王牌 土木工程的发展 1687 - 8094 1687 - 8086 Hindawi 10.1155 / 2021/9966843 9966843 研究文章 泄压保护层中的天然气开采的特点,表面在淮南钻井 https://orcid.org/0000 - 0001 - 7163 - 7090 通 Xiaozhang 1 2 3 4 https://orcid.org/0000 - 0001 - 9016 - 0734 温 胡 1 2 https://orcid.org/0000 - 0001 - 9694 - 8637 程 Xiaojiao 1 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 1195 - 8930 风扇 始兴 1 2 叶 春晖 3 4 刘 明阳 1 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 0970 - 7032 王 胡 1 2 林 贾 1 安全科学与工程学院 西安科技大学 西安710054年 中国 xust.edu.cn 2 陕西省重点实验室煤火的预防和控制 西安710054年 中国 3 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 淮南 安徽232001年 中国 4 淮南矿业集团有限公司 淮南 安徽232001年 中国 hnmine.com 2021年 8 6 2021年 2021年 25 3 2021年 24 5 2021年 8 6 2021年 2021年 版权©2021 Xiaozhang通等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

研究天然气开采的行为从保护层表面钻孔、浓度和天然气开采天然气开采的共同特征量进行了总结通过表面钻探的关键参数的收集和数据和数字的组合,与11的背景−2煤保护13−1在淮南矿区煤。的研究结果表明,该流减压保护层的表面钻探天然气开采有三个阶段:崛起的时期,稳定的时期,衰变期。当提取过程的多个表面井在同一工作面协调,提取流叠加,提取卷表面的钻井显示了一个增加的趋势和波动与钻孔的位置。提取流量相对较小,地面钻井之前,地面钻井后提取流量增加。这种行为是通过实地观察进一步证实了开采保护层的变化和保护的扩张和变形层。周期性变化的表面钻探和开采数量的影响主要由采矿运动的工作面保护层。具体地说,它的影响因素,如矿业发展的工作面保护层,开采高度、压实度采空区,卸压程度的层,保护原始瓦斯含量,和其他措施来提取层保护。

 中国国家自然科学基金 51974240 国家重点的关键特殊项目研发计划 2016年yfc0801802 1。介绍

中国有丰富的煤炭资源和煤层气资源(CBM)。根据第二个国家煤炭资源预测结果,煤层气储量埋在深处的体积小于2000年的中国是3.68×1013米3,相当于4.2×1010t标准煤( 1]。中国的煤矿甲烷(CMM)资源更丰富的比俄罗斯和美国,居世界第三,占总数的13% CMM资源在CMM的12个国家的富有。2012年,3284年高位瓦斯突出煤矿分布在26个主要产煤省,主要是在西南地区和中东地区。中国煤矿安全法规规定必须predrained煤层开采,瓦斯压力和瓦斯含量减少到0.74 MPa和8米3分别/ t。否则,很容易造成煤与瓦斯爆发,在工作面过剩的天然气,天然气爆炸事故( 2- - - - - - 5]。此外,臭氧层的破坏和造成的温室效应气体排放到大气中7和21倍的有限公司2分别为( 6]。然而,煤层气是一种清洁、高效的能源,和它的热值一般煤的2 - 5倍( 7]。

煤层渗透性增强主要包括保护层开采、水力压裂、水力切割、液压冲孔,预裂爆破冲击波压裂、液体有限公司2爆破和其他孔骨折重建技术。目前,水力压裂、水力切割和水力冲洗已经取得了很大的进步在增加生产的页岩气和煤层气 8- - - - - - 11]。然而,这些方法也引入一些问题。当水进入微裂缝的煤的身体,“水锁”的影响下气体解吸迅速衰减,导致可怜的注水。很难确保压裂水均匀分布的细裂缝和孔隙的煤层,它不能完全湿煤。液压技术需要高耗水量、德州等领域已成为一个问题,北达科塔州,堪萨斯州( 12]。此外,使用的水和地下水水化技术返回地面;这水可以包含液压添加剂或有害物质。

预裂爆破取得了一些的成就增加煤层的渗透率和加强瓦斯抽放 13]。然而,它是极难处理异常情况,比如“哑爆破”和“盲目爆破”当使用炸药。此外,爆炸导致煤岩体爆破过程中碎,碎煤会阻碍爆破波的传播,导致了更高的能耗。骨折圆面积小,和碎煤岩体可以轻松阻止骨折,使提取无效。冲击波的煤层压裂是一项创新技术增强渗透气体排水( 14]。煤储层是通过打破重建,流泪,和弹性声波扰动的基本特征分割和频带。这个基本功能是结合重复加载的疲劳效应,这使得可控冲击波技术有利储层改造技术;然而,大规模地下应用程序尚未实现。

近年来,国内外研究人员已经进行了大量的液体有限公司2主要煤矿爆破测试( 15]。现场结果表明,该技术对煤储层具有显著影响重建和煤层甲烷复苏,但影响的范围很小。温家宝et al。( 16- - - - - - 24)提出了液体有限公司2渗透性增强煤矿和天然气置换技术,进行了几种地下工程测试,取得了良好效果。然而,这些研究问题,如小测试领域和困难的有限公司2交通工具。保护层开采是最有效的防治瓦斯灾害区域测量。保护层开采煤炭骨架的变形程度变化,破坏了上覆煤岩体的应力状态,有效地提高了防护层的渗透率,并促进解吸,流程,和压力释放气体的排放 25- - - - - - 28]。此外,金证实,保护层开采产生的保护区是比那些理论上预测( 29日),但这项技术非常受地质条件的影响。逐年开采深度的加深,有越来越少的煤层或低outburst-prone煤层的层间间距20 - 50米。因此,保护层开采方法极大地影响煤层的赋存特征。

典型的淮南矿区的地质特征是煤层组的发生率较高,保护层开采策略已完全实现。开采过程中的防护层,采矿引起的应力场和断裂场演化作用是用来缓解压力,增加气体的渗透性,提高压力释放天然气的储存和运输。保护的压力释放气体层有效地提取,和煤炭和天然气开采在一起消除煤与瓦斯爆发的风险保护层。

减压方法主要包括天然气开采地下巷道开采,煤炭pillarless钻孔提取和表面钻探开采( 30.]。通过表面钻探天然气开采是一种绿色开采技术,不干扰我的正常运行的表面结构,减少了大量的地下工程技术,有利于安全生产。这个过程通常分为predrainage开采之前,采动排水和采空区排水。表面钻探技术已经应用于淮南、淮北、金城、Lu,和其他高天然气矿区和越来越有效 31日- - - - - - 37]。基于表面的排水结果钻井的一个典型工作面开采保护层的淮南矿区,救援的特点从表面的保护层开采天然气开采进行了总结。

1.1。应用表面钻探减压在淮南矿区天然气开采

由于压力释放气体分离技术的成功应用表面钻探2352(1)工作面保护层Panyi煤矿2002年,已经有超过100口井测试潘煤矿,谢桥煤矿Zhangji煤矿,Guqiao煤矿。煤矿的地理分布如图 1。表面钻探在淮南矿区主要用于卸压开采过程中天然气开采11−2煤保护煤层的脸,也就是说,建筑表面钻探前11−2煤炭开采。矿业的11−2煤保护层,上覆煤岩层继续崩溃,裂缝、下沉,导致原本封闭的孔隙和裂缝地质体内增殖和开放,和围岩的透气性系数及其煤层大大增加,如图 2。保护层的开采促进防护和保护的完整卸压层。保护层卸压气体,气体流入采空区,卸压保护层的气体流入通过屏幕然后输送到地面。

研究区域的地理位置和地点的工程测试网站( 17]。

减压CMM的不同阶段提取的多用途修改从王等人的作品。 38]。

 2。表面的特征类型在淮南矿区钻探

适应表面压力释放气体钻井技术提取各种类型的工作面临着矿业的防护层,提高天然气开采,淮南矿业集团和创新在钻井结构有所提高,钻井施工技术和钻井位置布局。淮南矿区成功应用结构类型我II, III, IV,如表所示 1。此外,淮南矿业集团成立了一个钻井结构和钻井位置布局适合不同的开采条件,掌握了关键钻探施工工艺不同的身体结构,和丰富的理论基础减压天然气开采保护层。

表面气体抽油井在淮南矿区不同的结构类型。

类型 结构表征 煤矿的成功应用 结果
我 Panyi煤矿,谢桥煤矿和潘煤矿 最大单井天然气开采数量接近10000003
二世 Dingji煤矿 单井的累计天然气产量接近10000003
三世 Guqiao煤矿,以及其他在淮南矿区煤矿 单井的天然气产量超过1000000米3解决了天然气开采的问题,迅速发展的表面钻探天然气开采卸压的复杂地质和水文地质环境
四世 潘煤矿,以及其他在淮南矿区煤矿 最大的单井天然气开采数量达到7500000米3
3所示。在天然气开采特点的典型表面钻孔减压淮南矿区 3.1。测量从表面钻探天然气开采

提取压力释放气体从保护层表面钻,一个独立的提取系统建立了足够的提取能力和20 - 50 kPa的负压。高度集中的气体提取可以直接使用在清洁能源天然气发电或民用。在表面的提取井、特殊人员部署到维护提取系统。气体提取浓度、负压、流量、温度等参数测量。每天提取报告制定,定期表面钻探的提取效果进行了分析。

 3.2。典型的特点,从单一的地面钻井压力释放气体

地面钻井1号2662(1)工作面保护层是I型钻孔结构,共有214天的提取和2091万米3天然气开采。图 3(一个)显示1号表面的气流钻井具有明显的周期性,这可分为上升时期,稳定的时期,和衰减期。地上好(1号)12米通过矿业脸开始提取;浓度为20%,天然气开采和天然气开采率是2.99米3/分钟。从这一点上,天然气开采的浓度和萃取率上升时期,直到矿业面临通过钻井33米;浓度为81%,天然气开采和提取速度是15.89米3/分钟。然后工作面通过33 - 109.2钻井,萃取率稳定在这一时期。平均浓度为64%,天然气开采和提取速度平均为11.84 m3/分钟。工作面后通过了钻井(109.2米),萃取率的衰减期,萃取率和采矿进度(时间)指数下降。

图说明气体浓度和流量在天然气开采和减压为典型的单一表面威尔斯:(a)保护层工作面2662 (1),(b)保护层工作面2371(1),和(c) 2371(1)工作面保护层上升时期。

地面钻井1号2371(1)工作面保护层是II型钻井结构,共有427天的提取和5.4254亿米3天然气开采。数据 3 (b)和 3 (c)显示,周期性变化的行为“上升时期,稳定的时期,衰变期”前面描述的是在这个钻井系统。工作面是15.2米1号地面钻井系统,浓度为80%,天然气开采和萃取率为1.25 - -1.4米3/分钟,原始采煤。7.5工作面时从1号好,气体提取浓度为60%,萃取率为6.85 m3/分钟,萃取率大大增加,表明受保护的13层−1煤被释放了。工作面开采时,1号井的位置在地面上,天然气开采的浓度为30%,萃取率为0.76 m3/分钟,地面钻井的提取浓度显著降低。随后,浓度和萃取率天然气开采进入了上升时期。当工作面通过钻井深度11.6米,气体提取浓度为95%,萃取率达到17.15米3/分钟。工作面通过钻井深度11.6 - -162.9 m,和萃取率稳定的时期。平均浓度为85.8%,天然气开采和提取速度平均为14.86 m3/分钟。工作面过后的钻探深度162.9米,萃取率进入衰减期,萃取率和工作面进步(时间)指数下降。

1号井的结构在地面上的2662(1)工作面和2371(1)工作面不同,和提取时间和数量是不同的,虽然两者都遵循的周期模式”上升时期,稳定的时期,和衰减期。”因此,在分析提取表面在淮南矿区钻探,发现减压的典型特征气体提取表面钻探遵循周期模式的“上升时期,稳定的时期,和衰减期。”

 3.3。分析由多个天然气开采地面钻井系统在同一工作面

之间的距离地面钻井和开采卸压气体保护层在淮南矿区通常少于300米。因此,多个钻探系统排列在同一工作面。如图 4,共有五个地面井被安排在1581(1)工作面,和地面井距是230 - 260。工作面恢复后从1号表面钻井系统,地面钻井开采率迅速上升了21.08米3/分钟,经过短暂的稳定时期,它进入衰退阶段。在工作面开采2号表面钻孔、地面钻井开采率减到7米3/分钟,提取的工作面迅速恢复到27.74米3/分钟的表面钻2号后恢复。表面钻探的萃取过程在不同的位置在同一工作面遵循周期模式的“上升时期,稳定的时期,和衰减期。”

合作开采五面井1581(1)工作面。

因为表面的不同位置和时间的钻井是在工作面进行的,提取的多个表面钻井系统在同一工作面相结合,地面钻井开采率的趋势增加,和萃取率波动表面钻孔的位置。当工作面接近4号表面钻探,提取体积减少到14.813/分钟。工作面恢复后从4号表面钻孔、地面钻井开采数量迅速上升到58.383/分钟。经过短暂的稳定时间,它进入衰减期。5号表面钻孔接近收缩的工作面;的恢复进展工作面减慢车速,减少气体排放体积,和多个表面钻孔的组合萃取率是不明显的。总之,当多个地面钻井系统在同一工作面同时进行萃取,萃取率的地面钻井数量的增加而增加钻井系统同时提取,萃取率波动和不同的地面钻孔位置。

 3.4。分析表面钻探开采特征的原因

在采矿过程中11−2在淮南矿区煤保护层工作面,表面钻孔卸压气体提取的13−1煤保护层被作为例子进行分析。采动的影响11−2煤在天然气开采保护层采空区的11−2煤炭面临包括几个主要方面。当11−2煤工作面通过地面钻井,地面钻井系统沟通的11−2煤矿采空区,采空区漏风是大。与11−2工作面推进,地面钻井和11−2煤炭采空区逐渐压实和采空区漏风降低然后逐渐稳定。

确定开采11的变化的影响−2在13煤保护层工作面−1煤炭层保护,保护的膨胀变形率层工作面作为评价指标,研究了如图 5。37.75工作面时测点,变形率的13−l煤层是0。33.8工作面时测点,13−l煤层扩展和变形。当工作面0米之外,13的膨胀变形率−l煤层为7.2‰。当工作面通过16.3米的测点,13的膨胀变形率−l煤层为28.5‰。在那之后,13岁−l煤层略有收缩,当工作面通过66.45米的测点,13的膨胀变形率−l煤层为23.2‰。

1672(1)膨胀变形率的层保护。

之前的表面钻探11−2在淮南矿区煤面,13的保护层−1煤通常开始卸下压力。当工作面通过地面钻井,地面钻井与采空区的11−2煤工作面,提取体积减少,浓度是天然气开采通常在其最小值。的进步11−2煤工作面采空区的地面钻井和11所示−2煤工作面逐渐压实,空气泄漏逐渐减少。的扩张和减压13−1煤保护层在地面钻井和气体眠的数量增加,而进入天然气开采的浓度和速度上升的时期。与增加采空区11之间的距离−2煤面和地面开采,采空区的11−2工作面在地面钻井基本稳定。保护的范围完全卸压区13层−1提取通过地面钻井增加,和地面钻井开采进入了一个稳定的时期。

当11工作面之间的距离−2煤层和地面开采采空区增加到一定范围内,受保护的13层−1煤在地面钻井逐渐进入recompaction区从充分减压区,和充分减压区瓦斯含量显著降低,和地面钻井泵数量进入衰减期。总之,地面钻井开采的周期性的变化主要是受变化影响保护层的开采工作面。表面钻探开采率及其变化是影响采矿工作面保护层的进展,开采高度、采空区压实程度,程度的卸压保护的层,原始瓦斯含量,和其他措施的萃取层保护。

后保护层工作面通过钻孔、采空区未得到充分压实,漏风逐渐减少。气体钻井发生在上升的时期,主要表现为增加气体提取浓度和萃取率。采空区的保护层工作面完全压实,泄漏是稳定的。通过表面钻探天然气开采发生在稳定或衰减。通过表面钻探天然气开采的速度主要取决于数量的压力释放气体保护层表面钻孔的影响范围内的稳定或衰变期。在地面钻井的影响范围,保护层中的压力释放气体的量很大,地面钻井的天然气开采速度是稳定的,波动很小,和趋势线拟合曲线处于水平状态,代表从地面钻探天然气开采的稳定时期。在地面钻井的影响的范围,释放的气体保护层的数量减少,和天然气开采的速度减少。

体积表面钻探的主要特征提取阶段上升到稳定阶段是天然气开采浓度达到最大值。同时,提取量的变化趋势。稳定时期萃取量的波动小,拟合曲线的趋势线处于水平状态,和气体提取浓度通常是稳定的。稳定时期过渡到衰变期主要是因为提取量开始下降,并提取体积和停止的进度或时间衰变期指数降低。

 4所示。结论

通过压力释放气体流的分析和提取浓度表面保护层提取的钻探工作在不同的面孔,这是发现,在保护层工作面推行表面钻探,气体提取表面钻井显示周期性变化概括为“上升时期,稳定的时期,和衰减期。”

当多个地面钻井系统中使用了相同的工作面坐标提取,萃取率叠加,萃取率增加而增加钻井系统的数量。萃取率波动与不同的地面钻孔位置。前的萃取率很小工作面被通过地面钻井,并增加。

周期性的变化表面钻探开采主要受开采保护层工作面的进展,开采高度、采空区压实度,压力释放度的层,保护原始瓦斯含量,和其他防护层的措施。通过表面钻探天然气开采的速度主要取决于数量的压力释放气体保护层表面开采的影响范围内稳定或衰变期。

主要从上升时期稳定时期是天然气开采浓度达到最大值时,考虑提取量的趋势。衰减的主要变化稳定时期时期的萃取率开始下降,和衰变的萃取率下降指数与经济复苏进展或时间。

 数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现中所有可用的文章。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

这项研究得到了中国自然科学基金(51974240)和国家重点研发的关键特殊项目计划(2016 yfc0801802)。

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