基于計算機模擬的煤層氣開采方法及增產(chǎn)對策分析

姚二波

摘 要：煤層氣的開采是煤炭資源能夠充分利用的有效措施，在煤層滲透率不同的基礎(chǔ)上，借助計算機模擬技術(shù)演示了三種開采方法，并依據(jù)各個煤層的實際滲透程度與恰當(dāng)?shù)拈_采方式相結(jié)合，為煤層氣開采技術(shù)的完善提供了借鑒意義。

關(guān)鍵詞：計算機仿真;煤層氣;開采技術(shù)

0 引言

在之前的煤層氣開采技術(shù)當(dāng)中，經(jīng)常運用直井開采、礫石完井形式。許多采出的煤分堵住在井底，減少了煤層氣的可以開采的數(shù)量。當(dāng)代化的煤層氣開采多采用套管完井、洞穴完井以及水平井完井等方式。這之中的開采最重要的因素就是滲透率，在之前的科研當(dāng)中許多使用的參照方法研究滲透率的選擇情況，帶有特定的局限性質(zhì)。本文運用計算機模擬，把滲透率數(shù)字化處理，用來列出增產(chǎn)舉措。

1 煤層氣的開采技術(shù)

煤層氣開采的主要方式有兩種。第一種是井下開采煤層氣。這種形式的順序是，當(dāng)煤層氣是位于傾斜度10°往上的地方時，這時候普遍采用水平開采形式，這其中的每一水平可分成各等分采區(qū)，首先是開采第一水平區(qū)域的煤層氣，然后依次按順序開采，開采完成后然后到下一個水平。當(dāng)開采近水平煤層氣的時候，把煤層氣可以先區(qū)分成若干個盤區(qū)，在井田中心立井后抵達(dá)到煤層氣之后，首要先開采接近于井筒的區(qū)域，然后再依次開采遠(yuǎn)處的區(qū)域。如果存在多層煤區(qū)這種情況，要首先開采第一個水平面上的最上層煤區(qū)，接著再由上到下開采完成其他煤層氣，開采完這些后轉(zhuǎn)向第二水平。第二種是地面垂直井開采煤層氣。地面垂直井開采是在地面鉆井，將井鉆到尚未開采的煤層，通過排水降低井內(nèi)壓力，使煤層氣從煤層中解析，并通過井筒流入地面集輸裝置這種開采方式是在煤層開采前進行，產(chǎn)量大，資源回收率高。但這種開采方式要求煤層厚度大、儲集煤層氣的煤層的原始底層壓力和滲透率高。這種開采方式也被成為采前抽放。

1.1 深礦井開采技術(shù)

深礦井開采的主要方式是，開采煤層氣時的礦壓遏制、沖擊地壓防護、瓦斯以及熱害治理和深礦通風(fēng)、井道安放等。這其中要攻克鉆研的是，深礦圍巖勢態(tài)以及應(yīng)力場和分布勢態(tài)的特點;深礦工作環(huán)境的改變;深礦井道迅速挖掘以及支護手段和器備;深礦沖擊地壓防控手段以及監(jiān)視防控技術(shù);深礦高效率的開采相關(guān)手段;深礦挖掘熱害治理手段以及裝備。

1.2 “三下”開采技術(shù)

提升數(shù)據(jù)擬判計算以及類似材料擬判等，加大研究開采上覆巖層作業(yè)以及地表層凹陷準(zhǔn)則力度，研習(xí)滿足表層、建筑物、地下水源防護需求的合適的開采體系以及優(yōu)化數(shù)據(jù)，開發(fā)下降控制觀念以及主要手段，包含使用地面廢材料往陷落法作業(yè)面采空區(qū)域填充的體系;研習(xí)和應(yīng)用很多種填充手段以及組合填充手段，鄉(xiāng)下建筑加固改造重建手段，適用于村莊保護的開采手段;研習(xí)近水體挖掘的設(shè)計，工藝數(shù)據(jù)優(yōu)化以及裝備，使用煤層氣挖掘和煤炭城鎮(zhèn)和諧統(tǒng)一的挖掘下陷防控、挖掘村莊下壓煤、土地再開發(fā)以及煤層氣水資源化等主要手段。

1.3 地面采動區(qū)鉆井開采

從地面向煤層鉆井，但井鉆在煤礦的采動區(qū)，所鉆的井稱為地面采動區(qū)井。鉆井利用煤和井筒的壓差或用氣泵抽吸采動區(qū)及附近巖石、煤層或采空區(qū)的煤層氣。這種開采方式的特點是與采煤作業(yè)同期進行，其井位選擇、開采時間、作業(yè)方法都受采煤作業(yè)的嚴(yán)格制約，適用于在開采的主要煤層上方有多個煤層的礦區(qū)，以保證有足夠的氣源。近年發(fā)展了水平定向分支井，即一口直井下面有1-4個主水平井，在每個主水平井中還有若干個水平的分支井，用以增加煤層氣和井筒的接觸面積，以期獲得煤層氣的高產(chǎn)。

2 煤層氣滲透率分類模擬與增產(chǎn)措施

2.1 滲透率分類

依據(jù)資料當(dāng)中的煤層氣滲透狀況以及特定地質(zhì)狀況，使用EcliDs煤層氣計算來做模擬。首先變量是不一樣級別的滲透率，比較數(shù)值是單井積累產(chǎn)氣量，對洞穴完井、直井壓裂完井和水平完井三種形式來做橫向?qū)Ρ?，比如煤層氣模型的儲氣形式是封閉的存儲，開采形式是壓力竭盡開采。顯示的是仿真參數(shù)。經(jīng)過模擬開采15a之后得出，三種完井形式的煤層氣積累數(shù)量跟著煤層滲透率的變化顯示出很大不同。顯示出，水平完井的積累量最高，但三種完井形式跟著滲透率的加大全部呈現(xiàn)漸漸減小形勢，最終致使相同的原因是相比較其他兩種完井形式而言，水平完井井筒具備更廣的控制區(qū)域，然而這種優(yōu)點跟著滲透率的加大反而漸漸減少。顯示出，洞穴完井以及直井壓裂形式的積累數(shù)量大都相同，這兩個在滲透率是為100*10-15m2顯示出不同，在滲透率高于100*10-15m2時洞穴完井形式數(shù)量較大，當(dāng)滲透率低于100*10-15m2時直井壓裂形式數(shù)量較大。

2.2 基于滲透率的增產(chǎn)措施

經(jīng)過之前的煤層氣挖掘經(jīng)驗?zāi)艿贸觯簩託鉂B透率位于很重要的地位，依據(jù)本文計算機模擬成果，聯(lián)系國內(nèi)有關(guān)經(jīng)驗以及煤層氣挖掘成果，設(shè)立了增產(chǎn)策略以及完井形式。

3 完井方法與增產(chǎn)策略

3.1 低滲透煤層氣

經(jīng)過以上的研究能得出，經(jīng)過減短氣源距離井筒的遠(yuǎn)近以及增大井筒防控區(qū)域得以提升低滲透煤層氣單井產(chǎn)出量。主井開采使用水平井分開壓裂、U型水平井和多分支水平井手段。

多分支水平井手段是一個導(dǎo)向、布控造井成果的煤層氣挖掘手段，大都狀況把水平分支井眼放在煤層當(dāng)中，增大煤層氣和井筒的碰觸區(qū)域，壓制導(dǎo)流情況以及儲存壓力小的劣勢。特別適合于低壓儲存增加產(chǎn)量以及低滲透煤層氣增加產(chǎn)量舉措。跟普通的直井壓裂手段對比，這個手段具備開采收益高、布控區(qū)域廣等特征。水平井包含普通水平井以及U型井兩種，因為煤層氣的小壓力、低含氣飽和度和低滲透率特點，規(guī)避點束縛，運用水平井手段能最大程度增大布控區(qū)域，加大間隙巷道以及煤層氣分割間隙體系的溝通狀況，減少水排出阻礙、增大降壓區(qū)域，實現(xiàn)提升采收率以及增加產(chǎn)量的成果。因為水平井裂開具備經(jīng)濟性質(zhì)、成本低等特征。

3.2 中滲透煤層氣

從挖掘手段上把直井水力壓力分成重復(fù)壓力、定點壓力以及分層壓力三種形式。從壓裂液類這方面能分成泡沫壓裂、活性水以及清水等形式。之中清水壓裂對底面損害小、成本不高，然而裂縫支撐成果以及攜砂情況不好。植物壓裂形式給煤層氣帶來的損傷大。然而能得到良好的支撐裂縫成果以及強攜砂情況，泡沫壓裂成本不低，且技術(shù)手法要求較高，然而其性能較好。

3.3 高滲透煤層氣

國際上多數(shù)使用擴孔方法以及洞穴方法，這對高滲透性煤層氣挖掘做完井增加產(chǎn)量，擴孔完井形式是一種改良的裸眼完井形式，普遍運用到高滲透煤層氣或是滲透率高于100*10-15m2的特高滲透煤層氣。最初在煤層氣之上鉆孔并放入大套管，接著把煤層氣鉆通后把鉆孔增加到50”至76”，來提升煤層氣數(shù)量，避免挖掘當(dāng)中給煤層氣形成的損傷。洞穴完井挖掘形式普遍運用在煤層氣裂隙、壓力較大和厚度較高煤層氣挖掘當(dāng)中，在挖掘當(dāng)中，一般運用聯(lián)通法防控主次內(nèi)生間隙。能建立天然間隙以及井孔間隙之間的聯(lián)系性，然而洞穴完井形式風(fēng)險不低、工作時間長、施工技藝比較繁瑣。

4 結(jié)語

中國煤層氣普遍屬于低滲透性或是中滲透性煤層氣，要使用水平井壓裂、水平井或是直井壓裂開采形式來做煤層氣挖掘，才可以實現(xiàn)完善技藝、增產(chǎn)的成果。水平井分段一般對于我國的高儲藏、低滲透煤層氣來使用。可以非常高效的提升單井?dāng)?shù)量以及布控區(qū)域，是將來煤層氣開采的主要情況。

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