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    中國化工報丨中國煤科西安研究院研發煤層氣地面抽采新技術:有氣不再難出

    發布時間: 2021-03-18

    2月10日,應急管理部發布通知對現行的《煤礦安全規程》部分條文進行修訂。在《征求意見稿》中,再次要求高瓦斯礦井必須“先抽后建”,其中煤層瓦斯壓力達到或超過3MPa的區域,須采用地面鉆井預抽煤層瓦斯或其他方式。記者上周在中國煤炭科工集團西安研究院采訪時了解到,這與該公司首次研發成功碎軟低滲煤層水平井分段壓裂煤層氣高效抽采技術不無關系——該技術在碎軟煤層上取得的突破,成功解決了長期面臨的“有氣難出”的行業技術難題。

    中國煤炭科工集團西安研究院煤層氣開發工程研究所副所長張旭峰告訴記者,我國碎軟煤層主要分布在安徽、河南、山西、云貴等地,占全國煤炭資源總量超過60%。這種煤氣含量高,但由于抽采難度大、技術復雜,給采煤安全帶來了極大挑戰。

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    據介紹,中國煤層氣資源商業化開發始自上世紀90年代,歷經20余年發展,對預防和減少煤礦瓦斯事故發生發揮了重要作用。但國內煤層氣開發和瓦斯防治條件復雜程度居全球之首,軟煤礦區煤礦井下瓦斯抽采通常采用巨量的鉆孔,工作量和投資較大,抽采效率較低,亟需地面高效抽采技術。但地面開發和瓦斯抽采效果差,產氣量低,產氣周期短,軟煤礦區一直被認為是地面抽采的禁區,嚴重制約了我國煤礦區瓦斯災害地面防治和煤層氣產業化快速發展。

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    為徹底掃清碎軟煤層煤層氣開發和地面瓦斯抽采的技術障礙,2011年,中國煤炭科工集團西安研究院承擔“十二五”國家重大油氣科技專項—碎軟低滲煤層頂板分段壓裂水平井煤層氣抽采關鍵技術研究,與淮北礦業集團聯合開展技術及裝備研發、示范工程試驗。通過多年科技攻關與工程實踐,形成了開創性的碎軟低滲煤層地面煤層氣抽采新技術。

    “2011年開始我們院的專家團隊在國內外調研分析,受美國頁巖氣水平井分段壓裂技術的啟發,首次提出了煤層頂板水平井分段壓裂抽采煤層氣的理念,經反復研究、試驗,研發成功碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂地面瓦斯抽采技術?!睆埿穹鍖τ浾哒f,該技術針對碎軟煤層煤巖力學強度低、成孔困難等特點,將抽采井水平段布設在目標煤層頂板巖層中,通過后續儲層改造工藝實現煤層氣(瓦斯)地面的高效抽采。結果表明,采用頂板水平井工藝可以實現一個或多個采煤工作面的全覆蓋,實現煤礦瓦斯地面的區域性防治。通過3-5年高效預抽,可以有效降低煤層氣含量約30-40%,并大幅降低煤層瓦斯壓力,大大提高了瓦斯防治的超前性與高效性,實現煤炭安全高效開采。

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    該技術在淮北礦區蘆嶺煤礦首次建立示范工程。2015年4月開始產氣,至2016年1月,單井日產氣量最高達10746立方米,是同類條件下傳統直井技術日產氣量的20倍左右,創我國碎軟突出煤層地面煤層氣井產氣量最高紀錄。

        此后,業內逐漸接受了這種軟煤地面瓦斯抽采新技術。作為產煤大省和軟煤資源主要區域,安徽省2016年2月率先出臺地方性規定,明確要求對瓦斯壓力大于3Mpa的煤層應采取地面瓦斯預抽或其他替代技術;貴州、河南、山西等地對地面預抽也提出強制性要求。

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    十年磨一劍。中國煤炭科工集團西安研究院通過艱苦的科技攻關,不僅改變了我國軟煤煤層氣地面抽采技術發展停滯不前的局面,而且通過在不同礦區、不同條件下示范工程的成功應用,技術得到有效驗證。2019年,該技術在山西晉城礦區趙莊煤礦應用后,最高日產氣達11156立方米。與此同時,又先后應用于山西潞安礦區余吾煤礦、安徽皖北集團祁東煤礦等,均取得良好效果。截至2020年底,這些項目煤層氣累計產氣量超過1350萬立方米。

    2016年8月,“一種煤層氣分段壓裂水平井強化抽采方法”獲國家發明專利。同年12月,中國煤炭工業協會組織專家對碎軟低滲煤層頂板巖層水平井分段壓裂煤層氣高效抽采技術成果進行評審鑒定。專家委員會認為,該技術達到國際領先水平,具有很好的推廣應用前景。

    “當前我們在持續加大該技術的推廣應用范圍,讓云貴、甘肅、河南、新疆等更多軟煤礦區的瓦斯地面抽采用上新技術。我們希望利用該工藝技術將強突煤層改造成弱突煤層,把突煤層改造成不突煤層,為煤礦安全高效智能開采提供保障?!睆埿穹灞硎?,同時著手建立地面瓦斯抽采效果評價體系和相關技術標準。煤層氣開發(地面瓦斯抽采)作為油氣開發和煤炭開采交叉行業,現行技術標準體系和思路主要參考常規油氣,不能完全滿足煤礦瓦斯防治的需求,是制約地面抽采技術推廣與普及的瓶頸,亟待進一步研究完善。

    注:本文刊發于2021年3月15日《中國化工報》

    作者:李軍








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