[01344883]残采区积气地面高效抽采关键技术的研究与应用

我国历史上形成的不同类型残采区内积聚着大量煤层气资源。对残采区积气的抽采不仅可以“变废为宝”改善我国能源结构,减少煤层气泄露产生的温室效应,同时可为以后的残煤复采提供安全保障。我国煤层气开发利用“十三五”规划：废弃矿井残存瓦斯抽采利用或将成为煤层气产业新的增长点,应建设一批示范工程,并研发推广废弃矿井残存瓦斯抽采利用技术。目前我国对残采区积气地面高效抽采的研究尚处于起步阶段。项目组在3个国家自然科学基金和多项产学研合作项目的资助下,采用理论分析、实验室实验、相似模拟、数值模拟和现场工业试验等相结合的方法,深入开展了“残采区积气地面高效抽采技术”的研究与应用,取得了如下主要研究成果： 1、构建了不同类型残采区覆岩损伤结构模型,建立了残采区岩层移动变形预测模型,在此基础上揭示了残采区积气空间的空洞、裂隙形成与演化机制,为残采区渗透率空间分布研究奠定了基础。 2、针对传统试验仪器难以测试冒落带含瓦斯破碎煤岩体力学特性及瓦斯流动性能的现状,创造性的研发了含瓦斯破碎煤岩体气体渗透试验系统,揭示了含瓦斯破碎煤岩体渗透率影响作用机制。基于煤孔隙结构各向互异性分形结构特征,构建分数阶分形扩散模型,揭示了残采区不同基质尺度煤岩体渗流-扩散特性。 3、分别进行了刀柱式和垮落式残采区煤层气渗流试验和数值模拟,揭示了不同类型残采区积气区三维空间分布特性及其煤层气渗流特性,并从煤层气渗流角度对残采区积气空间及其高流区进行了分区划分,为抽采残采区积气的地面钻井井位优选及关键工艺参数确定提供了科学依据。 4、提出了适用于残采区积气的“单井跨煤柱越流抽采多残采区煤层气”、“穿残留煤柱跨层抽采多煤层煤层气”和“残采区煤层气间歇式蓄流”等系列高效抽采技术,并在现场成功进行了工业性试验。 该项目成果在晋圣永安宏泰煤业公司、沁秀煤业公司岳城煤矿多个残采区,20余口地面钻井进行了应用,高效控制抽采了349万㎡残采区的煤层气。现已在相关区域成功实施钻井20余口,单井日均产气量可达2774.4m3,抽采浓度平均88%,单井抽采期达到846天以上。截止2016年12月该项目成果应用区域已累计产出1477万m3煤层气。该项目成果为我国残采区积气地面抽采提供了技术示范,丰富了我国采动区和采空区地面煤层气抽采技术体系。 该项目起始于2008年1月,终止于2016年12月,期间共发表SCI收录、EI收录论文15篇;获得国家授权发明专利13项、实用新型专利2项,公开发明专利12项;出版专著1部。