,降低了温室效应。   通过本项目的实施,发明了《多分支水平井用轻便型PVC筛管》、《多分支水平井平下筛管施工工艺》等4项专利,并发表了《大佛寺煤矿地下含水层对煤层气开采的分析影响》等5篇论文。