都新建 田永东 何庆宏 赵祉友 赵小山
基金项目:国家科技重大专项项目63“山西晋城矿区采气采煤一体化煤层气开发示范工程”(编号为2008ZX05063)。
作者简介:都新建,男,晋煤集团副总经理,高级工程师;通讯地址:山西省晋城市城区北石店镇;邮政编码:048006;联系电话和传真:0356-2190326电子邮箱:[email protected]
(晋城无烟煤矿业集团有限责任公司,山西晋城 048000)
摘要:寺河矿区范围内进行地面煤层气井抽采已经有6年的时间,为对煤层气井抽采效果进行评价,在该矿区施工了抽采效果检测井,并进行含气量测试。根据现今含气量,结合历史生产情况分析,结果表明煤层含气量每年平均可以降低1.36~2.40m3/t。根据这一结论,在时间和空间上,可以使地面煤层气抽采和井下煤矿生产更好地衔接起来,为今后的煤层气设计提供依据。
关键词:寺河矿 煤层气井 抽采效果 评价
Surface Coalbed Methane Extraction Effect Test in Sihe Mining Area
DU Xinjian TIAN Yongdong HE Qinghong ZHAO Zhiyou ZHAO Xiaoshan
(Shanxi Jin cheng Anthracite Mining Group Co.; Ltd., Jin cheng 048006, China)
Abstract: We are engaged in surface extraction of coalbed methane has been 6 years in Sihe mine.In order to evaluate the extraction effect of coalbed methane, we designed one CBM well for testing and tested the gas con- tent.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 1.36～2.40m 3/t per year.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 future.
Keywords: Sihe mine; coalbed methane well; the extraction effect; evaluation
在寺河区块已有一定抽采时间的煤层气井中,借助国家科技重大专项的契机,施工抽采效果检测井,并进行研究,检测在抽采一定年限后,区域煤层含气量的下降情况,并根据历史生产情况进行拟合分析,得出一定的预测曲线,为煤矿煤层瓦斯含量的降低及煤层气井的排采做出一定的指导。
1 总体设计
1.1 总体要求
通过资料收集,分析施工地面参数井煤层气井残余气含量数据变化,揭示晋城矿区典型地区不同抽采周期地面煤层气开发后煤层残余气含量的变化规律,为煤层气后续抽采及煤矿生产接续提供科学依据。
1.2 主要研究内容
国内外煤层气井开发残余气含量研究理论和方法调研;不同抽采周期的煤层气井残余气含量数据分析;晋城矿区地面煤层气开发后煤层残余气含量的变化规律研究。
1.3 技术方案
1.3.1 现场调研、收集资料
在国内外煤层气井开发残余气含量研究理论和方法调研的基础上,通过晋城矿区现场实地考察,调研并收集矿区内不同抽采时间的煤层气井区的煤层气含量分布等资料。
1.3.2 数据分析
依据相关资料和对不同抽采周期的煤层气井残余气含量数据进行总结分析,绘制相应等值线图,揭示晋城矿区典型地区地面煤层气开发后煤层残余气含量的变化规律。
1.4 参数井井位选择
通过现场考察,经过充分协商与沟通,计划实施1口参数井:在寺河矿区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)内布置一口参数井(图1)。
图1 参数井井位布置图
1.5 参数测试设计
参数测试设计需要依据钻探工程设计中的预计煤层厚度来设计采样数量,目前主要依据收集的资料进行了初步设计。
1.5.1 采样数目及分析技术方法
采样数目及测试分析项目:根据要求,对地面参数井鉆遇的3、9、15号煤层进行测试,采集样品数及测试分析项目如表1。
表1 采集样品及测试项目
测试分析技术方法:各项测试分析,严格遵照现有国家标准、行业标准执行。
1.5.2 采样要求
钻井液:煤层段,特别是目标煤层,原则上选用清水作为钻井液。
取芯:采用绳索取芯,用于气含量测试的煤样,在500m以浅钻孔中提升时间不超过10min;1000m以浅钻孔中提升时间不超过20min。
2 施工概况
2.1 施工简况
试-01井位于沁水县加峰镇桃掌村附近,为国家科技重大专项晋城矿区一体化煤层气开发示范工程的示范井,编号为SHSF-01#。甲方为山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司,该井由沁水蓝焰煤层气有限责任公司设计并组织具体钻井施工。其目的在于检测周围煤层气井抽采3#煤层的效果,获得相应的储层资料。
本井由沁水蓝焰煤层气有限责任公司组织钻井施工任务。2010年11月2日一开钻进,钻头规格Φ311.15m三牙轮,11月5日下入Φ244.5mm表层套管,经48小时固井候凝后下入Φ215.90mm三牙轮钻头进行二开钻进,11月21日达到设计目的后完钻,完钻井深为495.00m。
2010年11月22日,完成测井作业。
2010年11月22日,完成固井作业。
2010年11月25日,完成固井质量声幅测井。
2010年11月25日进行试压,30分钟压力15兆帕没有下降,试压合格。
2.2 井身结构
2.2.1 井身结构示意图
井身结构示意图见图2。
2.2.2 井身结构数据表
井身结构数据见表2。
图2 井身结构图
2.3 基本数据
施工情况见表3。
2.4 煤层、煤质与煤层瓦斯概况
2.4.1 煤层
本区主要含煤地层为石炭系上统太原组(C3t)和二叠系下统山西组(P1s)。揭露煤系地层厚度为141.00m,共见可采煤层四层,厚度分别为:3#煤层厚5.89m,7#煤层厚0.34m,9#煤层厚1.15m,15#煤层厚2.46m。本井为取芯井,取芯层位3#,9#,15#煤层段。
表2 井身结构数据表
表3 施工情况简介表
表4 煤层一览表
2.4.2 煤层瓦斯概况
本次钻井在钻遇3#、9#和15#煤层的过程中,未发现井口有冒气冒泡的现象。据已有地质资料:本井及其附近处于瓦斯富集带,邻近生产矿井寺河煤矿及其他矿井均为高瓦斯矿井,瓦斯涌出量大、煤层瓦斯压力较大。地质钻探资料及本井所返煤屑显示:3#、9#和15#煤层呈块状产出,空隙、裂隙均不甚发育,渗透性弱等特性,但从井内返出煤屑在泥浆循环池沉淀时有气泡析出,因此,该井应具有瓦斯抽放潜力。本井要想获得较为理想的抽放结果和可观的经济效益,需进行有效的压裂。
3 实测剩余气含量
3.1 目标煤层
井号:试-01#
目标煤层3煤,深度387.88~393.68m,厚5.80m。现场采取解吸样5个;
目标煤层9煤,深度437.54~438.74m,厚1.20m。现场采取解吸样2个;
目标煤层15煤,深度479.07~481.67m,厚2.60m。现场采取解吸样4个(表5)。
表5 煤芯样品采集情况一览表
3.2 气含量
气含量测定,遵照GB/T19559-2008《煤层气含量测定方法》执行。
3#煤共采集了5个解吸样,空气干燥基气含量8.97~12.45cm3/g,平均10.74cm3/g(报告内平均值均为算术平均值,以下类同);干燥无灰基气含量12.07~14.08cm3/g,平均12.88cm3/g;空气干燥基甲烷含量8.55~12.09cm3/g,平均为10.20cm3/g;干燥无灰基甲烷含量10.99~13.67cm3/g,平均12.24cm3./go
9#煤共采集了2个解吸样,空气干燥基气含量26.08~27.66cm3/g,平均26.87cm3/g(报告内平均值均为算术平均值,以下类同);干燥无灰基气含量30.04~32.99cm3/g,平均31.51cm3/g;空气干燥基甲烷含量25.76~27.14cm3/g,平均为26.45cm3/g;干燥无灰基甲烷含量29.67~32.37cm3/g,平均31.02cm3/go
15#煤共采集了4个解吸样,空气干燥基气含量22.01~26.34cm3/g,平均24.92cm3/g;干燥无灰基气含量28.61~30.17cm3/g,平均29.43cm3/g;空气干燥基甲烷含量21.65~25.88cm3/g,平均为24.50cm3/g;干燥无灰基甲烷含量28.14~29.65cm3/g,平均28.93cm3/g(表6)。
表6 煤层瓦斯含量表
3.3 吸附时间
3#煤样品吸附时间变化4.69~18.69天,平均9.26天。
9#煤样品吸附时间变化1.30~1.97天,平均1.64天。
15#煤样品吸附时间变化1.64~2.95天,平均2.27天。
4 周围取芯井数据
4.1 目标煤层
井号:SH-020#,SH-036#;
目标煤层3煤。
4.2 气含量
气含量测定,遵照GB/T19559-2008《煤层气含量测定方法》执行。
SH-020#:3#煤共采集了5个解吸样,空气干燥基气含量21.07~23.55cm3/g,平均22.31cm3/g(报告内平均值均为算术平均值,以下类同);干燥无灰基气含量22.01~24.23cm3/g,平均23.12cm3/g;空气干燥基甲烷含量16.31~22.09cm3/g,平均为19.20cm3/g;干燥无灰基甲烷含量17.35~23.47cm3/g,平均20.41cm3/g(表7)。
表7 煤层瓦斯含量表
SH-036#:3#煤共采集了5个解吸样,空气干燥基气含量20.81~25.41cm3/g,平均23.11cm3/g(报告内平均值均为算术平均值,以下类同);干燥无灰基气含量23.48~27.28cm3/g,平均25.38cm3/g;空气干燥基甲烷含量19.73~24.68cm3/g,平均为22.21cm3/g;干燥无灰基甲烷含量21.99~25.63cm3/g,平均23.81cm3/g(表8)。
表8 煤层瓦斯含量表
5 周围排采井分析
根据上述周围煤层气井的排采数据进行统计,得出表9数据,其中SH-018#~SH-021#抽采时间为6年,SH-026#~SH-029#抽采时间为5年。
表9 周围煤层气井产气量表
假设煤层气初始含气量为A,日产气量为C,经过D年的抽采后,煤层剩余瓦斯含气量为B,煤层气井控制范围为R,煤层高度为H,煤炭比重为1.5,则可推断出下列等式:
365CD=(A-B)/ЛR2H*1.5
即:C/(A-B)=ЛR2H*1.5/365D
所以得出:日产气量与年煤层瓦斯含量呈指数变化关系。
预测图如图3。
图3 年产气量与年煤层瓦斯含量降低关系图
6 验证结论
通过对抽采效果检测井试-01井的取芯数据与SH-020#、SH-036#进行对比分析(图4,表10,表11),因此周围煤层气井未抽采9#,15#煤层,故在此不作对比。
图4 取芯井瓦斯含量对比图
表10 煤层瓦斯含量对比表
表11 煤层瓦斯含量对比表
按照6年的排采时间来算,平均每年降低1.36~1.5cm3/g。
按照5年的排采时间来算,平均每年降低2.31~2.40cm3/g。
综合进行分析,得出结论,在寺河矿区煤层气的抽采下,煤层气含量将以每年1.36~2.40cm3/g的速度降低,最后必将降至煤矿可采煤层瓦斯含量以下。
7 结束语
由于目前国内抽采效果检测井较少,而在寺河区块属于首次,但是只做了1口,故数据尚不完全,得出的结论尚不完整,今后晋煤集团将借助重大科技专项以及公司科研项目的实施,做出更多的试验性成果,在此对晋煤集团相关领导一并表示感谢。
参考文献
贺天才,秦勇本著.煤层气勘探与开发利用技术.徐州:中国矿业大学出版社
孟召平,田永东,李国富著.煤层气开发地质学理论与方法.北京:科学出版社
倪晓明,苏现波,张小东著.煤层气开发地质学.北京:化学工业出版社
苏现波,陈江峰,孙俊民等著.煤层气地质学与勘探开发.北京:科学出版社