煤层气(煤矿瓦斯)勘探开发技术进展及发展方向

本书由能源局发起，煤层气中心组织。该书总结了"大型油气田和煤层气"重大专项从2011年以来取得的成果，几乎涵盖了煤层气的所有项目，梳理总结了我国"十一五"以来煤层气领域的理论认识、技术成果以及技术推广和应用前景，展望了"十四五"煤层气开发技术需求，内容覆盖了煤层气地面开发、立体抽采、地质理论、富集规律、区块优选评价、地质动态分析与评价预测、开发效果以及煤矿瓦斯抽采、低浓度瓦斯提纯、煤与煤层气协调开发，充分展示了国家科技重大专项引领示范作用，对加强煤层气国家科技重大专项创新技术成果交流与信息共享、面向全行业推广应用煤层气勘探开发优选适用技术和装备、促进煤层气技术装备及成果的互用互通搭建了良好的平台，必将助推我国煤层气行业整体技术装备水平快速提升和煤层气资源规模化开发利用。

序一
序二
前言
第一篇总体篇
第一章我国煤层气产业发展现状与技术前景3
第一节煤层气地面开发发展现状3
一、国际煤层气地面开发现状3
二、中国煤层气地面开发现状6
第二节煤层气地面开发形势与挑战17
一、产业发展面临形势17
二、煤层气发展存在挑战18
三、技术瓶颈19
第三节煤层气地面开发技术发展方向20
一、甜点区高效预测理论和技术20
二、提高单井产量理论和技术21
三、深部煤层气及煤系地层天然气开发理论与技术21
四、已开发区稳产增产技术21
五、煤层气田智能信息技术22
六、探索煤炭地下气化技术22
七、高能物理激光技术22
第二章我国煤矿瓦斯抽采现状及发展方向23
第一节我国煤矿瓦斯抽采发展现状23
一、瓦斯抽采发展阶段23
二、瓦斯抽采利用主要成就25
三、存在的主要问题27
第二节我国煤矿瓦斯抽采优选模式29
一、地面钻井预抽三区联动抽采29
二、卸压开采煤与瓦斯共采31
三、强化增透抽采36
第三节我国煤矿瓦斯抽采发展形势和要求37
一、瓦斯抽采面临形势和挑战37
二、瓦斯抽采总体要求38
第四节煤矿瓦斯抽采技术发展方向38
一、优先发展地面井抽采39
二、强化推行开采保护层卸压抽采39
三、组织大钻、定向钻技术装备工艺攻关39
四、提高煤矿瓦斯抽采标准，推动瓦斯抽采零排放39
五、组织瓦斯精准预测攻关，实现精准抽采40
六、统筹协调煤层气开发、煤炭开采和瓦斯抽采利用40
主要参考文献40
第二篇技术篇
第三章煤层气资源潜力与富集规律45
第一节概况45
一、煤层气特点45
二、煤层气特殊性及形成条件46
第二节煤层气资源潜力48
一、我国煤层气资源潜力48
二、我国煤层气有利目标优选49
三、有效资源潜力52
第三节主要理论、技术进展57
一、中高阶煤煤层气“三元耦合”高产地质控制认识57
二、低阶煤煤层气“多源补给”富集成藏模式64
三、中深层煤系天然气“同源叠置”立体成藏模式68
四、煤储层物性测试及评价技术73
第四节典型煤层气田评价78
一、沁水樊庄煤层气田78
二、鄂尔多斯东缘保德气田79
三、内蒙古二连吉尔嘎朗图区块81
第五节发展方向81
一、有效提高单井产量81
二、有效恢复低效区产能82
三、深层煤层气资源规模有效动用82
四、煤系“三气”高效合采83
五、前景展望83
主要参考文献83
第四章煤储层地质动态分析与预测技术85
第一节概况85
第二节煤储层动态地质评价与预测基础理论85
一、中-高阶煤煤层气井高产主控地质因素及高产井区地质模式86
二、煤储层物性动态规律及其定量表征89
三、多层叠置含煤层气系统地质理论93
第三节关键技术96
一、煤层气有利建产区地质综合评价技术96
二、叠置含煤层气系统开发工艺优化设计技术105
三、煤储层开发地质动态数值模拟技术120
第四节成果应用127
第五节发展方向128
主要参考文献131
第五章煤系地层多气合采技术133
第一节概述133
第二节理论认识及技术进展134
一、叠置含气系统识别及产层组合优化方法134
二、产层组穿层致裂机理及增产改造技术141
三、合层排采生产控制技术148
四、多气综合开发一体化集输技术163
第三节多层合采理论认识及技术成果应用169
第四节技术发展方向171
一、煤层气开发机理研究及革命性技术突破171
二、地质-工程一体化适配性技术172
主要参考文献172
第六章煤矿区煤层气与煤协调开发理论与技术175
第一节概况175
第二节煤矿区煤层气与煤协调开发理论176
一、煤矿区瓦斯富集规律及控制因素176
二、煤层气与煤协调开发模式178
三、采气与采煤协调开发评价方法181
第三节煤矿区煤层气与煤协调开发技术182
一、煤层气与煤地质条件精细探测技术182
二、煤矿区煤层气抽采产能预测技术186
三、未采动区地面煤层气抽采技术190
四、采动区地面煤层气抽采技术194
五、煤矿区煤层气井下抽采钻孔施工技术200
六、低透气性煤层煤层气增产技术207
七、煤矿区煤层气安全集输技术211
八、低浓度煤层气梯级利用技术215
第四节发展方向221
一、国际煤矿区煤层气科技发展趋势221
二、国内煤矿区煤层气科技发展趋势223
三、煤矿区煤层气与煤炭协调开发技术预测223
主要参考文献225
第三篇实践篇
第七章沁水盆地高阶煤煤层气勘探开发技术及展望229
第一节勘探开发理论229
一、“四元”勘探理论229
二、“三要素”控产理论232
三、疏导式开发理论234
四、排采控制理论239
第二节主要技术成果242
一、基于“四元三素”理论的富集高产区评价技术242
二、基于疏导理论的水平井优化设计技术246
三、可控水平井优快钻完井技术250
四、疏导式改造增产技术262
五、智能排采及地面集输技术269
第三节取得的成效274
第四节发展方向275
主要参考文献275
第八章鄂尔多斯盆地东缘煤层气开发技术及发展需求278
第一节煤系多目的层甜点评价技术278
一、中低阶煤煤层气富集理论279
二、煤层气三维地震评价技术279
三、多目的层三维地震评价技术280
四、煤层气“甜点”评价技术280
五、鄂东缘页岩气评价283
第二节煤系地层钻完井技术285
一、煤层气丛式浅造斜钻井技术285
二、煤层气丛式井工厂化作业的方法体系286
三、多类型煤层气水平井钻完井技术287
第三节煤系多目的层增产改造技术290
一、煤层气丛式井量化高效压裂技术290
二、煤层气水平井分段压裂技术291
三、煤系地层水平井储层改造技术293
四、小曲率半径定向井配套压裂工艺新技术295
第四节煤系地层生产优化技术296
一、“双控制逐级排采区域降压法”煤层气排采技术297
二、合采测试工艺298
三、深层煤层气与煤系天然气合采工艺301
四、煤系地层天然气井生产优化配套技术303
第五节地面集输流程及工艺技术304
一、低成本地面集输工艺技术305
二、低成本气质控制技术306
三、采出水物理处理技术307
四、“同沟敷设、气水分输、集中处理”煤层气地面集输系统308
五、一体化、撬装化装置309
第六节示范成效310
一、在鄂东缘建成中低煤阶的保德示范区310
二、带动鄂东缘煤层气和煤系地层天然气的综合开发311
三、推动国内中低阶煤煤层气产业的发展312
四、引领煤层气行业标准规范制定313
五、建成重量煤层气科技创新平台313
六、煤层气规模开发，带来显著社会经济效益313
第七节技术需求313
一、煤层气已开发区提升开发效益技术313
二、鄂东缘深层煤层气和煤系地层多气合采开发技术315
主要参考文献317
第九章深层煤层气勘探开发技术与实践318
第一节概况318
第二节深层煤层气勘探开发理论319
一、深层煤层气富集高产“五元”控气理论319
二、深层煤层气排采机理研究336
第三节深层煤层气勘探开发技术346
一、深层煤层气选区综合评价技术346
二、低成本开发工程工艺技术354
三、精细化排采技术358
第四节发展方向363
主要参考文献364
第十章新疆煤层气勘探开发技术及前景367
第一节概况367
一、资源概况及特点367
二、地面煤层气勘查开发现状368
三、井下瓦斯抽采利用现状369
第二节重点地区煤层气地质特征及煤矿区采动影响特征370
一、准噶尔盆地南缘中低阶煤煤层气富集规律及资源可采性370
二、大倾角多煤组煤矿区采动影响特征375
第三节新疆煤层气勘查开发与瓦斯抽采技术发展377
一、大倾角、多厚煤层快速钻完井工艺技术377
二、大倾角、多厚煤层高效压裂工艺技术382
三、大倾角、多煤层合层排采工艺技术389
四、阜康深部煤层气高效开发技术理论398
五、大倾角多煤组采动区和碎软低渗首采层瓦斯抽采工艺技术406
第四节应用效果409
一、落实煤层气探明储量164亿m3，建成煤层气地面开发年产能1.65亿m3409
二、优化的适应性工程技术系列，为新疆煤层气勘查开发提供了有力技术支撑410
三、深部煤层气开发效果显著415
四、大倾角、碎软煤层矿井瓦斯抽采工艺技术应用效果明显416
第五节发展方向417
主要参考文献418
第十一章山西晋城矿区煤层气与煤炭协调开发工程示范419
第一节晋城矿区煤层气与煤炭赋存地质条件419
第二节煤矿区三区联动整体抽采理论与模式420
一、三区的采气采煤时空布局概念模型421
二、三区联动抽采指标阈值确定模型422
三、抽采效果评价424
第三节规划区地面超前预抽系列技术429
一、垂直井大面积超前预抽技术429
二、碎软低渗煤层分段压裂水平井技术434
三、过采空区抽采下组煤煤层气技术437
四、径向井压裂快速抽采技术442
第四节准备区井上下联合抽采系列技术444
一、地面压裂与井下长钻孔联合抽采系列技术444
二、本煤层区域递进式定向钻进抽采技术446
三、碎软低渗煤层梳状孔抽采技术447
第五节生产区精准抽采系列技术452
一、地面采动井抽采技术452
二、高位钻孔抽采技术456
第六节煤层气与煤炭协调开发及推广应用效果458
一、推广辐射效应明显458
二、支撑了煤层气产量大幅提升，保障了煤矿安全生产458
三、带动了地方政府对煤层气行业的政策、资金等支持458
四、形成完备的煤层气开发全产业链发展商业模式460
五、环保效益明显，社会效益显著460
六、促进国内外煤层气行业间的交流460
主要参考文献460
第十二章两淮矿区煤层群开采条件下煤层气抽采技术462
第一节概述462
一、背景462
二、两淮矿区煤层气赋存及开发情况462
第二节低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术464
一、技术突破464
二、留巷钻孔法煤与瓦斯共采方法与理论466
三、留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术涉及的三项新技术467
第三节煤层群开采条件下井上下立体抽采技术470
一、淮南矿区煤层群条件井上下立体抽采模式470
二、淮北矿区煤层群条件井上下立体抽采模式471
第四节地面钻井卸压煤层气抽采技术475
一、厚流沙段套管断裂方式476
二、采动造成的钻井断裂的轴向力的来源476
三、采动区地面钻井破坏因素及原理476
四、新型防断地面钻井结构477
五、采动岩层防断地面钻井施工关键技术478
六、采动区地面钻井抽采煤层群卸压瓦斯方法、井位设计479
七、形成深厚表土层高地应力条件下卸压瓦斯地面高效开采模式480
第五节松软低透气性煤层地面水平井压裂抽采技术480
一、压裂目标区井位优化部署480
二、新型井身结构与准确钻井481
三、水平分段压裂工程485
四、高效排采487
第六节松软低透气性煤层强化抽采技术488
一、水力压裂强化抽采技术488
二、钻割一体化强化抽采技术493
三、水力冲孔强化抽采技术495
四、掏穴扩孔强化抽采技术498
第七节“以孔代巷”煤层气抽采技术501
一、定向长钻孔合理的层位确定501
二、“以孔代巷”长钻孔设计501
三、抽采效果显著提高502
第八节“一孔两消”煤层气抽采技术504
一、钻场钻孔设计504
二、施工装备选型505
三、施工技术难题与解决方案507
四、抽采效果显著508
第九节复杂地质条件下打钻抽采技术与工艺510
一、囊袋封孔技术510
二、全程筛管快速护孔技术511
三、下向孔排水排渣技术513
第十节推广应用516