“煤层气抽采技术”知识体系及课程教学探讨

黄华州，周效志，刘世奇，姜立君

1.中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室， 江苏 徐州 221008；2.中国矿业大学 安全学院，江苏 徐州 221008

课程建设

“煤层气抽采技术”知识体系及课程教学探讨

黄华州1，周效志1，刘世奇2，姜立君1

1.中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室， 江苏 徐州 221008；2.中国矿业大学 安全学院，江苏 徐州 221008

资源勘查工程专业煤及煤层气方向“煤层气抽采技术”课程涉及专业知识面广、知识点多，工程性强，学生掌握难度大。针对这一教学问题，从系统阅读构建知识体系，循序渐进建立知识框架，建立重点突出的课时分配，强化工程现场实习及实践能力培养等多个角度帮助学生获取、巩固、理解及应用“煤层气抽采技术”课程知识，增强教学效果。

煤层气；抽采技术；知识体系

煤层气是一种非常规洁净能源，高效利用煤层气在解决煤矿瓦斯灾害、减轻我国能源短缺问题、提高常规能源中洁净能源比例、优化能源结构，降低二氧化碳排放、发展低碳经济等方面均具有重要作用。煤层气近年来的商业开发进展并不顺利，以原位煤层气抽采技术为例，2011～2013年新增煤层气钻井数量分别为3145口、3976口、2000口。2010～2013年国内煤层气地面年产量分别为15亿m3、23亿m3、25.7亿m3、29.3亿m3，地面煤层气产量增量有放缓的趋势。当前建成的商业化煤层气产地还是仅局限于煤层气富集、开发条件相对优越的沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘等区域［1］。煤层气商业化工程开发速度滞缓的关键原因是国外煤层气抽采技术在国内特殊的煤层气地质背景下不具复制性，国内与煤层气地质条件相适应的配套工艺、集输设施尚未完善，多项技术及煤层气配输设施尚处于进一步的研发探索及建设过程中。无论是技术的研发还是工程建设，都离不开熟谙煤层气开发技术的专业人才，人才的培育是技术发展的关键。经教育部批准，中国矿业大学早在2008年起就开始了煤及煤层气工程本科专业试点招生，旨在培养生产现场所需的煤层气方向的专业技术人才［2］。中国矿业大学本科煤及煤层气工程专业2014年起归至资源勘查工程专业下的煤及煤层气工程方向。

“煤层气抽采技术”课程是煤及煤层气工程的重要专业课程，于2011年开课。其课程目的是使学生掌握煤层气抽采的基本技术分类，理解并掌握煤层气抽采的基本概念和理论及其应用方法，领会煤层气抽采技术内涵，掌握各类煤层气抽采技术工艺流程、工艺参数。课程涵盖5个具体内容：煤层气抽采的意义及国内外发展现状，煤层气赋存及产出机理，煤层气抽采技术工艺流程、技术原理、工艺参数设计，煤层气抽采设备应用，煤层气抽采应该注意的技术、安全、经济问题。国内煤层气开发工程实践尚处于商业化的探索阶段，部分技术尚未发展成熟，各项技术的理论正处于发展过程中，因此该课程在教学过程中存在一些问题。

一是煤层气抽采技术实际涵盖原位煤层气抽采技术、卸压煤层气抽采技术、井下瓦斯抽采技术三个领域。一本教科书的模式难以匹配教学内容，教学过程中学生建立系统的知识框架难度大，需要系统引导学生通读专业书籍。

二是课程涉及专业知识面广，知识点过于零散，不利于学生全面掌握，授课内容及讲义重点需要重点突出。

基于以上问题，本文从构建基础知识体系、知识框架、教学重点多个方面进行了教学探索。

一、系统阅读构建基础知识体系

虽然“煤层气抽采技术”课程要求先修“构造地质学”、“煤层气地质学”等基础课程，其仅对原位煤层气抽采技术知识的掌握较为有利。“煤层气抽采技术”课程实际涵盖原位煤层气抽采技术、卸压煤层气抽采技术、井下瓦斯抽采技术。国内外尚无与“煤层气抽采技术”课程内容完全匹配的教材。但煤层气专业书籍众多，可以弥补教材缺失之憾。阅读是学习的基础能力，阅读过程是对固有知识消化吸收过程，可帮助建立系统的专业基础知识框架，有利于工程问题的思考、分辨及探索。课程相关的专业知识的系统阅读对于课程知识的融会贯通尤为重要。

学习国内不同区域煤层气成藏、煤层气成因、储层物性、煤储层的含气性及开发特征、资源富集及其控制因素等基础地质理论，可通过阅读秦勇等《煤层气成藏动力条件及其控藏效应》、倪小明等《煤层气开发地质学》、孟召平等《煤层气开发地质学理论与方法》、汤达祯等《煤储层物性控制机理及有利储层预测方法》、冯文光等《煤层气藏工程》、苏现波等《煤层气地质学》、傅雪海等《煤层气地质学》、贺天才等《煤层气勘探与开发利用技术》、宋岩等《中国煤层气地质与开发基础理论》［3-11］9本书的相关章节。

贺天才等《煤层气勘探与开发利用技术》和宋岩等《中国煤层气地质与开发基础理论》［10-11］仅有较少的章节涉及了煤层气的钻井、压裂及排采相关的环节。但崔凯华等《煤层气开发》、倪小明等《煤层气开发地质学》、苏俊《煤层气勘探开发技术与方法》、万玉金等《煤层气经济增产机理研究》、赵庆波等《煤层气勘探开发地质理论与实践》、伊向艺等《煤层气压裂技术及应用》、蓝富华等《煤层气开发技术知识与操作》［10-17］等著作则较多地诠释了原位煤层气开发工艺。国外R E Rogers编著的《Coalbed Methane： Principles and Practices》［18］用9个章节分别论述了储层的地质影响因素、煤层气吸附—解吸机理、储层分析、储层评价及测井、钻井完井工艺、煤层水力压裂工艺、煤层气经济开采等，对于本课程的原位煤层气开发工程技术部分的教学具有较强的参考价值。

卸压煤层气开发工程理论及技术则可参考袁亮《松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术》、李国君博士论文《铁法矿区高瓦斯低透气性煤层群煤层气产业化研究与工程实践》、涂敏博士论文《煤层气卸压开采的采动岩体力学分析与应用研究）、孙海涛博士论文《采动影响下地面钻井的变形破坏机理研究》、黄华州博士论文《远距离被保护层卸压煤层气地面井开发地质理论及其应用研究》和刘应科博士论文《远距离下保护层开采卸压特性及钻井抽采消突研究》［19-24］。

井下瓦斯抽采技术研究参考书籍较多，林柏泉等《矿井瓦斯抽放理论与技术》［25］、袁亮《松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术》、李国君博士论文《铁法矿区高瓦斯低透气性煤层群煤层气产业化研究与工程实践》等均可为课程教学内容提供较好的参考。

二、循序渐进构建知识框架

本课程目的是让学生在掌握煤层气抽采技术的基础上，针对地质及储层特征，可以进行具体的分析与解剖。在教学过程中，需从认知规律入手，着眼煤层气技术工程现场需求，建立各工程技术应用所必需的共用基础理论平台，阐述各类煤层气抽采技术应用过程中各工程环节的工艺设备、工艺流程、工艺参数，论述各工程参数的设计机理，进一步增强教学内容的逻辑性、系统性、规范性和科学性。时空特征及储层适用条件将煤层气抽采技术划分为原位煤层气抽采技术、卸压煤层气抽采技术及井下瓦斯抽采技术，课程涵盖的5个方面内容可据此细化并扩充为6个方面的具体教学内容：煤层气抽采技术的国内外发展现状，煤层气成藏、运移、产出规律，原位煤层气抽采技术，煤矿区卸压煤层气地面井抽采技术，煤矿区井下瓦斯抽采工艺，一体化抽采技术。而后再根据各知识点的系统性及逻辑性，将6个具体的课程内容进一步细化为21个知识点（表1）。

首先让教学对象对煤层气抽采技术及分类有基础的认知。煤层气抽采技术实际涵盖三个方面，因此，现状介绍中，应分别介绍原位煤层气抽采技术、煤矿区卸压煤层气地面井抽采技术、煤矿区井下瓦斯抽采技术等三项技术的发展现状及三者的关系。

表1 课程教学重点及课时分配

煤层气抽采工程及工艺需遵从煤层气产出的客观规律，三项技术共有的理论基础则包括煤层气的生成、成藏、赋存运移、产出规律。由于学生已有了“煤层气地质学”学习基础，煤层气的成藏及运移规律应视作次重点，知识框架搭建重点是煤层气抽采技术分类及其适应储层特征分析，原位煤层气储层特征及其运移产出机理，卸压煤层气产出机理分析，井下煤层气抽采产出机理分析。

原位煤层气抽采技术可细化为原位煤层气开发地质选区，原位煤层气开发井型选择及井网布置，原位煤层气钻井完井工艺，原位煤层气录井、测井、试井技术，煤层气开发储层水力压裂机理及压裂工艺，煤层气排采基础理论及排采控制工艺，煤层气集输等7个知识点。

煤矿区卸压煤层气地面井抽采技术可细化为卸压煤层气井位井身设计技术，卸压煤层气井孔稳定性理论，卸压煤层气技术钻井完井工艺，卸压煤层气抽采及输送技术等4个知识点。

煤矿区井下瓦斯抽采工艺可细化为煤矿瓦斯基础参数测试，瓦斯抽采性评价，典型井下瓦斯抽采技术的适用条件及抽采效率分析，典型井下瓦斯抽采技术设计及施工等4个知识点。

煤矿区一体化抽采技术则是时空规划及煤层气储层特征均满足的条件下三项技术的有机融合。

三、建立重点突出的课时分配

教学重点是映射教学立意、达成教学目标的最重要载体［26］。基于知识框架，结合教学实践和学生反馈，梳理出了8个教学重点（表1）。

其中煤储层特征适应的抽采技术分析和原位、卸压、井下煤层气产出异同2个知识点属于本课的基础理论，在本课程知识体系中具有重要地位和作用，对后续技术分类及其应用起理论支撑作用，因此课时分配7个学时。原位煤层气的开发地质选区的目的是选出煤层气富集高渗区，其是煤层气开发技术的基础理论，对原位煤层气技术的开发效果产生直接影响，分配3个学时。煤层气开发储层水力压裂机理及压裂工艺、煤层气排采基础理论及排采控制工艺、卸压煤层气地面钻井井位井身设计、典型井下瓦斯抽采技术的适用条件及抽采效率分析、典型井下瓦斯抽采技术设计及施工5个知识点是工程现场急需的工程技术，也是毕业生到了相关专业岗位后需直接应用的专业知识点，因此煤层气开发储层水力压裂机理及压裂工艺分配6个学时，煤层气排采基础理论及排采控制工艺分配5个学时，卸压煤层气地面钻井井位井身设计分配2个学时（表1）。

四、强化工程现场实习及实践能力培养

实践教学在工科学习中具有重要的作用，是知识巩固、理解、应用的重要环节［27-28］。“煤层气抽采技术”是一门工程性极强的课程。实践教学重点尤其需要突出。工程实践重点包括8个，分别为原位煤层气钻井完井工艺，原位煤层气录井、测井、试井技术，煤层气开发储层水力压裂机理及压裂工艺，煤层气排采基础理论及排采控制工艺，煤层气集输，卸压煤层气技术钻井完井工艺、卸压煤层气抽采及输送技术，典型井下瓦斯抽采技术设计及施工（表1）。

课程实践教学重点中仅有原位煤层气钻井完井工艺可利用学校的钻井平台完成实践教学。由于工程现场工地及工期的不确定性，课程教学中安排所有实践教学重点不现实，可在课堂上利用工程现场视频教学补充其他7个实践教学点。同时可结合毕业设计的大实习，根据实习基地的工期进度，分别安排现场实习，同时结合撰写实习报告和实习汇报进行总结，强化工程现场的实习，进一步巩固和加深工程工艺的理解。

五、结束语

本文从认知规律入手，在分析了教学对象的知识体系建立方法的基础上，进一步明确了课程的知识脉络及框架，而后对教学内容进行了重点分析，帮助学生获取、巩固、理解及应用“煤层气抽采技术”课程知识，增强教学效果，提高教学对象的专业素养，从而培养出社会所需要的煤层气地质勘探与开发专业技术人才。

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coalbed methane； drainage technology； knowledge systems

G642

A

1006-9372（2015）03-0047-04

2015-03-21。

江苏高校优势学科建设工程资助项目；中国矿业大学教育教学改革与建设课题（2013Y17）；国家自然科学基金（51104148）；中央高校基本科研业务费专项资金（2010QNA53）。

黄华州，男，讲师，主要从事煤与煤层气开发地质及工程的教学和研究工作。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱：bjb3162@cugb.edu.cn

引用格式：黄华州，周效志，刘世奇，等.“煤层气抽采技术”知识体系及课程教学探讨［J］.中国地质教育，2015，24（3）：47-50.

Title： Discussion on the Knowledge Systems in the Course of Drainage Technology for Coalbed Methane

Author（s）： HUANG Hua-zhou， ZHOU Xiao-zhi， LIU Shi-qi， JIANG Li-jun