1、煤层气及其开采技术分析摘要：煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。煤层气主要以吸附态存在于煤基质中，必须通过排水降压手段降低储层压力进行煤层气开发。煤层气的产出是一个复杂的降压-解吸-扩散-渗流的过程。 关键词：煤层气；开采技术 Abstract: Coal bed Methane is the occurrence of surrounding rock in coal seam and its non-conventional natural gas associated with coal re
2、sources，Its main gas component methane (CH4), Is the thermal evolution of organic matter in coal during the period of the history of hydrocarbon products。Coal-bed methane to adsorption exist mainly in coal matrix，Must be by means of drainage blood pressure decrease reservoir pressure for coal-bed ga
3、s development。Coalbed methane output is a complex buck-desorption-spread-desorption seepage process。 Key words:Coal bed Methane，production technique 中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号： 1.煤层气的简介 1.1 煤层气的概念 1.1.1 煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。不同学者从不同角度给予不同的命名。最常见的有煤层气、煤层甲烷等
4、，英文名称有（Coal bed Methane、Coal Seam s Gas）等，一般缩写为 CBM。煤层气业内绝大多数学者采用“煤层气（Coal bed Methane） ”。 1.1.2 煤层气的三种赋存形式： 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。 1.1.3 煤层气藏的特点： 煤层气在煤中的储集是以吸附状态附在煤的表面； 在进行大量开采之前 必须降低平均储层压力； 储层中一般都有水，在采气的同时，必须进行排水。 1.2 煤层气与常规天然气 1.2.1 煤层气与常规天然气的关系与差异 由于煤层气的独特的赋存状态， （以吸附态为主） 、非常规储层（典型
5、的自生自储、多重孔渗的有机储层）和特有的产出机理（排水降压解吸渗透排采） ，因此煤层气被称之为非常规天然气 （Unconventionality Natural Gas） 。 1.3 煤层气与常规天然气气藏区别 2.开采原理与技术 2.1 原位煤层气产出机理 2.1.1 产出机理： 排水降压解吸 渗流 煤层气主要以吸附态存在于煤基质中，必须通过排水降压手段降低储层压力进行煤层气开发。煤层气的产出是一个复杂的降压-解吸-扩散-渗流的过程。 2.1.2 煤层气开采钻井的分类 （1）按煤层层数分类： 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 （2）根据埋深分类： 浅层气井：井深大
6、于 300m，小于 1500m 深层气井：井深大于 1500m， （3）根据钻井类别分： 资料井：通过钻井探取煤心作含气量等参数测试、试气，井用单项注入法求取煤层渗透率 试验井：是通过井降压试采，评价工业性开采价值 生产井：开发过程中以采气为目的的井称 监测井：主要用于生产过程中压力监测 （4）按井网的位置分类： 边缘井：在井网边缘的井 内部井：靠近井网中心的井 2.1.3 煤层气钻井工艺过程 2.1.4 煤层气的开采方式 煤层气在煤层中的存在状态有三种：吸附态、溶解态和游离态，其中吸附态所占的比例最大，煤层气的产出机理，即排水-降压-解吸-扩散-渗流，其基本过程如图 2 所示 现场一般用梁式
7、抽油机排采井中的水，电潜泵和螺杆泵曾经试验过，因为其排量和寿命问题的应用较少，煤层气从套管和油管环空产出：上述三种设备均可用于油气排采生产，油气是从油管中产出。两者的排采控制要求也不仅相同，煤层气井主要通过控制产水量达到稳定降压目的，避免排采过快造成的裂缝闭合和出粉，油气井通过控制油嘴和产量达到控制压力的目的。 煤层气在开采方面有很大的不同。普通井只要有压差气体就可以流动，而煤层气是以吸附的形式存在于煤层中，割理中饱和的是水，所以必须要先排水，将煤层的压力降到气体的临界解吸压力之下，才会有气体产出。所以，煤层气有压差也不一定产气，这也是和普通气藏的不同之处。 煤层气井直井的增产措施目前主要是依
8、靠压裂，不压裂的井几乎没有产量。油气田开发叫采油采气，而煤层气开发叫排采。可以看出，投产后，油气田直接见产；而煤层气投产后要靠排水降压到一定程度，然后解吸出来甲烷气，即先排后采。 2.2 煤层气钻井技术的发展历程 2.3 煤层气多分支水平井技术： 技术优点： 煤层气多分支水平井是一种新的煤层改造技术, 优点是效果好成本低, 在一些特定煤层中可以取得其它方法无法比拟的开发效果。因此多分支水平井技术日益受到国内外专家的重视, 也受到各个煤层气勘探开发公司的青睐。 开采原理： 集钻井、完井与增产措施于一体的新的钻井技术。在一个主水平井眼两侧再侧钻出多个分支井眼作为泄气通道, 同时为了满足排水降压采气
9、的需要在距主水平井井口 200m 左右处钻一口直井与主水平井眼在煤层内连通, 用于排水降压采气。 多分支水平井增产机理: （1） 提高了导流能力。 （2） 减少了对煤层的伤害。 （3） 增大解吸波及面积, 沟通更多割理和裂隙 关键技术： （1）井身结构和井眼剖面优化设计 （2）井眼轨迹控制技术 （3）煤层造洞穴技术 （4）水平井与洞穴连通技术 （5）欠平衡钻井技术 （6）侧钻分支井眼技术 2.4 多分支水平井与直井对比 3.结束语 在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效清洁能源，煤层气的大规模开发利用前景诱人。煤层气的开发利用还具有一举多得的功效，提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应，有效
10、减排温室气体，产生良好的环保效应，作为一种高效、洁净能源，产生巨大的经济效益。如果把煤层气利用起来，用于发电燃料、工业燃料和居民生活燃料，还可液化成汽车燃料；也可广泛用于生产合成氨、甲醛、甲醇、炭黑等方面，成为一种热值高的洁净能源和重要原料，开发利用的市场前景十分广阔。煤层气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气，是近 20 年来崛起的优质洁净新能源。其开发与利用对弥补我国常规能源的不足，从根本上消除煤矿生产中造成的瓦斯爆炸、瓦斯突出等灾害，减少大量瓦斯排放造成的环境污染以及改善我国的能源结构，加速我国以煤为主的能源系统逐渐向环境无害化的可持续发展模式的转化过程，形成洁净能
11、源新产业 均具有重要的战略意义。中国不仅是煤炭资源大国，而且煤层气资源也极为丰富，我国政府和有关工业部门高度重视煤层气的勘探开发，在引进、消化、吸收国外煤层气开发经验的基础上，煤层气勘探开发理论与技术等方面也取得了一定的进展。但迄今为止，从全国总的试验情况看，绝大多数煤层气试井产量低、产量递减快，难以形成稳定的工业性气源。其主要原因是我国煤层普遍渗透率低、吸附强、开采浅层煤层气的原始压力不高、解吸速度慢，使得煤层气解吸及其在煤层中的运移十分困难，而且低渗透煤层甲烷吸附、解吸、扩散、渗流运移过程表现出相互制约和非达西渗流以及煤层甲烷运移受排采降压引起的流固耦合作用较明显的突出特点。反映优良储层特
12、性的国外煤层气开采理论和借用常规的油气开采理论，不能完全适应我国低渗透煤层气的开采。目前，煤层气的增产技术普遍沿用油气田开采中的水力压裂提高渗透率方式来提高煤层气的产量，而在促使煤层气产生解吸，使吸附在煤基质孔隙内表面的煤层甲烷尽可能由吸附状态转变为游离状态，扩大煤层气由基质向微孔、向裂隙的扩散能力等增产措施方面研究较少。 从我国经济发展形势和能源结构的演变趋势分析，山西煤层气产业正在面临飞速发展的大好时机。在国家及省政策的强力推动下 山西煤层气产业的发展即将掀开新的一页。 参考文献： (1) 冯三利，张遂安科技进步推动煤层气产业.21 世纪中国煤层产业发展与展望，煤炭工业出版社 2003 年第一版. （2）徐凤银，李曙光，王德柱 煤层气勘探开发的理论与技术发展方向. （3）侯玉品，张永利，张梦涛 超短半径水平井开采煤层气的讨论（J）矿山机械。2005.33（6） ；10-11.
