高压水射流钻扩孔技术在井下煤层气开采中的应用研究(2)

我国是煤炭工业大国，过去绝大部分煤层瓦斯随煤炭开采被排放到大气中。２００７年我国煤炭生产２５．３亿吨，煤炭生产过程中涌出瓦斯量不少于１５０亿ｍ３，其中抽采量只有４７．３亿ｍ？，预计到２０１０年，中国排放煤层气量将超过１６０亿ｍ３。美国环保局１９８７年关于煤层甲烷的排放对环境影响的研究表面，ＣＨ４的温室效应是Ｃ０２的２０多倍，对臭氧层的破坏是Ｃ０２的７倍【３】。另外煤层甲烷是煤矿井下发生瓦斯爆炸、瓦斯突出和瓦斯窒息的根源。近年来随着煤矿开采深度的不断增加，煤矿因瓦斯事故造成的生命财产损失更为严重【３ ４１。

我国煤炭资源丰富，在未来一段时期内，煤炭在一次能源生产和消费结构中的比重仍然占据主导地位。与煤共生的煤层气资源储量丰富，随着煤炭工业快速发展，其开发前景十分广阔。煤炭工业“十一五”规划中确立了要加大煤矿瓦斯抽采与利用力度，加快煤层气产业发展，保障煤矿生产安全，增加清洁能源供应，减少对生态环境的污染，促进煤炭工业可持续发展的指导思想。煤层气产业的发展目标是到２０１０年，全国煤层气（煤矿瓦斯）产量达１００亿ｍ３，其中，地面抽采煤层气５０亿ｍ３，利用率１００％；井下抽采瓦斯５０亿ｍ３，利用率６０％以上。新增煤层气探明地质储量３０００亿ｍ３，逐步建立煤层气和煤矿瓦斯开发利用产业体系【５１。１．２煤层气开采的国内外研究概况

煤层气储层特征,开发开采技术和工艺

第ｌ章绪论

目前现有的煤层气开发主要有地面钻井煤层气开发和煤矿井下煤层气抽采两种模式。地面钻井煤层气开发又包括有采空区钻井开发和垂直钻井开发两种类型，采空区钻井开发是从采空区上方由地面钻入煤层采空区，采空区顶板因巷道支架前移而塌落，产生的裂缝使气体从井中排出；而垂直钻井是直接从地面钻入未开采的煤储层，并通过水力压裂强化、造斜水平钻井等措施提高煤层透气性，开发其中的煤层气。

‘国外地质条件简单，煤层埋藏浅，单一煤层条件的开发采用的是地面钻井抽放及顺煤层钻孔抽放等煤层气开发方式。美国是世界上首先在地面钻井开发煤层气方面获得重大突破并较早进行煤层气商业开发的国家。１９５３年美国在圣胡安煤田投产了第一口煤层气井。到了８０年代初，美国用常规油气井开采煤层气，并在阿拉巴马州的黑勇士煤田建成了世界上第一个商业化煤层气气田。美国根据煤田的不同构造条件采取了相应的开发技术，并形成了一套较为成熟的煤层气勘探开发的理论和工艺。例如圣胡安煤田，由于其煤层厚度大、储层压力高、渗透性好和吨煤含气量高，因此广泛采用洞穴完井工艺；而黑勇士盆地由于构造条件相对复杂，吨煤含气量中等，地层压力为常压或欠压，所以多采用套管压裂完井，并采取了一系列的增产激励措施。澳大利亚和美国在井下定向水平钻孔技术方面处于世界领先水平，井下顺煤层走向钻孔预抽本煤层煤层气最长的定向水平钻孔已达１５００ｍ。

我国的煤层气地质研究开始于２０世纪６０年代，７０年代对煤层气资源进行初步评价，８０年代开始进行煤层气的开发试点工作。但是，我国煤层气储层受自身煤层气藏的渗透率低、吸附强、解吸速度慢等特性的限制，在国外应用较好的地面钻井煤层气的抽采量远远低于井下煤层气抽采量。我国的煤层气地面开发始于上个世纪７０年代末，原煤炭科学研究院抚顺研究所曾在抚顺、阳泉、焦作、白沙、包头等矿区，以解决煤矿瓦斯突出为主要目的，施工了２０余口地面瓦斯抽排试验井。但由于技术、设备等条件限制，试验未达到预期效果。上个世纪９０年代，煤层气开发出现热潮，在不同地区开展了煤层气开发试验。经过十余年发展，取得了重大突破。２００５＂．－＇２００７年共钻探各类煤层气井超过２１００口，是２００４年底历史累计钻井总数的７倍，形成地面煤层气产能１０亿ｍ３。２００５年煤层气产量实现了零的突破，２００７年达到３．２亿一。

我国煤矿井下煤层气（瓦斯）抽采始于上个世纪５０年代初。经过五十年的发展，煤矿井下煤层气（瓦斯）抽采已由最初为保障煤矿安全生产到安全能源环保综合开发型抽采；抽采技术由早期的对高透气性煤层进行本煤层抽采和采空区抽采单一技术，逐渐发展到针对各类条件适合于不同开采方法的煤层气（瓦斯）综合抽采技术。目前国内井下钻孔抽

煤层气储层特征,开发开采技术和工艺

中国石油大学（华东）工程硕士学位论文

放煤层气（瓦斯）根据钻孔所在层位不同可以分为：穿层钻孔、顺层钻孔和项板钻孔三类；根据钻孔施工方法不同可分为：岩巷穿层钻孔、煤巷穿层钻孔、顺煤层走向长钻孑Ｌ、顺煤层倾向钻孔、顺煤层树状结构拐弯钻孔、大直径水平项板钻孔和高位钻场顶板钻孔等。２００７年我国煤炭生产２５．３亿吨，抽采量４７．３亿ｍ３，其中地面抽采３．３亿ｍ３，井下抽采４４亿ｍ３，抽采率仅１９％，只有阳泉、晋城、淮南、松藻、盘江、水城、抚顺等７个矿区年抽采量超过ｌ亿ｍ３【５１。

１．３高压水射流技术在井下煤层气开采中的应用

我国高瓦斯矿井多，煤层瓦斯含量高、压力大、透气性差、抽采难度大。目前，国有重点煤矿矿井平均开采深度约４２０米，开采深度超过１０００米的有开滦赵各庄、新汶孙村、攀枝花小宝鼎等１０余处。随着矿井开采深度进一步加大，地应力和瓦斯压力增加，煤层气（瓦斯）抽采难度进－．步增大。通过多年的试验研究，也逐渐形成了一些适合我国的井下煤层气钻孔抽采方法和工艺技术。井下钻孔抽采煤层气的效果，受到钻孔直径大小、钻孔长度及钻孔周围煤体卸压范围的影响。采用常规机械钻机施工大直径钻孔存在着垮孔严重、排渣困难、成孔长度短以及钻机负荷呈几何倍数增大等技术问题，从技术和经济上都存在相当大的难度。由此，寻求一条扩大钻孔直径、增加钻孔长度、提高钻孔卸压影响范围的技术途径是非常有必要的。

随着高压水射流理论与应用技术的迅速发展，国内外对高压水射流钻孔技术的研究也相当重视，投入了大量人力、物力对射流钻孔进行了理论及试验研究。目前，一些能钻进较硬岩层的水射流钻机或水射流辅助机械钻机已研制成功，并在各类工程应用中得到了越来越多的认可。

在煤层钻孔方面，高压水射流钻扩孔比传统的机械破岩钻孔技术具有以下几方面的优点【６棚：

①高压水射流钻进时，通过射流切割煤岩，喷嘴与煤体没有直接接触，不会出现机械钻头的发热、磨损、寿命短等缺陷。

②采用高压水射流钻孔技术钻孔，成孔直径大，可以有效避免机械钻孔时出现的卡钻、夹钻等现象，同时可以提高钻孔周围煤层的透气性。

③高压水射流钻孔钻进速度快、能耗低。

④高压水射流钻进时孔底处于淹没状态，温度低，没有火花产生，可用于具有自燃煤层中的钻孔。

正是由于高压水射流钻孔技术的诸多优点，使得水射流煤层钻孔技术在最近二十多

煤层气储层特征,开发开采技术和工艺

第１章绪论

年中得到了快速发展。德国、日本、澳大利亚及美国在水射流煤层钻孔方面都得到了较大进步，有报道称目前水射流煤层深孔钻机钻进深度已经达到了２２５ｍ深【９ １０１。我国的高压水射流煤层钻孔技术与发达国家相比较为落后，进行相关研究的也较少。煤炭科学研究总院唐山分院、重庆大学及作者所在的煤炭科学研究总院重庆研究院等单位对高压水射流在煤层中的钻孔技术进行了相关研究，并设计开发了相应的装备。

在煤层气抽采钻孔扩孔方面，针对突 …… 此处隐藏：2280字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……