过采空区煤层气井地面抽采关键技术

作     者：张江华 李国富 孟召平 张永成 刘亮亮 李德慧 徐云 ZHANG Jianghua;LI Guofu;MENG Zhaoping;ZHANG Yongcheng;LIU Liangliang;LI Dehui;XU Yun

作者机构：煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048012 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048006 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2020年第45卷第7期

页      面：2552-2561页

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：国家科技重大专项资助项目(2016ZX05067001-008) 山西省重点自然科学基金资助项目(201901D111005ZD) 山西省煤层气联合研究基金资助项目(2016012010) 

主　　题：地面抽采 煤层气井 过采空区 关键技术 煤与煤层气共采 

摘      要：为保证煤矿区煤层气资源超前预抽和连续性开发利用,抽采煤矿采空区下伏煤层的煤层气,已成为煤矿区煤与煤层气共采的重要课题之一。以山西晋城寺河矿井为例,分析了3号煤层采空区下伏岩层应力-应变分布规律、采空区下伏岩层裂隙演化规律和下伏煤层渗透率变化情况,根据采空区卸压效果和下伏煤层的煤层气解吸程度,揭示了过采空区煤层气井抽采机理。通过在采空区以上50 m位置对二开技术套管外安装裸眼封隔器和反扣装置,二开固井后,将反扣装置及以上套管进行回收,使三开固井实现全井段有效固井。从3号煤层采空区以上90 m至采空区底板20 m以下的二开钻进过程采用氮气钻进,研发了煤层气地面钻井过采空区成套系统,包括空压机组、制氮机和增压机组,对其机组参数进行了优化。基于以往寺河矿区煤层气井裂缝监测结果,优化压裂施工参数,适当缩小9号和15号煤层规模压裂。按照过采空区井抽采机理和产气特征划分了3种产气类型,分析了其产气规律。研究结果表明,9号煤层和15号煤层都位于采空区下伏底臌变形带内,3号煤层回采后,9号煤层和15号煤层渗透率分别提高了2.70倍和2.65倍,9号煤层渗透率提高到10×10^-15 m^2左右,卸压效果较好。通过安装裸眼封隔器和反扣装置优化井身结构,过采空区井实现了全井固井,保证了固井质量;二开采用氮气介质穿越采空区,可以保障过采空区钻井的安全高效施工。压裂裂缝监测结果显示,该井15号煤层裂缝总长为290 m,走向为NE150°;9号煤层裂缝总长370 m,走向为NE80°,压裂效果较好。60%的过采空区井一般在1个月内产气,29%的井2~5个月产气,11%的井7个月以上产气。3种过采空区井产气类型分别为:单峰型Ⅰ,即气产量缓慢增加-下降型(以吸附气为主);单峰型Ⅱ,即气产量快速增加-下降型(以游离气为主)和双峰型(游离气+吸附气),不同类型煤层气井产气规律存在明显的差异性;3种类型的过采空区井,一般保持井口套压在0.5 MPa以上,在进入稳定产气阶段后,大部分井套压控制稳定在0.2~0.4 MPa,以保证过采空区井的持续高产。