6第六章__地面采前抽采瓦斯方法.ppt

安全工程专业,,中国矿业大学安全工程学院煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,矿井瓦斯防治,程远平王亮,程远平王亮,第六章地面采前抽采瓦斯方法,一、地面采前抽采基本程序二、瓦斯资源评价三、地面钻井施工四、水力压裂储层强化技术五、瓦斯采排技术六、地面多分支水平井抽采瓦斯七、地面丛式井组抽采瓦斯,一、地面采前抽采基本程序,一、地面采前抽采基本程序,,抽采的基本程序,二、瓦斯资源评价,（一）瓦斯地质研究（二）瓦斯资源量计算（三）瓦斯资源开发前景评估,,二、瓦斯资源评价,,瓦斯地质研究,瓦斯地质研究的内容主要包括瓦斯赋存的地质背景和煤层特征煤层特征主要是指煤层瓦斯含量和煤种裂隙系统的发育情况；地质背景是指区域地质构造、煤系沉积特征、煤层赋存及几何形态、煤岩、煤质、煤级与水文地质条件等；可采用层序地层学、构造地质学、水文地质学等方法进行确定。,二、瓦斯资源评价,,瓦斯资源量计算,,瓦斯资源量计算是在煤层瓦斯地质研究的基础上，合理确定瓦斯资源量的计算范围和计算单元，划分地质块段，然后选择适当的计算方法，确定对应参数，对瓦斯资源量进行计算。,二、瓦斯资源评价,,瓦斯资源量计算,计算流程,二、瓦斯资源评价,,瓦斯资源量计算,区块划分,,瓦斯资源量计算应以某一煤层或煤层组为单位，将评价区域按照相应的标准划分为若干块段分别计算，必要时也可再将块段划分成更小的计算单元。,二、瓦斯资源评价,,瓦斯资源量计算,计算方法,,主要有容积法、压降曲线法、气藏数值模拟法等，其中容积法是最常用的方法,,二、瓦斯资源评价,,瓦斯资源开发前景评估,瓦斯资源开发前景评估是根据瓦斯赋存的地质条件和瓦斯资源状况，结合本区域能源供需状况、地区经济发展水平和瓦斯利用情况，并考虑已有的瓦斯资源开发活动，综合分析评价区域瓦斯资源的开发前景，并分析各种开发方式的适应性。,三、地面钻井施工,（一）钻井（二）取芯（三）测井（四）固井（五）完井,,三、地面钻井施工,,钻井,1）钻机钻机用于施工钻井井筒，大多采用移动式车载钻机。具有模块化程度高、钻台高度可调、自动化程度高、配套能量强、操作环境友好等优点。石家庄煤矿机械有限责任公司生产的SMJ5510TZJ15/800Y地面瓦斯抽采欠平衡车装钻机，该钻机使用直径114mm的钻杆，最大开孔直径711mm，钻井深度可达1500m。2）钻井液钻井施工的过程需要钻井液来清洗井底、润滑冷却钻头、平衡地层压力、稳定井壁、有效地保护煤层不受伤害。钻井液主要有优质钻井液、无粘土钻井液、清水及空气泡沫钻井液等。我国一般采用优质钻井液或无粘土钻井液进行平衡或近平衡钻井，但在钻至目的煤层时必须采用无粘土钻井液或清水钻进至终井。,,三、地面钻井施工,,钻井,3）钻机技术地面钻井的钻进方式一般有两种普通回转钻进和冲击回转钻进。,,三、地面钻井施工,,取芯,取芯方法主要有常规取芯、井壁取芯、绳索取芯和保压取芯等。绳索取芯技术是中国目前广泛采用的取芯技术。绳索取芯工具一般由取芯钻头、外管总成、内管总成、半合式岩心管、悬挂机构、弹卡定位机构、割卡心机构、单动机构、报警装置、差动机构、内外管扶正器、打捞器及绳索提升系统等组成。,,三、地面钻井施工,,取芯,绳索取芯工具结构,取芯过程中应保持“四低”，即低钻压、低转速、低排量、低泵压。,,三、地面钻井施工,,测井,测井常常作为井深函数的一种或多种物理特性的测量，然后从这些物理特性中推断出岩石特性，从而获得井下地质信息。,,三、地面钻井施工,,固井,套管固井是在钻进施工完成后，向井内下入一定尺寸的套管串，并在套管串外壁注入水泥浆等进行固井。目的是封隔易塌、易漏地层和不同压力体系的煤层、含水层，防止岩层间相互窜漏，形成煤层气排采的通道。总原则是要求能够保证隔离生产层，限制地层水涌入，封堵漏失层，并且尽可能降低水泥对煤层的伤害。可选用空心微珠低密度水泥浆固井技术、常规水泥控制返高固井、分级注水泥固井、绕煤层固井等四种固井方法，降低固井过程中对煤层的损害。,三、地面钻井施工,,完井,层间射孔喷射开槽,最深部煤层采用裸眼完井，其余煤层采用套管完井,,三、地面钻井施工,,完井,裸眼完井是最基本、最简单的煤层完井方法。根据洞穴的形成原理，可分为自然裸眼洞穴完井、动力学裸眼洞穴完井和水力切割裸眼洞穴完井三种方法。,裸眼完井,,三、地面钻井施工,,完井,根据地层进入方法不同，可将套管完井分为套管射孔完井和套管割缝完井两种。,套管完井,,三、地面钻井施工,,完井,套管-裸眼完井是指最深部煤层采用裸眼完井，其余煤层采用套管完井。对底部煤层裸眼采用套管泵入进行处理，放压后，对套管井段采用套管井所使用的方法进行完井。,裸眼套管完井,四、水力压裂储层强化技术,（一）压裂液的选择（二）支撑剂的选择（三）压裂施工工艺,,四、水力压裂储层强化技术,,压裂液的选择,压裂液分为前置液、携砂液及顶替液。前置液是最初入井的压裂液，其作用是压开地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备携砂液进入；携砂液将支撑剂（砂子）带入裂缝，并将支撑剂放在固定位置上的作用；顶替液是在注入携砂液后，用顶替液将井筒中的携砂液顶入裂缝中。压裂液应满足以下几点要求①具有合适的流变性能，具有较高的携砂能力；②对煤基质渗透率伤害较小；③在较低温度下破胶效果好，易于返排；④较低的流体滤失，低摩阻，与地层及地层流体有良好的配伍性。最常用的压裂液是清水中加入添加剂，添加剂的类型较多，如稠化剂、交联剂、粘土稳定剂、PH值调节剂、破胶剂、活化剂和杀菌剂等。,,四、水力压裂储层强化技术,,支撑剂的选择,支撑剂的作用是使压裂产生的裂缝能够维持在开启状态，在裂缝中形成一条高导流能力的通道，以利于煤层瓦斯的解吸、流出。支撑剂要满足以下要求①圆度、球度不低于0.7，在标准的粒径范围内所占比例大于80％；②初期选择小粒径支撑剂降滤，后期选择大粒径支撑剂尾追封口；③随煤层埋深的增加应考虑支撑剂的强度，要使闭合压力为30MPa时的破碎率低于20。目前的支撑剂一般使用石英砂，其性能良好，特别适用于低温煤层瓦斯生产井。,,四、水力压裂储层强化技术,,压裂施工工艺,压裂施工过程分为打前置液、加支撑剂、打替置液等阶段。1）打前置液是在压裂施工开始时，向煤层压入具有一定排量的不携砂压裂液（前置液）。2）加支撑剂是当煤层裂缝被压开并扩展到一定范围后，应根据预先设计的裂缝面积范围及加砂量向压裂液内加砂，以便通过压裂液把砂带入到煤层裂缝内起到支撑裂缝的作用。3）打替置液是按预计的加砂量加完砂后，继续向钻井压入10m3以上的不携砂压裂液，以避免砂子沉淀于管线内或钻孔底部。4）关闭井口阀门，等待排水、排瓦斯。,五、瓦斯排采技术,,五、瓦斯排采技术,,煤层气产出过程包括从煤基质孔隙的表面解吸、通过基质和微孔隙分散到裂隙中、以达西流方式通过裂隙流向井筒运移三个阶段。,,五、瓦斯排采技术,,目前，国内外煤层气排水开采的方法主要有有杆泵法、电潜泵法、螺杆泵法、气举法、水力喷射泵法、泡沫法、优选管柱法等。较适用于中国煤层气排采的举升方式依次是有杆泵和螺杆泵。煤层流体的运移可分为单相流阶段、非饱和单相流阶段及两相流阶段。,,五、瓦斯排采技术,,六、地面多分支水平井抽采瓦斯,（一）井身结构（二）施工工艺（三）抽采效果分析,,六、地面多分支水平井抽采瓦斯,,井深结构,多分支井水平井按水平段几何形态可分为集束分支水平井、径向分支水平井、反向分支水平井、叠状分支水平井和羽状分支水平井。,,六、地面多分支水平井抽采瓦斯,,施工工艺,多分支井一般选择在各项异性较强、煤层厚度较大且相对稳定的煤层施工。先钻直井，然后造洞穴。为使工程井和采气井连通，首先对直井进行多点测量或陀螺测量，确定裸眼洞穴点的坐标和井深位置；然后在裸眼洞穴以下井段打水泥塞，将裸眼洞穴下部井眼封住，再进行连通操作，这样就可以使钻头通过裸眼洞穴时就不会因重力而进入下部井眼。,,六、地面多分支水平井抽采瓦斯,,抽采效果分析,多分支水平井是集钻井、完井与增产技术于一体的煤层气开发技术，它能够最大限度地沟通煤层割理（微裂隙）和裂缝系统，增加井眼在煤层中的波及面积和泄气面积，降低煤层裂隙内气液两相流的流动阻力，大幅度提高单井产量。,七、地面丛式井组抽采瓦斯,,七、地面丛式井组抽采瓦斯,,丛式井是在一个井场上有计划地钻出两口及以上的定向井组，该技术是随着钻井技术和工艺的发展大规模应用于地面条件差，井场不便的地区。,,七、地面丛式井组抽采瓦斯,,2007年1月27日山西晋城潘庄煤层气区块内的水平井组完工，该井组由6口3套井组成，率先在国内以井组的方式有效地改进和集中了丛式井和多分支水平井技术特点。单井煤层进尺3000m～5000m，实现了单井平均日产超过5万m3的高产气流，部分单井日产能已经突破8万m3。,地面丛林井具有以下优点1）节约土地资源，大大减少钻前费用，保护环境；2）方便钻井和压裂，减少3万/井左右的搬家费；3）几口井可以统一进行压裂及排采维护，降低地面建设费用及日常管理成本。同时丛式井组也具有以下缺点1）增加了井眼轨迹控制难度；2）设备和技术要求高；3）现场工程监管难度增大；4）总体井组钻井周期长，一般要整个井组完钻后才可进行后期作业。,七、地面丛式井组抽采瓦斯,,,