【煤层气技术】煤层气开采技术3共56页

煤层气开采与利用的技术与经济研究随着全球能源需求的不断增加，对于可再生能源和矿产资源的需求越来越迫切。

而煤层气作为一种重要的非常规天然气，被越来越多的人们所关注和认可。

煤层气的资源潜力巨大，具有广泛的应用前景，尤其是在中国这样的煤炭大国，煤层气的开采和利用已经成为推动能源转型和可持续发展的一个重要方向。

本文将介绍煤层气的开采和利用技术，并从经济角度分析煤层气开采和利用的现状和发展前景。

煤层气的开采技术煤层气开采是一个复杂的过程，其核心技术是煤层气抽采。

煤层气的抽采方式可以分为两种：自然排放和强制排放。

自然排放的煤层气是通过自然的渗透作用排放到地表上的，而强制排放是通过钻井并注水，使压力增大来强制排放煤层气。

目前，最主要的煤层气开采方式是采用注水压裂，就是在钻井后，向煤层注入高压水来破裂煤层，使煤层气能够顺着孔道排出。

注水压裂技术虽然是目前最主要的煤层气开采方式，但它也存在着一些缺点。

比如，它需要用大量的水来破裂煤层，这会增加对水资源的需求;同时，注水压裂技术无法开采低透煤层，使得低透煤层的煤层气难以开采。

因此，煤层气开采技术的发展方向将是从注水压裂技术向非注水压裂技术的转化，目的是减少水的用量，提高煤层气的采收率。

煤层气的利用技术煤层气的利用方式也非常广泛，主要可以分为发电、城市燃气、燃料等几个方面。

其中发电是煤层气利用的最主要途径之一。

采用燃气轮机发电的方式，煤层气可转化为电力。

而煤层气的使用最为广泛的领域是城市燃气。

与自然气相比，煤层气具有一定的优势，比如：价格低廉、开采周期短、稳定性好等。

同时，近年来，煤层气也逐渐被应用于燃气车、工业锅炉等领域。

总的来说，煤层气的利用方式非常多样化，尤其在清洁能源方面有着明显的优势，将有利于促进我国清洁能源的持续发展和可持续发展。

煤层气开采和利用的现状和发展前景煤层气开采和利用已经成为全球能源开采业和绿色能源领域发展的重要方向之一。

目前，美国和澳大利亚是煤层气开采和利用的最主要国家，而中国近年来也在积极推动煤层气的加快开采和利用。

煤层气简介1、定义煤层气，是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷),与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。

1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。

煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。

煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。

在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。

煤层气的开发利用具有一举多得的功效：洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。

2、煤层气与煤矿瓦斯的关系与差异在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯（Gassy），其气体组分除煤层气组分外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等空气组分以及一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）等采矿活动所产生的气体组分。

在煤层气概念引进初期，有些学者为便于业外人士了解煤层气，通常在煤层气一词后加注“俗称煤矿瓦斯”。

近年来，国内外有些学者为区分两者之间的概念差异，将通过煤矿井下抽放（Gas Drainage in-mine）、采动区（GOB）抽放或废弃矿井（Abandoned Mines）抽排等方式获得的煤层气称为Coal Mine ethane （缩写为CMM）。

2、存在形式吸附于煤内表面；以游离态存在于煤的天然孔隙中；少量溶解在煤的地层水中。

3、用途煤层气（煤矿瓦斯）作为一种非常规天然气，可作为瓦斯发电、居民生活和工业锅炉燃料。

采气工程1气井的完井和试气1.1气井的完井和井身结构1.1.1气井的完井方法1）裸眼完井：钻到气层顶部后停钻，下油层套管固井，再用小钻头钻开油气层，这样气层完全是裸露的。

2）衬管完井：这是改进了的裸眼完井，有裸眼完井的优点，又防止了岩石垮塌的缺点。

衬管用悬挂器挂在上层套管的底部，或直接座在井底。

3）射孔完井：钻完气层后下气层套管固井，然后用射孔枪在气层射孔，射孔弹穿过套管和水泥环射入气层，形成若干条人工通道，让气进入井筒。

长庆气田目前采用的是射孔完井方法。

4）尾管完井：钻完气层后下尾管固井。

尾管用悬挂器挂在上层套管的底部,射孔枪射开气层。

尾管完井具有射孔完井的优点，又节省了大量套管。

尾管顶部还装有回接接头，必要时，还可回接套管一直到井口。

尾管完井特别适用于探井，因为探井对气层有无工业价值情况不明，下套管有时会造成浪费。

1.1.2井身结构井身结构包括下入套管的层次，各层套管的尺寸及下入深度，各层套管外水泥浆返深、水泥环厚度以及每次固井对应的井眼尺寸。

井身结构通常用井身结构图表示，它是气井地下部分结构的示意图。

经论证，适合长庆气田开发的最小生产套管尺寸为φ139.7mm，套管程序为φ244.5mm+φ139.7mm。

考虑到下古气层H2S含量较高，套管腐蚀后的修复、气田开发后期侧钻和上、下古气层的分层开采，下古气层开发井采用φ273mm+φ177.8mm(7″)套管程序。

上古气层采用φ244.5mm+φ139.7mm井身结构。

1）长庆气井井身结构演变过程：（三个阶段）第一阶段：1986年以前，以找油为主，兼顾石盒子组底砂岩气层。

套管程序:Φ339.7mm表套（150～200m）+Φ177.8mm或Φ139.7mm套管。

井身结构见图2-1。

图2-1 第一阶段井身结构图2-2 第二阶段井身结构（1）第二阶段：1986年至1988年，油气并举阶段。

(1)区域探井及超探井：表层套管＋技术套管＋生产套管＋尾管。

煤层气开采技术煤层气简介1、定义煤层气，是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属十分规自然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷),与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的十分规自然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。

1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与自然气相当，可以与自然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。

煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。

煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。

在采煤之前假如先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。

煤层气的开发利用具有一举多得的功效：洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。

2、煤层气与煤矿瓦斯的关系与差异在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯（Gassy），其气体组分除煤层气组格外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等空气组分以及一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）等采矿活动所产生的气体组分。

在煤层气势念引进初期，有些学者为便于业外人士了解煤层气，通常在煤层气一词后加注“俗称煤矿瓦斯”。

近年来，国内外有些学者为区别两者之间的概念差异，将通过煤矿井下抽放（Gas Drainage in-mine）、采动区（GOB）抽放或废弃矿井（Abandoned Mines）抽排等方式获得的煤层气称为Coal Mine ethane （缩写为CMM）。

2、存在形式吸附于煤内表面；以游离态存在于煤的自然孔隙中；少量溶解在煤的地层水中。

3、用途煤层气（煤矿瓦斯）作为一种十分规自然气，可作为瓦斯发电、居民生活和工业锅炉燃料。

第十一章煤层气的勘探开发技术煤层气开发的成败，关键在于采取一整套与煤储层物性相适应的钻井、完井、压裂、排采等技术措施。

第一节钻采工艺技术开采煤层气常用的有三种布井方式，即针对煤层的垂直钻井、水平钻井和针对采空区的钻井。

垂直井是从地面打钻穿过煤层进行采气，是目前主要的钻井方式（图11-1）。

这种开采方式产气量大、资源回收率高、机动性强，可形成规模效益。

但它要求有利的地形条件、厚度较大、渗透性较好的煤层或煤层群。

水平井有两种：一种是从巷道打的水平抽放瓦斯井；另一种是从地面先打直井再造斜，沿煤层钻水平井（排泄井或称丛式井）（图11-2），在煤层内打若干水平分枝时，又称为分枝水平井或羽状水平井（图11-3）。

水平钻井的方向与面割理方向垂直，适于厚度大于1.5m的厚煤层，成本较高。

采空区钻井：从采空区上方由地面钻井到煤层上方或穿过煤层（图11-2）采空区。

采空区顶板因巷道支柱前移而坍塌，产生新的裂缝使瓦斯从井中涌出。

如果采空区顶部还有煤层并成为采空区的一部分，瓦斯涌出量更大。

产出气体中混有空气，热值降低。

由于产出气中含氧高，不宜管道输送，产量下降较快的井宜就地利用。

图11-1 煤层甲烷井类型图图11-2 排泄孔钻井工艺图一、钻井类型分类按煤层层数分类：根据一口井开采的煤层层数分为单煤层井和多煤层井。

单煤层井井筒只与一个煤层连通，多煤层井井筒与多个煤层连通。

根据埋深分类：浅层气井井深大于300m，一般200~300m以上属甲烷风化带，不利于煤层气保存；深层气井井深大于1500m，1500m以下煤层埋深大，成本高。

目前煤层气最深的井有2438m。

一般井深为300~1500m。

按井网的位置分类：有边缘井和内部井两种。

图11-3 我国第一口水平井实钻井眼轨迹三维图根据钻井类别分类：有资料井（取心井）、试验井（组）、生产井和检测井四种。

资料井主要通过钻区探井取准煤心作含气量等参数测试、试气，并用单项注入法求取煤层渗透率。