寺河礦區(qū)煤層氣地面抽采效果檢測垂直井施工及數(shù)據(jù)分析 請問建筑學(xué)專業(yè)學(xué)哪些三維設(shè)計軟件
都新建 田永東 何慶宏 趙祉友 趙小山
( 晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司，山西晉城 048000)
基金項目: 國家科技重大專項項目 63 “山西晉城礦區(qū)采氣采煤一體化煤層氣開發(fā)示范工程” ( 編號為2008ZX05063) 。
作者簡介: 都新建，男，晉煤集團副總經(jīng)理，高級工程師; 通訊地址: 山西省晉城市城區(qū)北石店鎮(zhèn); 郵政編碼: 048006; 聯(lián)系電話和傳真: 0356 2190326 電子郵箱: jangcoal@126. com
摘 要: 寺河礦區(qū)范圍內(nèi)進行地面煤層氣井抽采已經(jīng)有 6 年的時間，為對煤層氣井抽采效果進行評價，在該礦區(qū)施工了抽采效果檢測井，并進行含氣量測試。根據(jù)現(xiàn)今含氣量，結(jié)合歷史生產(chǎn)情況分析，結(jié)果表明煤層含氣量每年平均可以降低 1. 36 ～2. 40m3/ t。根據(jù)這一結(jié)論，在時間和空間上，可以使地面煤層氣抽采和井下煤礦生產(chǎn)更好地銜接起來，為今后的煤層氣設(shè)計提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞: 寺河礦 煤層氣井 抽采效果 評價
Surface Coalbed Methane Extraction Effect Test in Sihe Mining Area
DU Xinjian TIAN Yongdong HE Qinghong ZHAO Zhiyou ZHAO Xiaoshan
( Shanxi Jin cheng Anthracite Mining Group Co. ; Ltd. ，Jin cheng 048006，China)
Abstract: We are engaged in surface extraction of coalbed methane has been 6 years in Sihe mine. In order to evaluate the extraction effect of coalbed methane，we designed one CBM well for testing and tested the gas con- tent. According to the present gas content and the analysis of production history，the results show that the average coal seam gas content can be reduced 1. 36 ～ 2. 40m3/ t per year. This conclusion can make the surface extraction of coalbed methane and underground coal production more harmonious in time and space and provide the basis for the design of coalbed methane in the future.
Keywords: Sihe mine; coalbed methane well; the extraction effect; evaluation
在寺河區(qū)塊已有一定抽采時間的煤層氣井中，借助國家科技重大專項的契機，施工抽采效果檢測井，并進行研究，檢測在抽采一定年限后，區(qū)域煤層含氣量的下降情況，并根據(jù)歷史生產(chǎn)情況進行擬合分析，得出一定的預(yù)測曲線，為煤礦煤層瓦斯含量的降低及煤層氣井的排采做出一定的指導(dǎo)。
1 總體設(shè)計
1.1 總體要求
通過資料收集，分析施工地面參數(shù)井煤層氣井殘余氣含量數(shù)據(jù)變化，揭示晉城礦區(qū)典型地區(qū)不同抽采周期地面煤層氣開發(fā)后煤層殘余氣含量的變化規(guī)律，為煤層氣后續(xù)抽采及煤礦生產(chǎn)接續(xù)提供科學(xué)依據(jù)。
1.2 主要研究內(nèi)容
國內(nèi)外煤層氣井開發(fā)殘余氣含量研究理論和方法調(diào)研; 不同抽采周期的煤層氣井殘余氣含量數(shù)據(jù)分析; 晉城礦區(qū)地面煤層氣開發(fā)后煤層殘余氣含量的變化規(guī)律研究。
1.3 技術(shù)方案
1.3.1 現(xiàn)場調(diào)研、收集資料
在國內(nèi)外煤層氣井開發(fā)殘余氣含量研究理論和方法調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過晉城礦區(qū)現(xiàn)場實地考察，調(diào)研并收集礦區(qū)內(nèi)不同抽采時間的煤層氣井區(qū)的煤層氣含量分布等資料。
1.3.2 數(shù)據(jù)分析
依據(jù)相關(guān)資料和對不同抽采周期的煤層氣井殘余氣含量數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析，繪制相應(yīng)等值線圖，揭示晉城礦區(qū)典型地區(qū)地面煤層氣開發(fā)后煤層殘余氣含量的變化規(guī)律。
1.4 參數(shù)井井位選擇
通過現(xiàn)場考察，經(jīng)過充分協(xié)商與溝通，計劃實施 1 口參數(shù)井: 在寺河礦區(qū) 30 口抽采井群 ( 已抽采6 年以上) 和70 口抽采井群 ( 已抽采5 年以上) 內(nèi)布置一口參數(shù)井 ( 圖1) 。
圖1 參數(shù)井井位布置圖
1.5 參數(shù)測試設(shè)計
參數(shù)測試設(shè)計需要依據(jù)鉆探工程設(shè)計中的預(yù)計煤層厚度來設(shè)計采樣數(shù)量，目前主要依據(jù)收集的資料進行了初步設(shè)計。
1.5.1 采樣數(shù)目及分析技術(shù)方法
采樣數(shù)目及測試分析項目:根據(jù)要求，對地面參數(shù)井鉆遇的3、9、15號煤層進行測試，采集樣品數(shù)及測試分析項目如表1。
表1 采集樣品及測試項目
測試分析技術(shù)方法:各項測試分析，嚴(yán)格遵照現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
1.5.2 采樣要求
鉆井液:煤層段，特別是目標(biāo)煤層，原則上選用清水作為鉆井液。
取芯:采用繩索取芯，用于氣含量測試的煤樣，在500m以淺鉆孔中提升時間不超過10min;1000m以淺鉆孔中提升時間不超過20min。
2 施工概況
2.1 施工簡況
圖2 井身結(jié)構(gòu)圖
試01井位于沁水縣加峰鎮(zhèn)桃掌村附近，為國家科技重大專項晉城礦區(qū)一體化煤層氣開發(fā)示范工程的示范井，編號為SHSF01#。甲方為山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司，該井由沁水藍(lán)焰煤層氣有限責(zé)任公司設(shè)計并組織具體鉆井施工。其目的在于檢測周圍煤層氣井抽采3#煤層的效果，獲得相應(yīng)的儲層資料。
本井由沁水藍(lán)焰煤層氣有限責(zé)任公司組織鉆井施工任務(wù)。2010年11月2日一開鉆進，鉆頭規(guī)格Φ311.15㎜三牙輪，11月5日下入Φ244.5㎜表層套管，經(jīng)48小時固井候凝后下入Φ215.90㎜三牙輪鉆頭進行二開鉆進，11月21日達(dá)到設(shè)計目的后完鉆，完鉆井深為495.00m。
2010年11月22日，完成測井作業(yè)。
2010年11月22日，完成固井作業(yè)。
2010年11月25日，完成固井質(zhì)量聲幅測井。
2010年11月25日進行試壓，30分鐘壓力15兆帕沒有下降，試壓合格。
2.2 井身結(jié)構(gòu)
2.2.1 井身結(jié)構(gòu)示意圖
井身結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。
2.2.2 井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表
井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表2。
2.3 基本數(shù)據(jù)
施工情況見表3。
2.4 煤層、煤質(zhì)與煤層瓦斯概況
2.4.1 煤層
本區(qū)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組﹙C3t﹚和二疊系下統(tǒng)山西組﹙P1s﹚。揭露煤系地層厚度為141.00m，共見可采煤層四層，厚度分別為:3#煤層厚5.89m，7#煤層厚0.34m，9#煤層厚1.15m，15#煤層厚2.46m。本井為取芯井，取芯層位3#，9#，15#煤層段。
表2 井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表
表3 施工情況簡介表
表4 煤層一覽表
2.4.2 煤層瓦斯概況
本次鉆井在鉆遇3#、9#和15#煤層的過程中，未發(fā)現(xiàn)井口有冒氣冒泡的現(xiàn)象。據(jù)已有地質(zhì)資料:本井及其附近處于瓦斯富集帶，鄰近生產(chǎn)礦井寺河煤礦及其他礦井均為高瓦斯礦井，瓦斯涌出量大、煤層瓦斯壓力較大。地質(zhì)鉆探資料及本井所返煤屑顯示:3#、9#和15#煤層呈塊狀產(chǎn)出，空隙、裂隙均不甚發(fā)育，滲透性弱等特性，但從井內(nèi)返出煤屑在泥漿循環(huán)池沉淀時有氣泡析出，因此，該井應(yīng)具有瓦斯抽放潛力。本井要想獲得較為理想的抽放結(jié)果和可觀的經(jīng)濟效益，需進行有效的壓裂。
3 實測剩余氣含量
3.1 目標(biāo)煤層
井號:試01#
目標(biāo)煤層3煤，深度387.88～393.68m，厚5.80m。現(xiàn)場采取解吸樣5個;
目標(biāo)煤層9煤，深度437.54～438.74m，厚1.20m。現(xiàn)場采取解吸樣2個;
目標(biāo)煤層15煤，深度479.07～481.67m，厚2.60m。現(xiàn)場采取解吸樣4個(表5)。
表 5 煤芯樣品采集情況一覽表
3.2 氣含量
氣含量測定，遵照GB/T195592008《煤層氣含量測定方法》執(zhí)行。
3#煤共采集了5個解吸樣，空氣干燥基氣含量8.97～12.45cm3/g，平均10.74cm3/g(報告內(nèi)平均值均為算術(shù)平均值，以下類同);干燥無灰基氣含量12.07～14.08cm3/g，平均12.88cm3/g;空氣干燥基甲烷含量8.55～12.09cm3/g，平均為10.20cm3/g;干燥無灰基甲烷含量10.99～13.67cm3/g，平均12.24cm3/g。
9#煤共采集了2個解吸樣，空氣干燥基氣含量26.08～27.66cm3/g，平均26.87cm3/g(報告內(nèi)平均值均為算術(shù)平均值，以下類同);干燥無灰基氣含量30.04～32.99cm3/g，平均31.51cm3/g;空氣干燥基甲烷含量25.76～27.14cm3/g，平均為26.45cm3/g;干燥無灰基甲烷含量29.67～32.37cm3/g，平均31.02cm3/g。
15#煤共采集了4個解吸樣，空氣干燥基氣含量22.01～26.34cm3/g，平均24.92cm3/g;干燥無灰基氣含量28.61～30.17cm3/g，平均29.43cm3/g;空氣干燥基甲烷含量21.65～25.88cm3/g，平均為24.50cm3/g;干燥無灰基甲烷含量28.14～29.65cm3/g，平均28.93cm3/g(表6)。
表 6 煤層瓦斯含量表
3.3 吸附時間
3#煤樣品吸附時間變化4.69～18.69天，平均9.26天。
9#煤樣品吸附時間變化1.30～1.97天，平均1.64天。
15#煤樣品吸附時間變化1.64～2.95天，平均2.27天。
4 周圍取芯井?dāng)?shù)據(jù)
4.1 目標(biāo)煤層
井號:SH020#，SH036#;
目標(biāo)煤層3煤。
4.2 氣含量
氣含量測定，遵照GB/T195592008《煤層氣含量測定方法》執(zhí)行。
SH020#:3#煤共采集了5個解吸樣，空氣干燥基氣含量21.07～23.55cm3/g，平均22.31cm3/g(報告內(nèi)平均值均為算術(shù)平均值，以下類同);干燥無灰基氣含量22.01～24.23cm3/g，平均23.12cm3/g;空氣干燥基甲烷含量16.31～22.09cm3/g，平均為19.20cm3/g;干燥無灰基甲烷含量17.35～23.47cm3/g，平均20.41cm3/g(表7)。
表7 煤層瓦斯含量表
SH-036#:3#煤共采集了5個解吸樣，空氣干燥基氣含量20.81～25.41cm3/g，平均23.11cm3/g(報告內(nèi)平均值均為算術(shù)平均值，以下類同);干燥無灰基氣含量23.48～27.28cm3/g，平均25.38cm3/g;空氣干燥基甲烷含量19.73～24.68cm3/g，平均為22.21cm3/g;干燥無灰基甲烷含量21.99～25.63cm3/g，平均23.81cm3/g(表8)。
表8 煤層瓦斯含量表
5 周圍排采井分析
根據(jù)上述周圍煤層氣井的排采數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，得出表9數(shù)據(jù)，其中SH-018#～SH-021#抽采時間為6年，SH026#～SH029#抽采時間為5年。
表9 周圍煤層氣井產(chǎn)氣量表
假設(shè)煤層氣初始含氣量為A，日產(chǎn)氣量為C，經(jīng)過D年的抽采后，煤層剩余瓦斯含氣量為B，煤層氣井控制范圍為R，煤層高度為H，煤炭比重為1.5，則可推斷出下列等式:
中國煤層氣技術(shù)進展: 2011 年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集
即:
中國煤層氣技術(shù)進展: 2011 年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集
所以得出:日產(chǎn)氣量與年煤層瓦斯含量呈指數(shù)變化關(guān)系。
預(yù)測圖如圖3。
圖3 年產(chǎn)氣量與年煤層瓦斯含量降低關(guān)系圖
6 驗證結(jié)論
通過對抽采效果檢測井試01井的取芯數(shù)據(jù)與SH020#、SH036#進行對比分析(圖4，表10，表11)，因此周圍煤層氣井未抽采9#，15#煤層，故在此不作對比。
圖4 取芯井瓦斯含量對比圖
表10 煤層瓦斯含量對比表
表11 煤層瓦斯含量對比表
按照6年的排采時間來算，平均每年降低1.36～1.5cm3/g。
按照5年的排采時間來算，平均每年降低2.31～2.40cm3/g。
綜合進行分析，得出結(jié)論，在寺河礦區(qū)煤層氣的抽采下，煤層氣含量將以每年1.36～2.40cm3/g的速度降低，最后必將降至煤礦可采煤層瓦斯含量以下。
7 結(jié)束語
由于目前國內(nèi)抽采效果檢測井較少，而在寺河區(qū)塊屬于首次，但是只做了1口，故數(shù)據(jù)尚不完全，得出的結(jié)論尚不完整，今后晉煤集團將借助重大科技專項以及公司科研項目的實施，做出更多的試驗性成果，在此對晉煤集團相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)一并表示感謝。
參考文獻(xiàn)
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倪曉明，蘇現(xiàn)波，張小東著.煤層氣開發(fā)地質(zhì)學(xué).北京:化學(xué)工業(yè)出版社
蘇現(xiàn)波，陳江峰，孫俊民等著.煤層氣地質(zhì)學(xué)與勘探開發(fā).北京:科學(xué)出版社
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
進入21世紀(jì)以來,煤層氣開發(fā)迎來了快速發(fā)展時期,2006年底全國登記煤層氣探礦權(quán)區(qū)塊98個,總面積6.5×104km2。在沁水、鐵法探明煤層氣地質(zhì)儲量1130×108m3,經(jīng)濟可采儲量523×108m3。2007年設(shè)立了20多個煤層氣專項試驗區(qū)(圖0.6),截至2005年底,全國施工煤層氣地面抽采井615口,僅2005年就施工330口。山西潞安、晉城,安徽...
煤層氣勘探開發(fā)成果
沁水盆地南部棗園井組和潘河先導(dǎo)性試驗項目、阜新盆地劉家井組及晉城煤業(yè)集團寺河井組已進入煤層氣商業(yè)化試驗生產(chǎn)，年產(chǎn)能約1.7×108m3。2.煤層氣產(chǎn)量以煤礦井下抽采為主，地面鉆井抽采處于勘探和小范圍生產(chǎn)試驗階段 目前全國已有308 對礦井建立了礦井瓦斯抽放系統(tǒng)，2004年抽放總量為18.66×108m3，而...
煤礦井下順層千米枝狀長鉆孔抽采煤層氣新技術(shù)
為此,國家“十五”科技攻關(guān)《煤層氣井下開發(fā)成套工藝技術(shù)應(yīng)用研究》項目以引進國外千米鉆機、自主研發(fā)千米鉆機長鉆孔抽采瓦斯工藝技術(shù)的方式進行了技術(shù)攻關(guān),實現(xiàn)了位于晉城礦區(qū)的最長的定向鉆孔,達(dá)到了1005m,試驗鉆孔的長度多數(shù)在800m 以上,在此基礎(chǔ)上進行了千米枝狀長鉆孔抽采瓦斯的工藝技術(shù)研究及相應(yīng)的抽采效果考察,...
煤層氣的生成
表2.6是我國不同種類的煤層氣樣品用氣相色譜儀測定的氣體成分結(jié)果。其中的抽放煤層氣樣是指從井下瓦斯抽放鉆孔口或從抽放泵站出口采集的氣體樣品,解吸煤層氣樣是指從密封解吸罐中采集的氣體樣品,開采煤層氣樣是指從地面垂直開發(fā)井中采集的氣體樣品。所有氣成分分析結(jié)果都是無空氣基的。為了對比,表中也列舉了常規(guī)...
煤層氣資源開發(fā)概況
(2)遼寧阜新劉家井組煤層氣開發(fā)項目:阜新項目1999～2001年在阜新劉家煤田鉆井8口，形成小型井網(wǎng)，單井平均產(chǎn)氣量為3000m3\/d以上。(3)山西晉城寺河煤層氣地面預(yù)抽項目:該項目始于1992年，晉城礦務(wù)局與美國美中能源公司合作，在潘莊地區(qū)施工了7口煤層氣生產(chǎn)試驗井。經(jīng)過10余年的排采，不僅證明了潘莊...
(二)國內(nèi)外煤層氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀
美國是煤層氣資源豐富的國家,也是煤層氣勘探開發(fā)最先取得成功的國家。20世紀(jì)初葉煤礦瓦斯抽放技術(shù)傳播到美國。1915年進行了礦井巷道水平井試驗。30年代開始在煤礦采空區(qū)上部砂巖抽放瓦斯。1952年取得了140m以淺煤層地面垂直井抽放瓦斯的成功,獲得1100m3\/d的單井產(chǎn)量。美國真正將煤層氣作為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用,是20世紀(jì)60...
我國煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇與前景
(3)山西晉城潘莊煤層氣地面開發(fā)項目:1992年,在山西沁水潘莊地區(qū)施工了7口煤層氣生產(chǎn)試驗井,排采效果較好。2004～2005年期間在潘莊井田施工了150口煤層氣井,壓裂排采70口井,日產(chǎn)煤層氣約10×104m3。該項目已建成完備的集輸管網(wǎng)、集氣站和壓縮站。 (4)山西沁南煤層氣開發(fā)利用高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程——潘河先導(dǎo)性...
定向井鉆井技術(shù)論文
曲率,方便后期抽油桿和油層套管下井,同時減小二者之間的偏磨,方便后期改造安全采油泵等井下作業(yè)施工。...只在特殊情況下使用;五段制井眼軌跡剖面在目的油氣儲層中處于垂直狀態(tài),有利于采油泵安全下入,且便于...厚度等儲層參數(shù),進一步擴大勘探范圍,并逐步形成區(qū)域生產(chǎn)井網(wǎng),爭取短期內(nèi)該區(qū)煤層氣地面開發(fā)進入大規(guī)模...
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