1、安全工程專業(yè)(zhuny)中 國 礦 業(yè) 大 學安 全 工 程 學 院煤礦瓦斯治理國家工程研究(ynji)中心礦 井 瓦 斯 防 治程遠平 王亮程遠平 王亮共三十九頁第六章 地面采前抽采瓦斯(w s)方法一、地面采前抽采基本程序二、瓦斯資源評價三、地面鉆井施工四、水力壓裂儲層強化(qinghu)技術(shù)五、瓦斯采排技術(shù)六、地面多分支水平井抽采瓦斯七、 地面叢式井組抽采瓦斯共三十九頁一、地面(dmin)采前抽采基本程序共三十九頁一、地面采前抽采基本(jbn)程序 抽采的基本(jbn)程序共三十九頁二、 瓦斯資源(zyun)評價（一）瓦斯地質(zhì)研究（二）瓦斯資源量計算（三）瓦斯資源(zyun)開發(fā)前景評

2、估共三十九頁二、 瓦斯(w s)資源評價 瓦斯(w s)地質(zhì)研究瓦斯地質(zhì)研究的內(nèi)容主要包括瓦斯賦存的地質(zhì)背景和煤層特征：煤層特征主要是指煤層瓦斯含量和煤種裂隙系統(tǒng)的發(fā)育情況；地質(zhì)背景是指區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、煤系沉積特征、煤層賦存及幾何形態(tài)、煤巖、煤質(zhì)、煤級與水文地質(zhì)條件等；可采用層序地層學、構(gòu)造地質(zhì)學、水文地質(zhì)學等方法進行確定。 共三十九頁二、 瓦斯(w s)資源評價 瓦斯(w s)資源量計算瓦斯資源量計算是在煤層瓦斯地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，合理確定瓦斯資源量的計算范圍和計算單元，劃分地質(zhì)塊段，然后選擇適當?shù)挠嬎惴椒?，確定對應(yīng)參數(shù)，對瓦斯資源量進行計算。共三十九頁二、 瓦斯(w s)資源評價 瓦斯(w s

3、)資源量計算計算流程共三十九頁二、 瓦斯(w s)資源評價 瓦斯(w s)資源量計算區(qū)塊劃分瓦斯資源量計算應(yīng)以某一煤層或煤層組為單位，將評價區(qū)域按照相應(yīng)的標準劃分為若干塊段分別計算，必要時也可再將塊段劃分成更小的計算單元。共三十九頁二、 瓦斯(w s)資源評價 瓦斯(w s)資源量計算計算方法主要有容積法、壓降曲線法、氣藏數(shù)值模擬法等，其中容積法是最常用的方法 共三十九頁二、 瓦斯(w s)資源評價瓦斯資源開發(fā)前景(qinjng)評估瓦斯資源開發(fā)前景評估是根據(jù)瓦斯賦存的地質(zhì)條件和瓦斯資源狀況，結(jié)合本區(qū)域能源供需狀況、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平和瓦斯利用情況，并考慮已有的瓦斯資源開發(fā)活動，綜合分析評價區(qū)域

4、瓦斯資源的開發(fā)前景，并分析各種開發(fā)方式的適應(yīng)性。共三十九頁三、地面鉆井(zun jn)施工（一）鉆井(zun jn)（二）取芯（三）測井（四） 固井（五）完井共三十九頁三、地面(dmin)鉆井施工 鉆井(zun jn)1）鉆機 鉆機用于施工鉆井井筒，大多采用移動式車載鉆機。具有模塊化程度高、鉆臺高度可調(diào)、自動化程度高、配套能量強、操作環(huán)境友好等優(yōu)點。石家莊煤礦機械有限責任公司生產(chǎn)的SMJ5510TZJ15/800Y地面瓦斯抽采欠平衡車裝鉆機，該鉆機使用直徑114mm的鉆桿，最大開孔直徑711mm，鉆井深度可達1500m。2）鉆井液 鉆井施工的過程需要鉆井液來清洗井底、潤滑冷卻鉆頭、平衡地層壓力

5、、穩(wěn)定井壁、有效地保護煤層不受傷害。鉆井液主要有優(yōu)質(zhì)鉆井液、無粘土鉆井液、清水及空氣泡沫鉆井液等。我國一般采用優(yōu)質(zhì)鉆井液或無粘土鉆井液進行平衡或近平衡鉆井，但在鉆至目的煤層時必須采用無粘土鉆井液或清水鉆進至終井。共三十九頁三、地面鉆井(zun jn)施工 鉆井(zun jn)3）鉆機技術(shù)地面鉆井的鉆進方式一般有兩種：普通回轉(zhuǎn)鉆進和沖擊回轉(zhuǎn)鉆進。共三十九頁三、地面鉆井(zun jn)施工 取芯取芯方法主要有常規(guī)取芯、井壁取芯、繩索取芯和保壓取芯等。繩索取芯技術(shù)是中國目前廣泛采用的取芯技術(shù)。繩索取芯工具一般(ybn)由取芯鉆頭、外管總成、內(nèi)管總成、半合式巖心管、懸掛機構(gòu)、彈卡定位機構(gòu)、割卡心機構(gòu)、

6、單動機構(gòu)、報警裝置、差動機構(gòu)、內(nèi)外管扶正器、打撈器及繩索提升系統(tǒng)等組成。共三十九頁三、地面鉆井(zun jn)施工 取芯繩索(shn su)取芯工具結(jié)構(gòu)取芯過程中應(yīng)保持“四低”，即低鉆壓、低轉(zhuǎn)速、低排量、低泵壓。 共三十九頁三、地面鉆井(zun jn)施工 測井測井常常作為井深函數(shù)的一種或多種物理特性的測量，然后從這些物理特性中推斷出巖石特性，從而(cng r)獲得井下地質(zhì)信息。共三十九頁三、地面(dmin)鉆井施工 固井套管固井是在鉆進施工完成后，向井內(nèi)下入一定尺寸的套管串，并在套管串外壁注入水泥漿等進行固井。目的是封隔易塌、易漏地層和不同壓力體系的煤層、含水層，防止巖層間相互竄漏，形成煤層

7、氣排采的通道?？傇瓌t是要求能夠保證隔離生產(chǎn)層，限制地層水涌入，封堵漏失層，并且盡可能降低水泥對煤層的傷害。可選用空心(kng xn)微珠低密度水泥漿固井技術(shù)、常規(guī)水泥控制返高固井、分級注水泥固井、繞煤層固井等四種固井方法，降低固井過程中對煤層的損害。共三十九頁三、地面(dmin)鉆井施工 完井裸眼完井1裸眼礫石充填篩管自然造穴動力造穴水利切割2套管完井3裸眼套管完井層間射孔(sh kn)噴射開槽最深部煤層采用裸眼完井，其余煤層采用套管完井共三十九頁三、地面鉆井(zun jn)施工 完井裸眼完井是最基本、最簡單的煤層完井方法。根據(jù)洞穴的形成原理，可分為自然(zrn)裸眼洞穴完井、動力學裸眼洞穴完

8、井和水力切割裸眼洞穴完井三種方法。裸眼完井共三十九頁三、地面(dmin)鉆井施工 完井根據(jù)(gnj)地層進入方法不同，可將套管完井分為套管射孔完井和套管割縫完井兩種。套管完井共三十九頁三、地面(dmin)鉆井施工 完井套管(to un)-裸眼完井是指最深部煤層采用裸眼完井，其余煤層采用套管完井。對底部煤層裸眼采用套管泵入進行處理，放壓后，對套管井段采用套管井所使用的方法進行完井。裸眼套管完井共三十九頁四、水力(shul)壓裂儲層強化技術(shù)（一）壓裂液的選擇(xunz)（二） 支撐劑的選擇（三）壓裂施工工藝共三十九頁四、水力(shul)壓裂儲層強化技術(shù) 壓裂液的選擇(xunz)壓裂液分為前置液、攜

9、砂液及頂替液。前置液是最初入井的壓裂液，其作用是壓開地層并造成一定幾何尺寸的裂縫以備攜砂液進入；攜砂液將支撐劑（砂子）帶入裂縫，并將支撐劑放在固定位置上的作用；頂替液是在注入攜砂液后，用頂替液將井筒中的攜砂液頂入裂縫中。壓裂液應(yīng)滿足以下幾點要求：具有合適的流變性能，具有較高的攜砂能力；對煤基質(zhì)滲透率傷害較小；在較低溫度下破膠效果好，易于返排；較低的流體濾失，低摩阻，與地層及地層流體有良好的配伍性。最常用的壓裂液是清水中加入添加劑，添加劑的類型較多，如稠化劑、交聯(lián)劑、粘土穩(wěn)定劑、PH值調(diào)節(jié)劑、破膠劑、活化劑和殺菌劑等。共三十九頁四、水力(shul)壓裂儲層強化技術(shù) 支撐劑的選擇(xunz)支撐劑

10、的作用是使壓裂產(chǎn)生的裂縫能夠維持在開啟狀態(tài)，在裂縫中形成一條高導流能力的通道，以利于煤層瓦斯的解吸、流出。支撐劑要滿足以下要求：圓度、球度不低于0.7，在標準的粒徑范圍內(nèi)所占比例大于80；初期選擇小粒徑支撐劑降濾，后期選擇大粒徑支撐劑尾追封口；隨煤層埋深的增加應(yīng)考慮支撐劑的強度，要使閉合壓力為30MPa時的破碎率低于20%。目前的支撐劑一般使用石英砂，其性能良好，特別適用于低溫煤層瓦斯生產(chǎn)井。共三十九頁四、水力(shul)壓裂儲層強化技術(shù) 壓裂施工工藝壓裂施工過程分為打前置液、加支撐劑、打替置液等階段。1）打前置液是在壓裂施工開始時，向煤層壓入具有一定排量的不攜砂壓裂液（前置液）。2）加支撐劑

11、是當煤層裂縫被壓開并擴展到一定范圍后，應(yīng)根據(jù)預先設(shè)計的裂縫面積范圍及加砂量向壓裂液內(nèi)加砂，以便通過壓裂液把砂帶入到煤層裂縫內(nèi)起到支撐裂縫的作用。3）打替置液是按預計的加砂量加完砂后，繼續(xù)向鉆井壓入10m3以上的不攜砂壓裂液，以避免砂子沉淀于管線內(nèi)或鉆孔底部。4）關(guān)閉(gunb)井口閥門，等待排水、排瓦斯。共三十九頁五、瓦斯(w s)排采技術(shù)共三十九頁五、瓦斯(w s)排采技術(shù)煤層氣產(chǎn)出過程(guchng)包括：從煤基質(zhì)孔隙的表面解吸、通過基質(zhì)和微孔隙分散到裂隙中、以達西流方式通過裂隙流向井筒運移三個階段。共三十九頁五、瓦斯(w s)排采技術(shù)目前(mqin)，國內(nèi)外煤層氣排水開采的方法主要有有桿

12、泵法、電潛泵法、螺桿泵法、氣舉法、水力噴射泵法、泡沫法、優(yōu)選管柱法等。較適用于中國煤層氣排采的舉升方式依次是有桿泵和螺桿泵。煤層流體的運移可分為單相流階段、非飽和單相流階段及兩相流階段。共三十九頁五、瓦斯(w s)排采技術(shù)抽油機第四系沖擊層井壁水泥管套管油管泥巖砂巖泥巖泥巖泥巖砂巖砂巖砂巖沙袋壓裂縫隙壓裂縫隙壓裂縫隙深井泵壓裂縫隙8煤9煤10煤采油樹排水口壓裂井地表壓裂 水流方向水位線共三十九頁六、地面多分支(fnzh)水平井抽采瓦斯 （一） 井身結(jié)構(gòu)(jigu) （二） 施工工藝 （三）抽采效果分析共三十九頁六、地面(dmin)多分支水平井抽采瓦斯 井深結(jié)構(gòu)(jigu)多分支井水平井按水平段

13、幾何形態(tài)可分為：集束分支水平井、徑向分支水平井、反向分支水平井、疊狀分支水平井和羽狀分支水平井。共三十九頁六、地面(dmin)多分支水平井抽采瓦斯 施工工藝多分支井一般選擇在各項異性較強、煤層厚度較大且相對穩(wěn)定的煤層施工。先鉆直井，然后造洞穴。為使工程井和采氣井連通，首先(shuxin)對直井進行多點測量或陀螺測量，確定裸眼洞穴點的坐標和井深位置；然后在裸眼洞穴以下井段打水泥塞，將裸眼洞穴下部井眼封住，再進行連通操作，這樣就可以使鉆頭通過裸眼洞穴時就不會因重力而進入下部井眼。共三十九頁六、地面多分支(fnzh)水平井抽采瓦斯 抽采效果(xiogu)分析多分支水平井是集鉆井、完井與增產(chǎn)技術(shù)于一體

14、的煤層氣開發(fā)技術(shù)，它能夠最大限度地溝通煤層割理（微裂隙）和裂縫系統(tǒng)，增加井眼在煤層中的波及面積和泄氣面積，降低煤層裂隙內(nèi)氣液兩相流的流動阻力，大幅度提高單井產(chǎn)量。共三十九頁七、地面(dmin)叢式井組抽采瓦斯共三十九頁七、地面(dmin)叢式井組抽采瓦斯叢式井是在一個(y )井場上有計劃地鉆出兩口及以上的定向井組，該技術(shù)是隨著鉆井技術(shù)和工藝的發(fā)展大規(guī)模應(yīng)用于地面條件差，井場不便的地區(qū)。共三十九頁七、地面(dmin)叢式井組抽采瓦斯 2007 年 1 月 27 日山西晉城潘莊煤層氣區(qū)塊內(nèi)的水平井組完工，該井組由 6口 3 套井組成，率先在國內(nèi)以井組的方式有效地改進和集中了叢式井和多分支水平井技術(shù)

15、特點。單井煤層進尺 3000m5000m，實現(xiàn)了單井平均日產(chǎn)超過 5 萬m3的高產(chǎn)氣流(qli)，部分單井日產(chǎn)能已經(jīng)突破 8萬m3。 共三十九頁地面叢林井具有以下優(yōu)點：1）節(jié)約土地資源，大大減少鉆前費用，保護環(huán)境；2）方便鉆井和壓裂，減少3萬/井左右的搬家費；3）幾口井可以統(tǒng)一進行壓裂及排采維護，降低地面建設(shè)費用及日常管理成本。同時叢式井組也具有以下缺點：1）增加(zngji)了井眼軌跡控制難度；2）設(shè)備和技術(shù)要求高；3）現(xiàn)場工程監(jiān)管難度增大；4）總體井組鉆井周期長，一般要整個井組完鉆后才可進行后期作業(yè)。七、地面(dmin)叢式井組抽采瓦斯共三十九頁內(nèi)容摘要安全工程專業(yè)。鉆機用于施工鉆井井筒，大多采用移動式車載鉆機。地面鉆井的鉆進方式一般有兩種：普通回轉(zhuǎn)鉆進和沖擊回轉(zhuǎn)鉆進。繩索取芯技術(shù)是中國目前廣泛采用的取