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中国煤科西安研究院研发煤层气地面抽采新技术:有气不再难出
字号:[    ] 发布时间:2021-03-19 09:53:23 来源:中国化工报 发布人:刘一鸣
  2月10日,应急管理部发布通知对现行的《煤矿安全规程》部分条文进行修订。在《征求意见稿》中,再次要求高瓦斯矿井必须“先抽后建”,其中煤层瓦斯压力达到或超过3MPa的区域,须采用地面钻井预抽煤层瓦斯或其他方式。记者上周在中国煤炭科工集团西安研究院采访时了解到,这与该公司首次研发成功碎软低渗煤层水平井分段压裂煤层气高效抽采技术不无关系——该技术在碎软煤层上取得的突破,成功解决了长期面临的“有气难出”的行业技术难题。

中国煤炭科工集团西安研究院煤层气开发工程研究所副所长张旭峰告诉记者,我国碎软煤层主要分布在安徽、河南、山西、云贵等地,占全国煤炭资源总量超过60%。这种煤气含量高,但由于抽采难度大、技术复杂,给采煤安全带来了极大挑战。

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据介绍,中国煤层气资源商业化开发始自上世纪90年代,历经20余年发展,对预防和减少煤矿瓦斯事故发生发挥了重要作用。但国内煤层气开发和瓦斯防治条件复杂程度居全球之首,软煤矿区煤矿井下瓦斯抽采通常采用巨量的钻孔,工作量和投资较大,抽采效率较低,亟需地面高效抽采技术。但地面开发和瓦斯抽采效果差,产气量低,产气周期短,软煤矿区一直被认为是地面抽采的禁区,严重制约了我国煤矿区瓦斯灾害地面防治和煤层气产业化快速发展。

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为彻底扫清碎软煤层煤层气开发和地面瓦斯抽采的技术障碍,2011年,中国煤炭科工集团西安研究院承担“十二五”国家重大油气科技专项—碎软低渗煤层顶板分段压裂水平井煤层气抽采关键技术研究,与淮北矿业集团联合开展技术及装备研发、示范工程试验。通过多年科技攻关与工程实践,形成了开创性的碎软低渗煤层地面煤层气抽采新技术。

“2011年开始我们院的专家团队在国内外调研分析,受美国页岩气水平井分段压裂技术的启发,首次提出了煤层顶板水平井分段压裂抽采煤层气的理念,经反复研究、试验,研发成功碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂地面瓦斯抽采技术。”张旭峰对记者说,该技术针对碎软煤层煤岩力学强度低、成孔困难等特点,将抽采井水平段布设在目标煤层顶板岩层中,通过后续储层改造工艺实现煤层气(瓦斯)地面的高效抽采。结果表明,采用顶板水平井工艺可以实现一个或多个采煤工作面的全覆盖,实现煤矿瓦斯地面的区域性防治。通过3-5年高效预抽,可以有效降低煤层气含量约30-40%,并大幅降低煤层瓦斯压力,大大提高了瓦斯防治的超前性与高效性,实现煤炭安全高效开采。

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该技术在淮北矿区芦岭煤矿首次建立示范工程。2015年4月开始产气,至2016年1月,单井日产气量最高达10746立方米,是同类条件下传统直井技术日产气量的20倍左右,创我国碎软突出煤层地面煤层气井产气量最高纪录。

    此后,业内逐渐接受了这种软煤地面瓦斯抽采新技术。作为产煤大省和软煤资源主要区域,安徽省2016年2月率先出台地方性规定,明确要求对瓦斯压力大于3Mpa的煤层应采取地面瓦斯预抽或其他替代技术;贵州、河南、山西等地对地面预抽也提出强制性要求。

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十年磨一剑。中国煤炭科工集团西安研究院通过艰苦的科技攻关,不仅改变了我国软煤煤层气地面抽采技术发展停滞不前的局面,而且通过在不同矿区、不同条件下示范工程的成功应用,技术得到有效验证。2019年,该技术在山西晋城矿区赵庄煤矿应用后,最高日产气达11156立方米。与此同时,又先后应用于山西潞安矿区余吾煤矿、安徽皖北集团祁东煤矿等,均取得良好效果。截至2020年底,这些项目煤层气累计产气量超过1350万立方米。

2016年8月,“一种煤层气分段压裂水平井强化抽采方法”获国家发明专利。同年12月,中国煤炭工业协会组织专家对碎软低渗煤层顶板岩层水平井分段压裂煤层气高效抽采技术成果进行评审鉴定。专家委员会认为,该技术达到国际领先水平,具有很好的推广应用前景。

“当前我们在持续加大该技术的推广应用范围,让云贵、甘肃、河南、新疆等更多软煤矿区的瓦斯地面抽采用上新技术。我们希望利用该工艺技术将强突煤层改造成弱突煤层,把突煤层改造成不突煤层,为煤矿安全高效智能开采提供保障。”张旭峰表示,同时着手建立地面瓦斯抽采效果评价体系和相关技术标准。煤层气开发(地面瓦斯抽采)作为油气开发和煤炭开采交叉行业,现行技术标准体系和思路主要参考常规油气,不能完全满足煤矿瓦斯防治的需求,是制约地面抽采技术推广与普及的瓶颈,亟待进一步研究完善。

注:本文刊发于2021年3月15日《中国化工报》

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