煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采研究

吳 軍

（山西蘭花煤層氣有限公司，山西 晉城 048000）

在煤礦產(chǎn)業(yè)運(yùn)行中，井下煤層氣抽采利用率呈現(xiàn)出活躍的狀態(tài)，而且，煤層氣的抽采量逐漸增大，但是，由于煤層抽采率利用低的限制，影響煤礦產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步運(yùn)行。對(duì)于煤層氣而言，主要是指煤質(zhì)在煤化作用下，形成、儲(chǔ)存在煤層或是煤層周圍的非常規(guī)天然氣，對(duì)于煤層氣而言，通常是由甲烷、二氧化碳以及一氧化碳等多種氣體組成，通過這些資源的開采，可以改善煤層抽采的基本現(xiàn)狀，全面提升煤礦工業(yè)產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行效率, 為煤礦資源的利用以及產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供支持。

1 煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采技術(shù)

1.1 煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采

在井上下聯(lián)合抽采技術(shù)分析中，通過井下鉆孔以及地面鉆井抽采可以實(shí)現(xiàn)工藝的創(chuàng)新。一般情況下，在煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采技術(shù)使用中，其技術(shù)原理體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）煤礦井下施工大直徑定向鉆孔，通過地面壓裂鉆孔的處理，使油管向大直徑中定向轉(zhuǎn)變，以實(shí)現(xiàn)泵入壓裂劑開采的最終目的。

2）在該種技術(shù)運(yùn)用中，為了實(shí)現(xiàn)地面井定向擴(kuò)容器的使用，通過壓裂方法增加煤層的滲透性，可以提升煤層氣解的能力，以提升煤層氣吸收的整體效率[1]。

1.2 煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采技術(shù)優(yōu)勢(shì)

通過對(duì)煤礦煤層氣抽采狀況的分析，在井上下聯(lián)合抽采技術(shù)使用中，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）構(gòu)建立體化聯(lián)合抽采通道，并在結(jié)構(gòu)上保證與多分支水平井的相似性，確定煤層氣開采的范圍，提高煤層氣的導(dǎo)流能力。

2）在井下負(fù)壓抽采中，通過立體化抽采通道的設(shè)定保證水平孔段內(nèi)煤層氣聚集，提升煤層氣開采的有效性。

3）結(jié)合聯(lián)合抽采技術(shù)，在鉆孔控制排水中，通過地面直井無動(dòng)力開采方法的構(gòu)建，可以達(dá)到工藝成本低、經(jīng)濟(jì)效益好的技術(shù)使用優(yōu)勢(shì)[2]。

2 煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采中存在的問題

通過對(duì)煤礦產(chǎn)業(yè)運(yùn)行狀況的分析，在煤礦總體煤層氣抽采中，存在著效果不佳的問題，具體問題如下：

1）通過對(duì)煤層氣抽采效率低問題的分析，在煤礦資源開采中不利于煤礦安全生產(chǎn)，在某種程度上造成資源浪費(fèi)的發(fā)生。在以往煤層開采中，以往的煤礦抽采率較低，嚴(yán)重影響煤層氣抽采的效率。

2）由于煤層的透氣性較低，煤層軟，在煤層氣抽采中難度較大，影響抽采的整體效率。

3）在煤層抽采中存在著抽采時(shí)間段、鉆孔工程量不足的問題，導(dǎo)致煤層抽采系統(tǒng)不匹配現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低煤層氣井上下聯(lián)合抽采的整體效率。

4）在煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采中，瓦斯抽采應(yīng)該將滿足煤礦安全生產(chǎn)作為核心，存在著瓦斯抽采量不均衡的問題，無法滿足煤礦資源開采的整體需求，為煤礦產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行及發(fā)展帶來限制[3]。

3 煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采

3.1 條帶式井上下聯(lián)合抽采技術(shù)

伴隨煤礦煤層氣行業(yè)的發(fā)展，通過條帶式井上下聯(lián)合抽采技術(shù)的運(yùn)用，可以在未進(jìn)行地面預(yù)抽的位置進(jìn)行規(guī)劃區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)的設(shè)定，通過水平大巷、盤區(qū)大巷以及工作面巷道的設(shè)計(jì)，進(jìn)行常規(guī)性地面鉆井的施工，以提升地面煤層氣抽采的整體效率。而且，在巷道掘進(jìn)之后，通過水平瓦斯抽采定向鉆孔的連接設(shè)定，進(jìn)行井下長(zhǎng)鉆孔壓裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，以提升井下鉆孔與地面壓裂井處理的有效連接。通過對(duì)條帶式井上下聯(lián)合抽采技術(shù)的使用，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）在條帶式井上下聯(lián)合抽采技術(shù)使用中，應(yīng)該通過地面鉆井實(shí)際狀況的分析，實(shí)施水壓裂的儲(chǔ)層改造，整個(gè)階段會(huì)形成大量的人工裂縫，通過與天然裂縫的連接，擴(kuò)大抽采范圍，全面提升煤層氣的抽采效率。

2）在井下施工中，通過水平定向長(zhǎng)鉆孔施工方案的構(gòu)建，可以通過軌跡控制實(shí)現(xiàn)多個(gè)地面工程井裂縫的控制，以降低工程施工成本，對(duì)于該種技術(shù)而言，通?？梢赃\(yùn)用在煤層結(jié)構(gòu)完整、力學(xué)強(qiáng)度較高的環(huán)境下[4]。

3.2 地面井與井下長(zhǎng)鉆孔連通壓裂聯(lián)合技術(shù)

通過對(duì)地面井與井下長(zhǎng)鉆孔連通壓裂聯(lián)合技術(shù)的分析，在地面施工垂直井的施工中，可以沿著煤層施工的長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行鉆井技術(shù)的使用，結(jié)合井下定向長(zhǎng)鉆孔的封孔處理技術(shù)，使壓裂設(shè)備通過地面對(duì)目標(biāo)抽采區(qū)域進(jìn)行抽采，具體的開采方法如圖1 所示。在對(duì)碎軟煤層定向鉆孔處理中，應(yīng)該對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行預(yù)抽，之后在煤層下底板巖巷道進(jìn)行施工，對(duì)于突出的煤層要進(jìn)行卸壓消突處理，在地面直井與井下長(zhǎng)鉆孔連通采氣中，應(yīng)該通過井上下聯(lián)動(dòng)方法的運(yùn)用，進(jìn)行工程項(xiàng)目施工。一般情況下，在聯(lián)合技術(shù)使用中應(yīng)該做到：首先，在該種技術(shù)運(yùn)用中，可以提升煤層氣抽采的整體效率，通過地面直井以及井下長(zhǎng)鉆孔連通壓裂的運(yùn)用，提高煤層氣高效抽采效率。其次，在連通壓裂增大的狀況下，通過該種技術(shù)的運(yùn)用，可以在井下區(qū)域抽采中增大鉆井長(zhǎng)鉆孔的布置間距，降低煤礦資源開采的工作量，有效縮短煤層氣的抽采周期[5]。

圖1 地面井與井下長(zhǎng)鉆孔連通壓裂聯(lián)合抽采技術(shù)

3.3 頂板壓裂聯(lián)合抽采技術(shù)

在煤礦資源開采中，當(dāng)進(jìn)行地面施工垂直井以及水平井施工中，為了保證水平井層位置位于裂隙帶以及彎曲下沉帶之間施工的有效性，應(yīng)該靠近采煤層的回風(fēng)巷位置，以降低采煤層資源開采的效率，以保證地面施工的穩(wěn)定性。而且，在煤層改造中，為了提升頂板壓裂聯(lián)合抽采技術(shù)使用的整體效率 ，將煤層改造施工作為重點(diǎn)，煤層改造施工參數(shù)匹配中，為了提升實(shí)驗(yàn)參數(shù)的總有效性，應(yīng)該針對(duì)不同排量、不同平均砂比的狀況，進(jìn)行施工方案的確定。結(jié)合某地區(qū)煤層氣裂隙的狀況，對(duì)發(fā)育導(dǎo)致壓裂液濾失的現(xiàn)象進(jìn)行分析，具體的配比方案如表1 所示。結(jié)合這一配比方案，通過與頂板壓裂聯(lián)合抽采技術(shù)的融合，可以保證工作環(huán)境的密封性，而且，在采煤之前，應(yīng)該在靠近采煤工作面的位置，進(jìn)行水平井段密封處理，并利用地面垂直井以及井下水平鉆孔的方法，進(jìn)行圍巖氣體的抽采，提升煤礦開采的整體效率[6]。

表1 煤層改造施工參數(shù)匹配

4 結(jié)語

伴隨煤礦產(chǎn)業(yè)運(yùn)行及發(fā)展，為了提升煤層氣開采的整體效率，應(yīng)該將煤層資源的開采作為重點(diǎn)，通過煤礦資源開采以及煤層氣井上下聯(lián)合技術(shù)的運(yùn)用，推動(dòng)煤礦產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行。而且，在煤礦煤層氣井上下聯(lián)合抽采中，應(yīng)該通過條帶式井上下聯(lián)合抽采技術(shù)、地面井與井下長(zhǎng)鉆孔連通壓裂聯(lián)合技術(shù)、頂板壓裂聯(lián)合抽采技術(shù)的利用等，改變以往煤層氣開采中存在的問題，結(jié)合煤層氣井上下聯(lián)合抽采的方法，提升煤層氣的開采效率，為當(dāng)前煤礦產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行及發(fā)展提供支持。