新安煤矿深部构造煤采动区煤层气开发方案对比研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ytxiaokang
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新安煤矿位于河南省西部,属于高瓦斯高突矿井,主采煤层二1煤主要为构造煤,随着新安煤矿开采深度向二水平延伸,应用放顶煤综采技术提高矿井煤炭产量的同时,原有的井下瓦斯抽采工作不能有效实现防突,迫切需要采用新的瓦斯抽采技术和新思路提高新安煤矿二水平采动区的瓦斯抽采效率。因此,本论文以煤层气地质学、数值模拟等理论为基础,结合煤层气地面开发的经验,以综采技术推进的采动影响区为目标,通过分析孔渗性、吸附性、含气性和储层压力等储层地质特征,准确界定储层特征参数,分析大采动影响区煤层气运移产出机理,采用数值模拟技术,分析不同井网及井型对煤层气开发井产能的影响,总结不同开发方案煤层气井产能差异机理,优化开发设计方案,确定适用于本煤矿储层特征的开采模式,以期在新安煤矿深部构造煤采动区实现有效抽采煤层气、降低瓦斯含量的目的。论文结果将完善新安煤矿二1煤原有的井下瓦斯抽采模式,同时为储层特征相近的煤矿提供一种新的思路和方法。通过本论文的研究,取得了以下主要成果和认识:1)以勘探钻孔资料、实验室测试结果、研究报告及文献调研为基础,分析储层非均质性原因,准确界定研究区储层参数:由于煤层沉积过程中基底不平和后期地质构造运动的影响,二1煤煤层底板起伏较大,煤层顶板下切严重,局部小型宽缓褶曲发育,煤质松软极易跨落,引起煤厚变化复杂,煤层呈藕节状赋存,煤厚最小值为Om,最大值为14.2m,11、13采区东南侧,薄煤带大面积发育,厚度大都在2m以下,12采区和14采区东南侧煤层发育相对稳定,薄煤带面积小,厚度在4-6m之间;煤层埋深介于96.58m-644.61m之间,平均值为340.24m,整体由北向南逐渐加深,北部及南部埋深变化趋势缓;空间上Ro值呈现出由北西到南东不断增大的趋势,Ro介于1.96%-2.35%之间,均值为2.16%,属于贫、瘦煤,由于矿区的中西部11、12及14采区小构造发育,断层活动产生热量,Ro出现异常高值区,Ro可达2.30%;在煤矿西南部、中部及东部小部分地区顶板岩性为泥岩、炭质泥岩,封存效果好,使对应的12采区部分地区及13、14采区大部地区成为高含气带;二1煤层矿化度高值中心位于矿区中部及矿区北部,而矿化度高值区域正好对应瓦斯含量低值区域,水文动力条件对煤层气封堵效应不明显;二1煤层原始储层压力在0.47Mpa-7.33Mpa之间,平均压力为2.86Mpa,西南12、14采区储层压力高于东北部11、13、15采区;由于二1煤Ro和孔隙比表面积的差异,全区兰氏体积变化大,介于12.03m3/t-39.05m3/t之间,平均值为22.24m3/t,兰氏压力介于0.46MPa-1.04MPa之间,平均值为0.66MPa,各采区含气饱和度分布规律与含气量分布规律相似,整体偏低,但分布不均,其中14采区最大,含气饱和度达46.4%,13区最小,为32%;各采区临界解吸压力整体偏低,介于0.2-0.4Mpa之间,14采区临界解吸压力最高,仅为0.474Mpa,意味着煤层气开发时需要长时间的排水降压,从4.7Mpa的原始储层压力降低至0.47Mpa的临界解吸压力以下时,煤层才开始有气体产出;二1煤微孔发育而连通裂隙相对较少,割理空间小,适宜甲烷赋存而不利于其快速解吸,煤岩吸附时间定为120h;由于二1煤煤厚、压力、埋深变化的影响,含气量差异显著,介于0-14m3/t之间,200m以浅含气量一般小于4.0m3/t,至埋深600m一线煤层气含量最高可达14m3/t以上,目标模拟区含量在10-11m3/t左右:研究区储层渗透率偏低,通过对比分析估算结果、邻区煤层试井解释结果及实验计算结果,确定渗透率为0.5mD;2)通过实验室测试、结合储层特征分析瓦斯突出及抽采难度大的原因:矿区西南储层埋深较大,煤层含气量自二1煤层露头向深部逐渐增大,比表面测试显示储层开放性孔及封闭性孔同时并存,其中孔型以封闭的微孔、过渡性孔为主,为甲烷吸附提供了大量空间;煤岩割理裂隙在构造影响下遭到不同程度的剪切、破坏,但部分孔隙被矿物充填,连通性差,造成煤岩孔隙瓶颈效应显著,不易于瓦斯排出,使西南采区及其周围成为瓦斯突出严重区域;同时,储层压力高、临界解吸压力低、含气饱和度低、渗透性差的储层特性极大限制了煤巷瓦斯抽采的效果及地面井采前预抽措施的实施;3)以经典煤层气运移产出理论为基础结合采动影响区储层变化阐述采动影响煤层气产出机理:采动对煤储层影响一方面体现在采动卸压,打破煤基质表面吸附平衡,促进瓦斯解吸;另一方面体现在采动产生裂隙,为气体解吸扩散运移提供通道;因此,采动区抽采煤层气是构造煤储层消突防突的有效措施;4)运用数值模拟手段,优选出井距为250m、压裂裂缝半长为50m的梅花形井网为最佳井网布置形式:模拟显示,200m*250m井距能使储层压降漏斗较快扩展同时使抽采井具有较长的稳产时间:压裂裂缝半长为50m时的抽采井具有较高的累计产气量及相对较低的工艺难度;井距为250m、压裂裂缝半长为50m的梅花形井网,其空间分布格局能保证压降漏斗覆盖整个抽采区域而不存在抽排“盲区”,是采动影响区瓦斯抽采的最佳井网布置形式;5)阐明不同采动抽采方案产能差异机理:排采过程储层压降漏斗扩展速度、扩展范围以及有效应力与基质收缩影响下渗透率的变化有关。储层压降漏斗扩展速度、扩展范围决定了煤岩甲烷解吸速度和解吸量,而有效应力与基质收缩影响下渗透率的变化则影响气体流入井筒速度及流量,两者共同作用,造成不同采动抽采方案下的产能差异;6)结合储层特性,提出构造煤采动区抽采工程建议:研究区储层松软,应采用直井抽采,为控制井斜,在钻具上安装光钻铤组合的防斜钻具:采用压裂射孔完井方式,以增加储层渗透性及泄压面积;在井身尾部下入一定长度的割缝套管,以使采动影响下自然解吸的瓦斯进入井简:抽排技术方面,采取阶梯降压的排采方式,并运用螺杆泵,以减小煤粉对抽排设备的影响。
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