都新建 田永東 何慶宏 趙祉友 趙小山( 晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西晉城 048000)基金項目: 國家科技重大專項項目 63 “山西晉城礦區(qū)采氣采煤一體化煤層氣開發(fā)示范工程” ( 編號為2008ZX05063) 。作者簡介: 都新建，男，晉煤集團(tuán)副總經(jīng)理，高級工程師; 通訊地址: 山西省晉城市城區(qū)北石店鎮(zhèn); 郵政編碼: 048006; 聯(lián)系電話和傳真: 0356 2190326 電子郵箱: com摘 要: 寺河礦區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行地面煤層氣井抽采已經(jīng)有 6 年的時間，為對煤層氣井抽采效果進(jìn)行評價，在該礦區(qū)施工了抽采效果檢測井，并進(jìn)行含氣量測試。根據(jù)現(xiàn)今含氣量，結(jié)合歷史生產(chǎn)情況分析，結(jié)果表明煤層含氣量每年平均可以降低 36 ～ 40m3/ t。根據(jù)這一結(jié)論，在時間和空間上，可以使地面煤層氣抽采和井下煤礦生產(chǎn)更好地銜接起來，為今后的煤層氣設(shè)計提供依據(jù)。關(guān)鍵詞: 寺河礦 煤層氣井 抽采效果 評價Surface Coalbed Methane Extraction Effect Test in Sihe Mining AreaDU Xinjian TIAN Yongdong HE Qinghong ZHAO Zhiyou ZHAO Xiaoshan( Shanxi Jin cheng Anthracite Mining Group C ; L ，Jin cheng 048006，China)Abstract: We are engaged in surface extraction of coalbed methane has been 6 years in Sihe In order to evaluate the extraction effect of coalbed methane，we designed one CBM well for testing and tested the gas con- According to the present gas content and the analysis of production history，the results show that the average coal seam gas content can be reduced 36 ～ 40m3/ t per This conclusion can make the surface extraction of coalbed methane and underground coal production more harmonious in time and space and provide the basis for the design of coalbed methane in the Keywords: Sihe mine; coalbed methane well; the extraction effect; evaluation在寺河區(qū)塊已有一定抽采時間的煤層氣井中，借助國家科技重大專項的契機(jī)，施工抽采效果檢測井，并進(jìn)行研究，檢測在抽采一定年限后，區(qū)域煤層含氣量的下降情況，并根據(jù)歷史生產(chǎn)情況進(jìn)行擬合分析，得出一定的預(yù)測曲線，為煤礦煤層瓦斯含量的降低及煤層氣井的排采做出一定的指導(dǎo)。1 總體設(shè)計1 總體要求通過資料收集，分析施工地面參數(shù)井煤層氣井殘余氣含量數(shù)據(jù)變化，揭示晉城礦區(qū)典型地區(qū)不同抽采周期地面煤層氣開發(fā)后煤層殘余氣含量的變化規(guī)律，為煤層氣后續(xù)抽采及煤礦生產(chǎn)接續(xù)提供科學(xué)依據(jù)。2 主要研究內(nèi)容國內(nèi)外煤層氣井開發(fā)殘余氣含量研究理論和方法調(diào)研; 不同抽采周期的煤層氣井殘余氣含量數(shù)據(jù)分析; 晉城礦區(qū)地面煤層氣開發(fā)后煤層殘余氣含量的變化規(guī)律研究。3 技術(shù)方案1 現(xiàn)場調(diào)研、收集資料在國內(nèi)外煤層氣井開發(fā)殘余氣含量研究理論和方法調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過晉城礦區(qū)現(xiàn)場實地考察，調(diào)研并收集礦區(qū)內(nèi)不同抽采時間的煤層氣井區(qū)的煤層氣含量分布等資料。2 數(shù)據(jù)分析依據(jù)相關(guān)資料和對不同抽采周期的煤層氣井殘余氣含量數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析，繪制相應(yīng)等值線圖，揭示晉城礦區(qū)典型地區(qū)地面煤層氣開發(fā)后煤層殘余氣含量的變化規(guī)律。4 參數(shù)井井位選擇通過現(xiàn)場考察，經(jīng)過充分協(xié)商與溝通，計劃實施 1 口參數(shù)井: 在寺河礦區(qū) 30 口抽采井群 ( 已抽采6 年以上) 和70 口抽采井群 ( 已抽采5 年以上) 內(nèi)布置一口參數(shù)井 ( 圖1) 。圖1 參數(shù)井井位布置圖5 參數(shù)測試設(shè)計參數(shù)測試設(shè)計需要依據(jù)鉆探工程設(shè)計中的預(yù)計煤層厚度來設(shè)計采樣數(shù)量，目前主要依據(jù)收集的資料進(jìn)行了初步設(shè)計。1 采樣數(shù)目及分析技術(shù)方法采樣數(shù)目及測試分析項目:根據(jù)要求，對地面參數(shù)井鉆遇的3、9、15號煤層進(jìn)行測試，采集樣品數(shù)及測試分析項目如表1。表1 采集樣品及測試項目測試分析技術(shù)方法:各項測試分析，嚴(yán)格遵照現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。2 采樣要求鉆井液:煤層段，特別是目標(biāo)煤層，原則上選用清水作為鉆井液。取芯:采用繩索取芯，用于氣含量測試的煤樣，在500m以淺鉆孔中提升時間不超過10min;1000m以淺鉆孔中提升時間不超過20min。2 施工概況1 施工簡況圖2 井身結(jié)構(gòu)圖試01井位于沁水縣加峰鎮(zhèn)桃掌村附近，為國家科技重大專項晉城礦區(qū)一體化煤層氣開發(fā)示范工程的示范井，編號為SHSF01#。甲方為山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，該井由沁水藍(lán)焰煤層氣有限責(zé)任公司設(shè)計并組織具體鉆井施工。其目的在于檢測周圍煤層氣井抽采3#煤層的效果，獲得相應(yīng)的儲層資料。本井由沁水藍(lán)焰煤層氣有限責(zé)任公司組織鉆井施工任務(wù)。2010年11月2日一開鉆進(jìn)，鉆頭規(guī)格Φ15㎜三牙輪，11月5日下入Φ5㎜表層套管，經(jīng)48小時固井候凝后下入Φ90㎜三牙輪鉆頭進(jìn)行二開鉆進(jìn)，11月21日達(dá)到設(shè)計目的后完鉆，完鉆井深為00m。2010年11月22日，完成測井作業(yè)。2010年11月22日，完成固井作業(yè)。2010年11月25日，完成固井質(zhì)量聲幅測井。2010年11月25日進(jìn)行試壓，30分鐘壓力15兆帕沒有下降，試壓合格。2 井身結(jié)構(gòu)1 井身結(jié)構(gòu)示意圖井身結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。2 井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表2。3 基本數(shù)據(jù)施工情況見表3。4 煤層、煤質(zhì)與煤層瓦斯概況1 煤層本區(qū)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組﹙C3t﹚和二疊系下統(tǒng)山西組﹙P1s﹚。揭露煤系地層厚度為00m，共見可采煤層四層，厚度分別為:3#煤層厚89m，7#煤層厚34m，9#煤層厚15m，15#煤層厚46m。本井為取芯井，取芯層位3#，9#，15#煤層段。表2 井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表表3 施工情況簡介表表4 煤層一覽表2 煤層瓦斯概況本次鉆井在鉆遇3#、9#和15#煤層的過程中，未發(fā)現(xiàn)井口有冒氣冒泡的現(xiàn)象。據(jù)已有地質(zhì)資料:本井及其附近處于瓦斯富集帶，鄰近生產(chǎn)礦井寺河煤礦及其他礦井均為高瓦斯礦井，瓦斯涌出量大、煤層瓦斯壓力較大。地質(zhì)鉆探資料及本井所返煤屑顯示:3#、9#和15#煤層呈塊狀產(chǎn)出，空隙、裂隙均不甚發(fā)育，滲透性弱等特性，但從井內(nèi)返出煤屑在泥漿循環(huán)池沉淀時有氣泡析出，因此，該井應(yīng)具有瓦斯抽放潛力。本井要想獲得較為理想的抽放結(jié)果和可觀的經(jīng)濟(jì)效益，需進(jìn)行有效的壓裂。3 實測剩余氣含量1 目標(biāo)煤層井號:試01#目標(biāo)煤層3煤，深度88～68m，厚80m。現(xiàn)場采取解吸樣5個;目標(biāo)煤層9煤，深度54～74m，厚20m?，F(xiàn)場采取解吸樣2個;目標(biāo)煤層15煤，深度07～67m，厚60m?，F(xiàn)場采取解吸樣4個(表5)。表 5 煤芯樣品采集情況一覽表2 氣含量氣含量測定，遵照GB/T195592008《煤層氣含量測定方法》執(zhí)行。3#煤共采集了5個解吸樣，空氣干燥基氣含量97～45cm3/g，平均74cm3/g(報告內(nèi)平均值均為算術(shù)平均值，以下類同);干燥無灰基氣含量07～08cm3/g，平均88cm3/g;空氣干燥基甲烷含量55～09cm3/g，平均為20cm3/g;干燥無灰基甲烷含量99～67cm3/g，平均24cm3/g。9#煤共采集了2個解吸樣，空氣干燥基氣含量08～66cm3/g，平均87cm3/g(報告內(nèi)平均值均為算術(shù)平均值，以下類同);干燥無灰基氣含量04～99cm3/g，平均51cm3/g;空氣干燥基甲烷含量76～14cm3/g，平均為45cm3/g;干燥無灰基甲烷含量67～37cm3/g，平均02cm3/g。15#煤共采集了4個解吸樣，空氣干燥基氣含量01～34cm3/g，平均92cm3/g;干燥無灰基氣含量61～17cm3/g，平均43cm3/g;空氣干燥基甲烷含量65～88cm3/g，平均為50cm3/g;干燥無灰基甲烷含量14～65cm3/g，平均93cm3/g(表6)。表 6 煤層瓦斯含量表3 吸附時間3#煤樣品吸附時間變化69～69天，平均26天。9#煤樣品吸附時間變化30～97天，平均64天。15#煤樣品吸附時間變化64～95天，平均27天。4 周圍取芯井?dāng)?shù)據(jù)1 目標(biāo)煤層井號:SH020#，SH036#;目標(biāo)煤層3煤。2 氣含量氣含量測定，遵照GB/T195592008《煤層氣含量測定方法》執(zhí)行。SH020#:3#煤共采集了5個解吸樣，空氣干燥基氣含量07～55cm3/g，平均31cm3/g(報告內(nèi)平均值均為算術(shù)平均值，以下類同);干燥無灰基氣含量01～23cm3/g，平均12cm3/g;空氣干燥基甲烷含量31～09cm3/g，平均為20cm3/g;干燥無灰基甲烷含量35～47cm3/g，平均41cm3/g(表7)。表7 煤層瓦斯含量表SH-036#:3#煤共采集了5個解吸樣，空氣干燥基氣含量81～41cm3/g，平均11cm3/g(報告內(nèi)平均值均為算術(shù)平均值，以下類同);干燥無灰基氣含量48～28cm3/g，平均38cm3/g;空氣干燥基甲烷含量73～68cm3/g，平均為21cm3/g;干燥無灰基甲烷含量99～63cm3/g，平均81cm3/g(表8)。表8 煤層瓦斯含量表5 周圍排采井分析根據(jù)上述周圍煤層氣井的排采數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，得出表9數(shù)據(jù)，其中SH-018#～SH-021#抽采時間為6年，SH026#～SH029#抽采時間為5年。表9 周圍煤層氣井產(chǎn)氣量表假設(shè)煤層氣初始含氣量為A，日產(chǎn)氣量為C，經(jīng)過D年的抽采后，煤層剩余瓦斯含氣量為B，煤層氣井控制范圍為R，煤層高度為H，煤炭比重為5，則可推斷出下列等式:中國煤層氣技術(shù)進(jìn)展: 2011 年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集即:中國煤層氣技術(shù)進(jìn)展: 2011 年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集所以得出:日產(chǎn)氣量與年煤層瓦斯含量呈指數(shù)變化關(guān)系。預(yù)測圖如圖3。圖3 年產(chǎn)氣量與年煤層瓦斯含量降低關(guān)系圖6 驗證結(jié)論通過對抽采效果檢測井試01井的取芯數(shù)據(jù)與SH020#、SH036#進(jìn)行對比分析(圖4，表10，表11)，因此周圍煤層氣井未抽采9#，15#煤層，故在此不作對比。圖4 取芯井瓦斯含量對比圖表10 煤層瓦斯含量對比表表11 煤層瓦斯含量對比表按照6年的排采時間來算，平均每年降低36～5cm3/g。按照5年的排采時間來算，平均每年降低31～40cm3/g。綜合進(jìn)行分析，得出結(jié)論，在寺河礦區(qū)煤層氣的抽采下，煤層氣含量將以每年36～40cm3/g的速度降低，最后必將降至煤礦可采煤層瓦斯含量以下。7 結(jié)束語由于目前國內(nèi)抽采效果檢測井較少，而在寺河區(qū)塊屬于首次，但是只做了1口，故數(shù)據(jù)尚不完全，得出的結(jié)論尚不完整，今后晉煤集團(tuán)將借助重大科技專項以及公司科研項目的實施，做出更多的試驗性成果，在此對晉煤集團(tuán)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)一并表示感謝。參考文獻(xiàn)賀天才，秦勇本著煤層氣勘探與開發(fā)利用技術(shù)徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社孟召平，田永東，李國富著煤層氣開發(fā)地質(zhì)學(xué)理論與方法北京:科學(xué)出版社倪曉明，蘇現(xiàn)波，張小東著煤層氣開發(fā)地質(zhì)學(xué)北京:化學(xué)工業(yè)出版社蘇現(xiàn)波，陳江峰，孫俊民等著煤層氣地質(zhì)學(xué)與勘探開發(fā)北京:科學(xué)出版社