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煤层气开发技术

来源:《煤炭科学技术》第4期 日期:2010-07-27 浏览量:
定向水平井技术
定向钻进起源于石油钻井, 随着钻探技术的不断深入, 受控定向钻进技术从石油行业逐渐延伸到煤炭、地质等领域。定向钻井是一种使用钻进导向装置进行钻井的技术, 向地下竖着打的井拐弯, 再顺着煤层的方向横着打井。定向钻井采集煤层气的原理和传统方法一样, 通过排水降压, 逼出煤层气, 再进行采集。但定向钻井使横向井顺着煤层穿过, 大幅增加了采气面积和导流能力, 因而提高了效率。水平定向钻进技术是利用钻孔自然弯曲规律或采用专用工具使水平钻孔轨迹按设计要求延伸钻进到预定目标的一种钻探方法, 即将钻孔轴线有弯变直或有直边弯[11]。在钻定向水平井过程中, 从地面到煤层进行定向钻进施工主要有 3部分构成:
①从地面到煤层的垂直井段; ②从垂直地面方向转向煤层方向的造斜井段; ③煤层内水平井段。在煤储层中, 硬度方面与油气储层存在着较大差异, 因此在钻进中, 煤层长钻孔的机械稳定性是一个重要问题。在狭窄煤层中钻进的精度要求较高。因此, 在进行钻进之前, 首先要了解煤层的形态特征、煤层相对于地面井的位置以及煤层中的断层、岩浆侵入或不规则岩脉结构等因素。如果对煤层认识比较到位, 那么钻头换向返回到煤层中的成本就比较低, 如果对煤层不够了解, 那将存在较高的钻进风险, 在钻进中也会发生没有发现煤层或漏失煤层等情况, 严重影响钻进进度和效率。
           欠平衡技术钻井开发技术
              常规煤层气开发技术, 通常假设所开采的煤层具有足够的渗透性和驱动能量, 而且都是以此条件为前提进行储层增强措施 (包括水力压裂和造穴的。如果脱离了这个前提, 即使煤层气藏的丰度再高也无法开采出来。但实际上, 由于成煤环境、煤层变质过程、成煤后煤层遭受的构造影响不同, 煤储层条件千万别。因此在缺乏相应条件的地区不能用常规的系列措施。在我国的煤层一般具有低压、低渗或特低渗、弱含水或贫水、应力敏感性强等特点, 地层压力梯度 0.8~1.0MPa/hm, 空隙率为 1%~10%[12], 不宜采用常规的钻井完井技术方案。而采用欠平衡的方式钻开煤层, 不但钻速快, 成本低, 而且可以减少甚至消除钻进过程中对煤层的伤害, 具有良好的保护煤层的能力。
目前常用技术主要有欠平衡钻多分支水平井与洞穴技术和欠平衡钻井与裸眼洞穴完井技术。
      碳封存与注气提高采收率技术
碳封存是指以捕获碳并安全存储的方式代替直接向大气中排放 CO2的技术。这一技术始于 1977年, 在最近几年得到迅速发展, 其主要构想包括:
①将人类活动产生的碳排放物捕获、收集并存储到安全的碳库中; ②直接从大气中分离 CO2并安全存储。通过碳封存的方法, 同时结合提高能源生产和使用的效率, 以及增加低碳或非碳燃料的生产和利用等手段来减缓大气中 CO2的浓度, 减轻温室效应。
碳封存技术具有较好的发展前景, 不仅对各主要化石燃料消费国, 特别是煤炭消费国有利, 同时还具有平息有关减排费用分摊争吵的潜在能力。我国既是煤层气资源大国, 又是燃煤大国, 如果能把CO2直接注入煤层, 不仅可以增加煤层气的产量,而且可为 “西气东输 ”增加新的能源, 从而产生一定的经济效益。在煤储层中, 煤介质与不同的气体分子之间作用力的差异, 导致煤对不同气体组分的吸附能力不同, 吸附介质的沸点越高, 被煤吸附的能力越强, 从 CO2, CH4到 N2被吸附能力逐渐降低。煤分子与气体分子之间的作用力包括德拜诱导力和伦敦色散力, 由此形成吸引势即吸附势阱深度, 煤层中气体分子的极化率和电离势越大, 势阱越深 (势阱深度: CO2<CH4<N2)。当 CO2被注入煤层之后, 就会与煤基质微孔中的 CH4发生竞争吸附, 从而将原吸附在煤层中的甲烷置换出来, 对于 N2,只能在等压状态下通过降低游离甲烷的分压来影响其吸附等温线, 促使甲烷被置换出来, 从而提高煤层气的采出率。
目前, 煤层气的开发越来越受到各煤炭资源大国的重视, 特别是我国, 煤层气资源丰富, 对煤层气的开发对于能源结构的调整和保护环境具有重要意义。但由于我国煤储层地质条件的复杂性和储层物性的特殊性, 因此必须针对具体的地质条件选择有利的煤层气开发模式和相应的开发技术。