煤矿采动稳定区煤层气资源量“间接扣减”评估方法及其应用

基于物质平衡理论,在构建采动稳定区各原始资源气量及损失气量估算模型的基础上提出煤层气资源量"间接扣减"评估方法。运用该方法对晋城成庄矿5310工作面采动稳定区瓦斯资源量进行了估算,现场抽采试验表明:整个工作面的预计核算抽采气量与测算结果基本一致,验证了评估方法的准确性;采动稳定区地面井在运行正常后即会达到产气高峰期,在稳定产气一段时间后进入衰减阶段,其抽采气量曲线整体呈现出"平-降"的特点。     

采动影响稳定区煤层气储层空间计算方法

通过分析采动稳定区覆岩移动相似模拟试验数据,发现采动稳定围岩区卸压范围包括过渡卸压区域和有效卸压区域两部分,其中有效卸压区域也就是采动稳定区煤层气的储层空间。在此基础上,分别对采空区顶底板裂隙带的高度及范围进行了分析,总结出采动稳定区围岩有效卸压范围的确定方法及计算公式,为采空区可抽采煤层气资源储量评估及其邻近煤层原始瓦斯参数有效测定范围的确定提供了依据。     

松藻矿区采动稳定区煤层气地面井抽采试验及应用效果

为验证采动稳定区煤层气资源评估、地面井优化设计和安全抽采等成套技术的适用性,在松藻矿区石壕煤矿进行了采动稳定区煤层气地面井抽采试验。在提出稳定区煤层气资源量评价选区基本原则的基础上,利用分源加法评估技术估算了试验点的可抽采煤层气量,进行了230 d的抽采试验,采出煤层气49.7万m~3,约占估算可采气量的30%,拟合的长期最大可采气量达94万m~3。试验表明:试验点采动稳定区内煤层气浓度约30%,分源加法评估结果的准确率受浓度等关键参数取值影响显著;影响采动稳定区地面井抽采效果的关键问题不是地面井筒的变形破坏,而是布井位置选择、钻井设备及工艺的选择、钻完井质量控制等因素,清水钻进工艺在钻越采动裂隙带时宜谨慎使用。     

煤矿采动稳定区煤层气资源评估方法及其应用

受多煤层赋存条件和煤矿井下回采工艺影响,采空区内的大量遗煤导致废弃矿井或老采空区内赋存丰富煤层气资源,对这一资源的准确评估、合理开发和高效利用是我国进行非常规油气资源开发的重大需求,如何准确评估废弃矿井或老采空区的可抽采煤层气资源量是进行高效开发的关键问题。因此,通过分析煤层气的来源、赋存空间和关键影响因素,建立了基于“间接减法”理念的采动稳定区(废弃矿井或老采空区)煤层气资源评估模型,提出了进行采动稳定区煤层气资源评估的方法。运用建立的评估模型和方法,在晋城矿区成庄矿5310工作面区域进行了采动稳定区煤层气资源的地面井抽采试验,单井连续抽采433 d,抽采煤层气资源243.27万m3,抽采量核算与评估结果基本一致,初步证明了评估方法的适用性。     

煤矿采动稳定区煤层气地面井抽采技术及应用

为明确煤矿采动稳定区地面井抽采技术内容,基于理论研究、类比分析与现场试验,深入分析了煤矿区地面井的类型及技术特点,指出采动稳定区煤层气地面井抽采技术更偏重于对煤层气资源的充分开发,该技术重点关注对产前煤层气资源量评估和破碎岩层钻完井工艺的研究与应用,其关键技术包括煤层气资源量评估、地面井结构优化设计、井位选择优化设计及钻完井工艺优化设计4个方面,应根据应用条件的不同具体分析,以保障煤层气开采效果。在山西晋城无烟煤矿业集团成庄煤矿的现场抽采试验表明:应用采动稳定区煤层气地面井抽采技术,地面井抽采气体积分数约40%,日均抽采纯量3 120 m~3,验证了采动稳定区地面井抽采技术的适用性。     

深部高瓦斯矿井大采高工作面立体抽采瓦斯技术

为了有效提高瓦斯抽采效率,以黄陵二号煤矿瓦斯(油层气)抽采为研究对象,采用现场调查、数值计算和现场监测等方法,综合分析深部高瓦斯矿井瓦斯(油层气)涌入路径,实施了综合立体抽采技术。工作面存有的4个砂岩储气层,均受采动影响,其分别处于上覆岩层的弯曲下沉带、垮落带和裂隙带之间,以及底部扰动范围,为采空区和工作面涌出瓦斯源。依据上覆岩层结构和采动影响程度,将抽采区分为采空区、采动区、未采煤层区,建立动态综合立体抽采技术。研究结果表明:工作面综合抽采技术实现了空间全覆盖的瓦斯抽采,各位置抽采量增加、瓦斯浓度降低。围岩及采空区瓦斯体积分数降低了40%、68%、41%。综合抽采技术提高了矿井的瓦斯抽采率,为矿井开采瓦斯治理提供了有力支撑。     

提升晋城煤田采动井产气量关键性地质工程因素的初步研究

目前晋城矿区采煤活动多处于高瓦斯区域,矿井回采工作面瓦斯在煤层气预抽井抽采近5a~12a后,吨煤瓦斯含量有了显著的下降,但由于抽采年限较短工作面的瓦斯含量还处于高位,因此急需一种特殊井型来快速抽采工作面的瓦斯,为此,国家科技重大专项实施了"山西晋城矿区采气采煤一体化煤层气开发示范工程"项目。在工作面采动区进行瓦斯抽放利用,抽采量和抽采浓度不断提高,但受到采煤扰动的影响,采动井井筒时常变形断裂,造成采动井井筒的堵塞无法产气,因此对采动井井筒稳定性控制和研究是提升采动井产气量的关键性地质工程因素,并提出相适应的解决方案。     

我国煤矿覆岩采动裂隙带卸压瓦斯抽采技术研究进展

采动裂隙带卸压瓦斯抽采是工作面瓦斯防治的主要方法,介绍了采动裂隙动态演化规律的研究现状,分析了卸压瓦斯抽采原理。根据瓦斯抽采直接通道的不同,总结提出采动裂隙带瓦斯抽采分类方法;基于工作面瓦斯绝对涌出量的大小,提出采动裂隙带瓦斯抽采技术的分级选择法。对各类采动裂隙带瓦斯抽采方法的优缺点、布置方式进行了分析论述,给出了具体的设计方法以及技术参数,并结合现场实例说明了各种抽采方法的效果。最后通过总结概括采动裂隙带瓦斯抽采技术的研究现状,指出采动裂隙带演化模型三维化、瓦斯高效抽采技术参数精准化以及瓦斯抽采技术装备智能化是覆岩采动裂隙带瓦斯抽采未来的研究重点及发展趋势。     

采动影响稳定区煤层气储层特征及描述内容

基于传统意义的煤层气储量评估和采动稳定区煤层气储量评估的定义,分析了二者之间的区别和联系,认为采动稳定区煤层气储量评估的研究重点是煤层采动卸压影响范围、煤层气有效来源以及煤层气储层特性等各项参数。从储层定义出发,讨论了采动稳定区煤层气储层描述内容,认为其主要包括几何形态及边界条件、物理化学组成、储层结构及裂隙、储气性、流体性质和储层孔渗特性等6个部分,并详细论述了各自的主要内容。     

煤矿采动稳定区煤层气开发区块经济评价技术

针对我国煤矿采动稳定区煤层气开发区块评价技术缺乏，难以有效指导经济开发应用这一问题，基于煤层气开发效果与综合效益，分析了采动稳定区煤层气开发区块评价关键参数，构建了考虑技术进步等动态影响因素的煤层气开发区块经济评价指标体系，采用层次分析方法获得了各单项指标的相对权重，并提出了开发区块最大隶属原则经济评价方法。应用试验表明，该经济评价方法可为煤矿采动稳定区煤层气开发决策提供可靠指导。     

关于煤层气资源量估算中可采边界的探讨

以往煤层气勘探资源量计算过程中,在有些低煤阶煤矿区存在含气量很高,但甲烷含量不足80%的情况,按原标准仍然处于风化带内,而这些区域则正在进行商业开发,但却不能估算煤层气资源量。本文通过对煤层气风化带的划定标准及各类区域煤层气含气特征的分析,以及从资源量计算的实际需要出发,提出仍然用煤层气含量和甲烷浓度两项指标确定低煤阶煤层气含气量下限边界,但不考虑风化带因素的解决方案。     

地应力地温场中煤层气富集区高精度定量预测的力学方法

针对当前我国煤层气富集区预测中预测位置不准、难以定量化描述、精度不高等不足，提出了地应力地温场中煤层气富集区定量预测的力学方法。建立了应力、温度影响下的煤层气压力预测方程、含气量预测方程，预测方程体现了地应力和地温对煤层气压力、含气量、孔隙率的影响，其中，应力和温度通过影响煤层气压力进而影响吸附量，通过影响煤层气压力和孔隙率进而影响游离量，温度还通过影响吸附常数b影响吸附量。以重庆沥鼻峡盐井矿区为研究区，进行了Kaiser声发射原岩应力测试实验、不同温度下的煤体甲烷等温吸附实验和不同埋深的孔隙率测定实验。实验表明，吸附常数a随温度变化不明显，b随温度升高线性减小。以实验为基础，结合现场实测数据和实际地质资料，定量化预测了矿区煤层气含气量分布。以煤层气含量为判别指标，按照富集程度不同，将研究区划分为两级富集区。预测方法克服了以往煤层气富集区预测定性描述、预测不准和精度不高的不足。     

观音山井田煤层气资源赋存条件与影响因素分析

观音山井田主煤层含气量较高,煤层气资源较为富集,为煤层气开发提供了较为优良的条件。研究表明:井田地质构造简单,主煤层分布稳定,煤级为贫煤,煤层顶底板以泥岩类为主,含煤地层地下水动力微弱,这些条件有利于煤层气的保存;煤层含气量随埋深的增大而规律性增高,表现为单斜控气的典型特征。     

叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验方法研究

为了研究滇东-黔西地区的多层叠置含气系统煤层气开采过程中储层参数和产量的时空动态演化特征,在多层叠置含气系统的特殊煤层气成藏模式和已有试验设备的基础上,对煤层气开采系统进行了改造和升级,煤层气开采系统由开采管、开采管路和气水分离器以及其他附件组成。建立一套集合材料选取、试件制备和煤层气开采的煤层气开采物理模拟试验方法,最后对试验系统和方法的优势、今后改进方向和适用条件进行了汇总。为了对开采物理模拟试验方法进行效果验证,以直井为例开展了叠置含气系统煤层气开采试验,研究了4个煤层在煤层气开采过程中的瓦斯压力、煤层温度、煤层变形、产量等参数动态演化规律。结果表明:瓦斯压力以井筒为中心近似呈现椭圆状,越靠近井筒区域瓦斯压力越小,反之越大,气体运移速度由近井段向远井段逐渐降低;煤层温度下降量在煤层内以井筒中轴线为起点呈圆弧状向边界递减,越靠近井筒区域温度下降量越大,反之越小;1—4号煤层在第360分钟的最终体积应变分别为0.000 67、0.001 09、0.001 17、0.001 54,初始瓦斯压力越大的煤层,其最终的变形量也越大,且初始瓦斯压力越小的煤层,体积应变增长速率变缓的时刻越早;瞬时产量曲线呈现在开采初期迅速达到峰值并急剧下降的单峰曲线类型。研究结果验证了叠置含气煤层气开采物理模拟试验方法的可靠性,能够为现场煤层气开采提供参考。     

地层压力与煤体结构耦合机理及其对含气性的影响

我国煤层气地质条件较为复杂，多遭受剧烈的后期改造，地质构造破坏严重，大部分煤层气资源埋深较深，使得勘探开发难度增大。煤层含气性作为计算煤层气资源量的关键参数，对含气性影响因素进一步分析至关重要。基于全国41个主要煤层气区块/矿区的地质资料，选取煤阶和地层压力这两个最为重深刻的因素进行分析，结果表明：1）型煤体结构产生韧性变形，地层压力释放，割理缝宽度减小，煤体重新压实，导致压力梯度高，含气量最高；型煤体结构产生脆性变形，地层压力释放，割理裂缝发育地层压力梯度低，含气量最小。2）地层压力与含气量基本是正相关关系，地层异常高压区对含气量有正向贡献，异常低压区不利于气体保存，正常压力区含气量高低不一。3）压力梯度与媒体结构可通过构造变形为纽带，产生耦合关系，影响储层含气性。     

山西采煤采气一体化开发模式探讨

由于煤层气资源与煤炭资源共伴生的赋存特点,以及煤炭、煤层气矿业权设立的时序差异,导致山西省煤炭与煤层气矿业权呈现重叠区块多、重叠面积大的特点。为实现山西省采气采煤的有序衔接,在兼顾煤炭、煤层气矿业权人合法权益的基础上,促进煤炭、煤层气资源合理开发利用,促进双方矿业权人合理解决资源利用与安全互保等问题,本文通过对"晋城模式""三交模式""中联-阳煤模式"等山西省现有采煤采气一体化开发模式进行分析对比,从合作模式、开采时序、保障措施等方面,为矿业权人提供新的采煤采气一体化参考建议。     

淮北矿区煤层气抽采利用技术探讨

淮北煤田位于能源缺乏的华东腹地,富集大量的煤层气资源。本文介绍了淮北矿区煤层气赋存情况、抽采方式和利用现状,针对淮北矿区的煤层地质条件,指出目前煤矿瓦斯抽采和利用的难点,提出在煤矿开采所造成的地层扰动下进行瓦斯抽采,进而叙述了“一井三用”的煤气共采的新途径。     

煤层气/页岩气开发地质条件及其对比分析

从煤层气、页岩气基本概念入手,系统分析了煤层气/页岩气开发地质条件,主要包括成藏地质条件、赋存环境条件和开发工程力学条件3个方面,进一步对煤层气/页岩气开发地质条件进行了对比分析,揭示了煤层气/页岩气开发地质条件的共性和差异性。煤层气/页岩气赋存于煤层/页岩中的一种自生自储式非常规天然气,其富集成藏主要取决于“生、储、保”基本地质条件是否存在、质量好坏以及相互之间的配合关系。在一定埋藏深度范围内煤层气/页岩气都发生过解吸-扩散-运移,并普遍存在“垂向分带”现象,有机质演化程度越高解吸带深度越小,风化带越深解吸带深度越大,解吸带内煤层气/页岩气富集在一定程度上服从于常规天然气的构造控气规律;原生带内煤层气/页岩气富集却可能更多地受控于煤储层/页岩层的吸附特性。不同赋存环境条件下所形成的煤/页岩储层差异性大,使煤/页岩储层中吸附气和游离气相互转化,导致煤层气/页岩气成藏类型、规模和质量等方面的差异性。影响煤层气开发的主要地质因素有：煤层厚度及其稳定性、含气量大小或煤层气资源丰度、构造及裂隙发育与渗透性和煤层气保存条件等方面;影响页岩气开发的主要地质因素包括页岩厚度、有机质含量、热成熟度、含气量、天然裂缝发育程度和脆性矿物含量等。     

Technological framework of coordinated coal mining and coalbed methane

According to the mining mechanisms of CBM combined with coal structure and the key technologies of coordinated mining coal and coalbed methane under different mining coal models, the theoretical foundation of coordinated mining of coal and coalbed methane was expounded, and the mining models of coordinated mining of coal and coal-bed methane were classified. This research can provide a reference to safety production of coal mines and development of CBM resources.