煤层气开发模式与开发技术探析

原晓珠　戴林　庞代静

[摘要]本文综述了我国煤层气的产业现状和煤储层的基本特质，在此基础上介绍了两种适用于我国的煤层气开发模式：煤矿区煤层气开发模式和原始煤储层开发模式。最后根据不同的开发模式对定向水平井技术、欠平衡钻井开发技术和碳封存与注气技术这三种常见的煤层气开发技术进行了阐述。

[关键词]煤层气 开发模式 开发技术 钻井

[中图分类号] P634 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-58-1

1我国煤层气产业现状和煤储层特质

作为煤炭工业大国，我国具有十分丰富的煤层气资源。根据相关数据统计，除去藏、粤、台地区，我国56个煤层气盆地的浅煤层气总资源量大约为30万亿立方米，其中可采量为14万亿立方米。我国煤层气总量十分丰富，但是地域分布不均匀，进行开采的可利用技术也差异巨大。同时我国煤层气存储地质条件具备十分明显的特质，如压力系数低、渗透率低和饱和度低等。此外，成煤之后的破坏使得煤储层的可塑性较低，高阶和低阶煤层气含量较高，中阶层呈现非均匀特性。根据我国煤层气存储层的特点，相关人员需要结合现有的较为成熟的开采技术，利用不同的开发模式来探究各个方案的优点和局限性，探索出更加适应我国煤层气存储层特点的开采方案，以提高煤层气的开采效率和质量。

2煤层气开发模式

随着科技水平的发展，我国煤层气的开发模式也在不断演变和完善，总体而言，煤层气开发模式主要分为煤矿区煤层气开发和原始煤储层煤层气的开发两大类。

2.1煤矿区煤层气开发模式

2.1.1井下瓦斯抽放

在煤矿井下巷道进行打孔，利用放置在地面的瓦斯泵抽取煤层中的煤层气是井下瓦斯抽放的主要特点。近年来我国井下瓦斯抽放量接近8亿立方米，利用率也大大提高，但是井下瓦斯仍存在被大量浪费的现象。常见的抽放方法是顶板穿层钻孔法、巷道封闭抽气法和顶板岩石巷道法等。

2.1.2煤矿区地面预抽

勘定挖煤区域之后，在开采工作开始的五到十年内在该区域钻井预先抽放煤层气，使得煤层气释放到一定程度之后便于开采煤炭。利用这种方式抽放出来的煤层气浓度高达97%，具备较高的工业利用价值，不用经过复杂加工便可直接用在发电和肥料生产等工业过程之中。穿层钻孔和顺层钻孔是常见的两种预抽煤层气的形式。

2.1.3采煤取气同时进行

采煤取气同时进行需要先进行煤层气开采，采取从上到下开采的方法。整个过程中煤炭和煤层气的开采不可分割，同时进行。采煤取气同步进行的操作分为三步：前期常规打井预抽煤层气；中期抽放邻近煤层释放的煤层气；后期抽放采空区的煤层气。在煤层气丰富的地区实施采煤取气同时作业能够进行大规模的煤层气开发，经过合理的规划布局可以形成独立的产业。

2.2 原始煤储层开发模式

2.2.1地面垂直开发模式

从技术角度而言，超高渗低煤阶直井开发、厚煤层单层直井开发和多煤层直井开发是地面垂直开发的三种基本类型。从开采活动对于煤层的影响而言，地面垂直开发模式可以分为常规开发和开采影响地面开发两种。常规开发适用于厚度较大的煤层，且对于煤储层的渗透性和周边的地形条件有一定的要求。该方法在我国实施时，考虑到我国煤层的低渗透性，常常需要配合压裂和造穴等辅助手段。影响地面开发则适用于主煤层之上附着多个煤层的情况，需要有条理地进行煤层气开采和煤炭开采的配合。

2.2.2多分支水平井开发模式

在主水平井两侧钻出分支井眼，以供泄气使用。距离主水平井井口200m处钻一直井，方便排水降压。该种开发模式综合了钻井、完井和增产手段，具备高效新型的特点，集合了双井对接、欠平衡和煤层造穴等先进的技术，对于低渗透的煤层气开发效果良好。

3煤层气开发技术

3.1定向水平井技术

该技术来源是石油钻井技术，后来逐步扩展到煤炭地质领域。该技术使用钻进导向装置，竖向沿着地下打井时进行拐弯，再横向朝着煤层方向打井。这种横向穿过煤层的做法大大提高了导流能力，使得采气面积大幅增加。该技术分为三步：地面到煤层阶段的垂直钻井；煤层方向的造斜钻井；煤层内水平钻井。

3.2欠平衡钻井开发技术

该技术又称为负压钻井，起源并成熟于上世纪90年代。其特点是钻井时地层压力大于井底压力，煤层气流体有控制地进入井筒，循环送达地面。欠平衡钻井分为气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井液钻井和泥浆帽钻井等等，比较适合于我国煤气层低渗、贫水和低压的特点，现阶段在我国使用较为成熟的欠平衡钻井技术是欠平衡多分支水平洞穴钻井和欠平衡裸眼洞穴完井技术。

3.3碳封存与注气技术

该技术发源于上世纪八十年代，主要特点是通过捕获并且安全存储碳来替代直接排放二氧化碳。利用碳封存技术将二氧化碳直接注入煤层，一方面可以增加煤层气储量，另一方面可降低大气中的二氧化碳浓度，降低温室效应。煤储层中的煤介质对于不同气体分子的吸附能力存在差异，其吸附二氧化碳的能力较强，二氧化碳被吸附之后与煤基质微孔中的甲烷发生竞争，将其置换出来，可增加煤层气的采出率。

4结语

作为煤层气资源大国，我国煤层气存储环境复杂，地质条件差异巨大，因此需要针对具体的开采环境和地质条件进行合理开采。在提高煤层气开采率的同时兼顾环境保护，不断提高我国的煤层气开采水平。

参考文献

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