[01542763]地面井与钻场孔协同抽采薄互层煤层气关键钻采技术及应用

本项目研究成果同属于安全工程其他学科、矿山安全学科及油气田开发与开采学科范畴。 目前,我国能源消费结构中煤炭占比仍在60%以上。在煤炭开采过程中,瓦斯事故是一次造成人员伤亡和财产损失最严重的矿井灾害;且煤炭采掘过程中瓦斯（煤层气）一般采用直接排空,带来严重的环境问题。此外,煤层气是一种清洁能源,开采煤层气资源能有效缓解我国能源短缺问题。 煤层气储层形成过程和地质作用复杂,导致薄互煤层极为常见。薄互煤层具有层理面复杂、 瓦斯含量高、渗透性差等复杂特征,导致煤层气开采过程中成孔难、护孔难、地层通道构建难、有效气源保持难等问题,给煤层气安全高效开采带来极大挑战。 项目团队依托国家科技重大专项、国家自然科学基金、校企合作项目等,历经近十年科研攻关与工程实践,形成了“理论创新、技术提升、装备革新、工程实用”为特点的地面井与钻场孔协同抽采薄互层煤层气关键钻采技术的科研成果。主要创新成果如下： （1）研发了薄互层煤层气井孔偏斜监测与轨迹控制技术、井孔变形分析方法与失稳评价技术、钻场孔变形破坏动态监测与维护技术及装备。 （2）发明了薄互层煤层气井重复压裂快速选井方法和穿层压裂射孔位置优化方法,建立了考虑煤层井眼不规则形状的破裂压力预测模型及压力设计方法,构建了考虑煤层割理渗透性动态变化的压裂液动态滤失模型,研发了不含稳泡剂的煤层气井低伤害泡沫压裂液体系。 （3）揭示了煤层内气体赋存、运移与放散的关键特性,建立了煤层等效渗透率模型,提出了基于轮替思想的煤层气高效抽采关键技术,研制了煤层气高效抽采关键技术装备。 （4）提出了地面井先行抽采与钻场孔补强抽采相结合,水力压裂与轮替抽采相配合的地面井与钻场孔抽采薄互层煤层气的时空协同新模式。 成果于2018年至2020年在四川、山西等多家煤气田和煤矿中应用,累计应用于428口地面井建井、1968口地面井水力压裂、3.5万余钻场孔的钻孔与煤层气抽采。成果应用后,煤气田单井钻井成本降低≥18.7%、单井产量平均提升19.6%、采气（含压裂施工）成本平均降低9.3%,煤矿钻孔成本平均降低26.9%、采后瓦斯压力降低至0.1MPa以下、瓦斯治理成本降低10.9%以上,累计实现新增经济效益达14亿余元、瓦斯减排4500万方以上。项目获授权发明专利8件、实用新型专利 15件,软件著作权2件,发表相关学术论文70篇,出版专著1部。培育硕博士研究生58名。 该成果有力地推动了我国薄互层煤层气（瓦斯）安全开采的科技进步,其应用后显著降低了 薄互煤层瓦斯压力,为煤矿工人创造了相对安全可靠的作业环境,顺应了当下煤与煤层气共采技术的科技发展形势;大幅提高了煤气田天然气资源产量和煤矿煤炭产量,缓解了能源短缺问题;有效降低了煤矿瓦斯直接排空量,减弱了煤炭开采对环境的负面影响,保护了生态环境,并有力促进了“碳达峰”目标的实现。