Estado de desarrollo y contramedidas técnicas de la industria del metano de carbón de China

Proyectos de fondos: Proyecto Nacional 973 (2009CB219607) y Proyecto Nacional Importante de Ciencia y Tecnología "Grandes campos de petróleo y gas y desarrollo de metano en lechos de carbón" 33 , 43 (2011zx 05033-001\ ࣳ, 2010).

Sobre el autor: Wang Yibing, hombre, nacido en junio de 1966, recibió su doctorado en la Universidad de Geociencias de China (Beijing) en 2008. Ingeniero senior, ha estado involucrado en investigaciones integrales sobre exploración y desarrollo de metano en capas de carbón durante muchos años. Correo electrónico: wybmcq69@petrochina.com.cn

(1. Instituto de Investigación para la Exploración y el Desarrollo del Petróleo de China Langfang Branch Langfang 065007; 2. PetroChina Bohai Drilling Company Logging Company No. 2 Tianjin 300457)

Al analizar la historia y la situación actual del desarrollo de metano de yacimientos de carbón en China, se concluye que desde la década de 1980, el desarrollo de metano de yacimientos de carbón en China ha pasado por cuatro etapas: preevaluación, selección de exploración, pruebas de desarrollo y desarrollo a gran escala. . Sobre la base del análisis de las condiciones geológicas del metano de las capas de carbón en mi país, se cree que las vetas de carbón en los campos de metano de las capas de carbón descubiertos (áreas de enriquecimiento) generalmente tienen un alto grado de evolución y baja permeabilidad y se resumen las tecnologías de desarrollo de apoyo de las capas de carbón; metano adecuado para las complejas condiciones geológicas de mi país, incluida la tecnología de perforación y terminación, tecnología de protección de yacimientos, tecnología de fracturación hidráulica, tecnología de control de drenaje, etc. Y analizó los efectos de la aplicación de diversas tecnologías. Se cree que la tecnología de desarrollo de metano de yacimientos de carbón de rango superficial, medio y alto de mi país está básicamente madura. Sobre esta base, se predice la dirección del desarrollo tecnológico para mejorar la eficacia del desarrollo de metano en capas de carbón en mi país.

Palabras clave: tecnología de desarrollo de metano de capas de carbón, drenaje por fracturación

Estado de desarrollo y contramedidas técnicas de la industria de metano de capas de carbón de China

Wang Yibing1 Yang Jiaosheng1 Wang Jinyou2 Zhou Yuangang2 Bao Qingying 1

(1. Langfang Branch of China Petroleum Exploration and Development Research Institute, Langfang 065007; 2. Second Logging Company of PetroChina Bohai Drilling Company, Tianjin 300457

Resumen: Aprobado El análisis La historia y la situación actual del desarrollo de metano de yacimientos de carbón en China resume las cuatro etapas del desarrollo de metano de yacimientos de carbón desde la década de 1980, a saber, "evaluación preliminar, exploración y optimización regional, pruebas de desarrollo y desarrollo a gran escala mediante el análisis de las condiciones geológicas". Se revela que los campos de metano de lechos de carbón descubiertos generalmente tienen las características de alto grado de evolución y baja permeabilidad. Al mismo tiempo, se resumen las tecnologías de apoyo para el desarrollo de metano de lechos de carbón adecuadas para las complejas condiciones geológicas de mi país. , incluida la tecnología de perforación y terminación, la tecnología de protección de vetas de carbón, la tecnología de fracturación hidráulica y la tecnología de control de deshidratación, y evaluar los efectos de la aplicación de cada tecnología. En términos generales, se puede considerar que la tecnología de desarrollo de metano de lechos de carbón con una profundidad inferior a 1000. m está básicamente maduro. Finalmente, se predice la dirección del desarrollo de la tecnología.

Palabras clave: metano de yacimientos de carbón; los recursos de metano de capas de carbón poco profundas de 2000 m son 36,8 billones de m3 (Ministerio de Tierras y Recursos, 2006), los recursos recuperables son aproximadamente 11 billones de m3, ocupando el tercer lugar en el mundo después de Rusia y Canadá, superando a los Estados Unidos. Los abundantes recursos internos de metano de yacimientos de carbón pueden reducir en cierta medida la dependencia de mi país del petróleo y el gas importados. Al mismo tiempo, es de gran importancia lograr la sucesión estratégica energética y el desarrollo sostenible de mi país y reducir el contenido de gas de las minas de carbón y las emisiones de gas. , reducir los desastres causados ​​por el gas de las minas de carbón y proteger el medio ambiente atmosférico.

1 Se ha iniciado el desarrollo a gran escala de metano de capas de carbón y se han tomado medidas preliminares. Desde finales de la década de 1980, empresas nacionales y unidades de investigación científica en los sistemas de minería petrolera, carbonífera y geológica, así como algunas empresas extranjeras, han llevado a cabo exploración, desarrollo y pruebas técnicas en más de 30 zonas carboníferas del país. La producción de gas se ha logrado en la cuenca de Qinshui, Hancheng, Daning-Jixian, Liulin-Xingxian, Huaibei Coalfield y Fuxin Coalfield en la provincia de Liaoning. A finales de 2010, las reservas geológicas probadas de metano en yacimientos de carbón de mi país eran de 3,311 millones de m3. Debido a las características del metano de yacimientos de carbón de diferentes grados de carbón, hemos dominado el análisis de laboratorio y la tecnología de evaluación geológica, la perforación y terminación de pozos verticales/pozos en racimo, la tecnología de perforación de pozos horizontales de múltiples ramas, la perforación con aire/espuma y la presión de inyección de gas en pozos horizontales que mantienen un desequilibrio. tecnología de protección de yacimientos, tecnología de prueba de pozos de inyección/abatimiento.

Una serie de tecnologías como la estimulación por fracturación y el drenaje han obtenido flujos de gas estables con valor económico en la cuenca sur de Qinshui, el borde oriental de la cuenca Ordos, la cuenca sur de Ningwu, Fuxin Coalfield, Tiefa Coalfield, Huainan y Huaibei, etc. preparándose para el desarrollo a gran escala Recursos y condiciones técnicas confiables.

En los últimos años, con el rápido desarrollo del mercado nacional de gas natural y la mejora gradual de la red básica de gasoductos, el desarrollo del metano de capas de carbón ha marcado el comienzo de oportunidades sin precedentes. Especialmente en 2007, el gobierno introdujo una política de subsidios para el desarrollo del metano de yacimientos de carbón, lo que movilizó en gran medida el entusiasmo de las empresas relevantes para invertir en la industria del metano de yacimientos de carbón y promovió el rápido desarrollo de la industria del metano de yacimientos de carbón. En los últimos años, el número de pozos de desarrollo de metano en capas de carbón en mi país ha aumentado de menos de 100 a más de 5.240 (incluidos unos 100 pozos horizontales). La capacidad de producción de metano en capas de carbón establecida es de aproximadamente 3 mil millones de m3/año y la producción anual de gas. La producción supera los 150 millones de m3 (Figura 1), se estima que durante el período del "Duodécimo Plan Quinquenal", la producción de metano de yacimientos de carbón desarrollado mediante perforación superficial en mi país alcanzará más de 654,38 00.

El desarrollo del metano de yacimientos de carbón en China ha pasado principalmente por cuatro etapas (Figura 2).

Figura 1 Pozos de desarrollo y producción de metano en capas de carbón de China a lo largo de los años.

División de etapas de desarrollo de metano de yacimientos de carbón en China.

Etapa de preevaluación en la década de 1980: se llevaron a cabo estudios de evaluación pregeológica en más de 30 áreas objetivo de metano en yacimientos de carbón en todo el país.

1992~2000 Etapa de selección de exploración: Fengcheng; , Se perforaron pozos Jiangxi, Lengshui y Hunan CBM en Jiang, Liulin, Jincheng, Hebei Tangshan, Henan Fengfeng, Jiaozuo y Shaanxi Hancheng, y se realizaron pruebas de pequeños grupos de pozos en Liulin, Jincheng y Fuxin;

La fase de prueba de desarrollo de 2000 a 2005: se llevaron a cabo pruebas piloto de desarrollo en Qinshui, Shanxi, Hancheng, Shaanxi y Fuxin, Liaoning;

Desde 2006 hasta la actualidad, etapas de desarrollo a gran escala: Qinshui Campo de metano de lecho de carbón Desarrollo terrestre de metano de lecho de carbón, Bloque Hancheng del campo de metano de lecho de carbón de Edong, Metano de lecho de carbón de Liulin en el bloque, Liaoning Fuxin, Tiefa y otros lugares inicialmente formaron una escala y entraron en la etapa de desarrollo comercial. Especialmente en 2007, el Estado introdujo una política de subsidio a la minería, proporcionando un subsidio nacional de 0,2 yuanes por cada metro cúbico de metano de carbón producido, lo que movilizó en gran medida el entusiasmo de las empresas de producción y aumentó la inversión, y la industria del metano de carbón entró en una etapa de rápido desarrollo. En 2010, la producción nacional de metano de carbón alcanzó los 1.500 millones de metros cúbicos.

2 Estado actual de la tecnología de desarrollo de metano de yacimientos de carbón

Durante muchos años de práctica de exploración y desarrollo, con base en las características geológicas del metano de yacimientos de carbón de mi país, hemos ido resolviendo gradualmente la perforación y métodos de terminación, construcción de superficies y recolección adecuados para las condiciones nacionales de mi país, procesamiento de transmisión y otras tecnologías de soporte. , formó entidades de desarrollo de metano de capas de carbón representadas por grandes grupos mineros de carbón de propiedad estatal como PetroChina, China United Coalbed Mamine, Shanxi Coal Mine Group y poderosas grandes compañías energéticas internacionales, así como tecnologías de metano de capas de carbón como perforación y terminación, construcción de terrenos. y transporte comprimido equipo con capacidad total de 1000m.

Las propiedades del carbón y de la roca en vetas de carbón con diferentes grados de evolución son diferentes, reflejadas principalmente en el grado de compactación, resistencia mecánica y capacidad de adsorción del carbón y la roca, así como su contenido de gas, permeabilidad y la estabilidad de la pared son bastante diferentes (Wang Yibing et al., 2006). Por lo tanto, los recursos de metano de capas de carbón de diferentes rangos de carbón requieren los medios técnicos correspondientes para su desarrollo. Después de años de exploración y desarrollo, China ha formado inicialmente una serie de tecnologías de desarrollo, perforación, terminación, fracturación y drenaje de metano en capas de carbón.

2.1 Tecnología de perforación y terminación

2.1.1 Tecnología de perforación con aire para completar pozos abiertos/cavernas para la extracción de metano en capas de carbón en áreas de rango de carbón medio-bajo y alta permeabilidad.

En mi país, la permeabilidad de las vetas de carbón en áreas de bajo rango de carbón es generalmente superior a 10 mD, y la permeabilidad de las vetas de carbón en áreas de carbón de rango medio y alta permeabilidad también puede ser superior a 5 mD. Para la extracción de metano en capas de carbón en vetas de carbón de alta permeabilidad, generalmente no se requiere fractura (las vetas de carbón de bajo rango tienen baja resistencia mecánica y la fracturación puede causar fácilmente que una gran cantidad de polvo de carbón se bloquee y se rompa). Se puede utilizar para completar secciones de vetas de carbón o terminaciones de cuevas, y puede construir cuevas de acuerdo con las características de las vetas de carbón que son propensas a colapsar cuando cambia la tensión, expandir el área expuesta de las vetas de carbón y aumentar el uso de. Perforación con aire/espuma en la construcción de perforación, que no solo puede aumentar la tasa de penetración mecánica, sino que también reduce eficazmente la contaminación de las vetas de carbón.

La finalización de cuevas a cielo abierto ha logrado buenos resultados en el desarrollo de algunos yacimientos de metano en capas de carbón en el extranjero, como las cuencas de San Juan y Fenhe en los Estados Unidos (Zhao Qingbo et al., 1997, 1999). especialmente en zonas de gran altitud. El desarrollo de campos de metano en capas de carbón por filtración y sobrepresión está en curso.

Hay dos estructuras de pozo comúnmente utilizadas:

(1) es la estructura de pozo más utilizada actualmente, adecuada para yacimientos de carbón con buena estabilidad sin revestimiento después de la creación de la cueva.

(2) Baje el tubo de pantalla después de la creación de la cueva, lo cual es adecuado para depósitos con poca estabilidad.

Esta tecnología se ha probado en yacimientos de carbón en el borde oriental de la cuenca de Ordos, Lengshuijiang en Hunan y el sur de Junggar en Xinjiang. Los resultados no son ideales y requieren mayor exploración y mejora.

2.1.2 Tecnología de fracturación de pozos verticales para la extracción de metano de capas de carbón en grandes grupos de pozos en zonas de permeabilidad de rango de carbón medio-alto y zonas de permeabilidad media

Permeabilidad de la veta de carbón en zonas de permeabilidad de rango de carbón medio-alto es generalmente de 0,5 ~ 5 mD, y la perforación del revestimiento El efecto de aumento de la producción de un solo pozo de la fracturación de arena es el más obvio. La tecnología clave consiste en perforar un gran grupo de pozos y fracturarlos durante un largo tiempo para drenar continuamente, y después de lograr una reducción de presión en un área grande, la gran cantidad de gas metano absorbido por la veta de carbón se puede desorber para producir gas. Esta tecnología es la más utilizada y madura en China. La mayoría de los pozos de metano en capas de carbón con una profundidad de menos de 1.000 metros, como las áreas de Hancheng, Sanjiao y Liulin en la cuenca sur de Qinshui, el borde oriental de Ordos y el bloque Liujia en el área carbonífera de Fuxin en Liaoning, han logrado buenos resultados. La mayoría de los pozos han logrado caudales de gas estables de 2.000 a 10.000 m3/d, y cientos de pozos se han mantenido estables durante 5 a 10 años.

2.1.3 Tecnología de extracción de pozos horizontales de múltiples ramas de metano en capas de carbón en áreas de baja permeabilidad de rango de carbón medio-alto

Esta tecnología es adecuada principalmente para áreas portadoras de carbón de rango de carbón medio-alto con alta resistencia mecánica y paredes de pozo estables. Al perforar pozos de múltiples ramas, el área expuesta de la veta de carbón aumenta, la escisión natural y las fracturas se conectan y la tasa de producción y recuperación de un solo pozo aumenta. Al mismo tiempo, para baja permeabilidad (

pozos horizontales de múltiples ramas de metano en capas de carbón se refiere a la perforación de múltiples perforaciones secundarias junto a uno o dos pozos horizontales principales como canales de fuga de gas. Las perforaciones secundarias pueden cruzar más La veta de carbón El sistema de fisuras de escisión maximiza la comunicación de los canales de fisuras, aumenta el área de fuga de gas y la permeabilidad del flujo de gas, permite que ingrese más gas metano al canal principal y aumenta la producción de gas de pozos horizontales de múltiples ramas Integrando medidas para aumentar la producción (Wang Yibing). et al., 2006) es uno de los principales medios para desarrollar metano en yacimientos de carbón. Esta tecnología tiene tres ventajas técnicas importantes: en primer lugar, puede aumentar la producción de un solo pozo, que es aproximadamente de 6 a 10 veces mayor que la de los pozos verticales. y, al mismo tiempo, puede reducir la producción de metano de yacimientos de carbón. La ingeniería previa a la perforación, el espacio, la reubicación de equipos, la carga de trabajo de perforación y el consumo de fluido de perforación pueden ahorrar costos de gestión y operación de revestimientos, tuberías de superficie y campos de gas. , mejorando así los beneficios integrales del desarrollo; en segundo lugar, puede acelerar la producción de gas y mejorar la tasa de recuperación del petróleo crudo. Se necesitan de 15 a 20 años para explotar el 80% de las reservas recuperables utilizando pozos verticales, mientras que solo se necesitan de 5 a 8 años. explotar del 70% al 80% de las reservas recuperables utilizando pozos horizontales ramificados (Li Wuzhong et al., 2006), lo que puede mejorar en gran medida la tasa de recuperación de metano de capas de carbón. En tercer lugar, la perforación horizontal de pozos horizontales de múltiples ramificaciones no requiere revestimiento y; La fracturación, que evita daños en el techo y el suelo de la veta de carbón y facilita la posterior extracción del carbón. Es la mejor tecnología de apoyo para la producción de gas antes de la extracción del carbón. Se han completado pozos horizontales en la cuenca de Qinshui, el borde oriental de la cuenca de Ordos y la cuenca de Ningwu. La producción diaria de un solo pozo en la cuenca sur de Qinshui ha alcanzado los 8.000-55.000 m3, y la producción diaria máxima ha alcanzado los 100.000. m3, que es 4-654,38 00 veces mayor que el método de fracturación de pozo vertical

2.2 Tecnología de protección de yacimientos

2.2.1 Tecnología de perforación aérea de metano en capas de carbón

Incluye principalmente aire Las principales ventajas de la tecnología de perforación y perforación con espuma son que puede lograr una perforación desequilibrada, pequeños daños en las vetas de carbón, una velocidad de perforación mecánica rápida, un ciclo de perforación corto y un bajo costo general de perforación. Sin embargo, la perforación con aire/espuma también tiene limitaciones y es. No es adecuado para ninguna formación. El aire/espuma no puede transportar los aditivos que mantienen estable el pozo, por lo que no se puede utilizar para perforar directamente a través de formaciones inestables. Al perforar acuíferos, los recortes y el polvo fino pueden convertirse en sedimentos debido a la presencia de líquido. el anillo puede mojar la lutita sensible al agua, provocando el colapso del pozo. Además, los recortes húmedos pueden pegarse y formar un anillo de torta de lodo en la pared exterior de la tubería de perforación, que no puede elevarse con aire para llenarse. Además, a medida que estas masas de aire intermitentes ascienden por el pozo, bloquearán el equipo de superficie y tendrán un efecto inestable en la pared del pozo. Por lo tanto, la clave de la perforación con aire es mantener la estabilidad. de la pared del pozo.

2.2.2 Presión de inyección de gas del pozo horizontal que mantiene la tecnología de protección del bajo equilibrio

Después de que el pozo principal del pozo horizontal de múltiples ramas se conecta al pozo de la cueva, durante el proceso de perforación del pozo horizontal, se coloca la tubería de petróleo En el pozo vertical de la cueva, el empacador se coloca en el pozo vertical de la cueva, y luego el gas se inyecta en el pozo vertical de la cueva a través de la tubería de petróleo, y el gas es descargado desde el espacio anular del pozo horizontal para mantener la presión anular del pozo horizontal y asegurar la estabilidad de la pared del pozo (Figura 3).

Figura 3 Diagrama esquemático de la sección de perforación bajo equilibrio

El compresor de aire inyecta aire desde el eje vertical. El aire comprimido, el polvo de carbón y el fluido de perforación de agua limpia se mezclan completamente durante la alta. Acelera el movimiento ascendente, formando flujo anular trifásico gaseoso, líquido y sólido. En principio, el fluido mezclado devuelto ingresa al separador líquido-gas a través del puerto de flujo lateral del cabezal giratorio para la separación. El fluido mezclado fluye hacia la criba vibratoria desde la salida del líquido y el carbón pulverizado mezclado con gas ingresa a la tubería de combustión. la tubería de flujo de gas y se descarga. A la salida del tubo de combustión hay un ventilador de gran cilindrada para expulsar los gases de escape lo más rápidamente posible.

Si el fluido mezclado que regresa de la separación mediante el separador trifásico no es obvio y el líquido son gotas de agua atomizadas, cierre la tubería de flujo de líquido del separador y recoja y procese el carbón pulverizado y las aguas residuales del Puerto de sedimentación de arena en la parte inferior del separador. El carbón pulverizado mezclado con gas ingresa a la tubería de combustión desde la tubería de gas y se descarga. Si la capacidad de procesamiento del separador es limitada o la línea de combustión está obstruida, la línea del acelerador se puede usar temporalmente para descargar la mezcla de emergencia. Durante el proceso de construcción, se requiere que las tuberías de tierra sean lisas y que varias válvulas sean flexibles y confiables.

2.3 Tecnología de fracturación hidráulica para pozos de metano en lechos de carbón

2.3.1 El fluido de fracturación está dirigido a las características de los yacimientos de carbón

El fluido de fracturación es la clave de la fracturación hidráulica transformación del enlace de las vetas de carbón, su función principal es abrir fracturas en la capa objetivo y transportar apuntalante a lo largo de las fracturas. Por lo tanto, es importante considerar las características de viscosidad del fluido, que no sólo tiene una alta viscosidad al comienzo de la fractura, sino que también tiene propiedades que disminuyen rápidamente cuando el fluido de fracturación regresa. Sin embargo, el éxito de la fracturación hidráulica también requiere otras propiedades del fluido. Además de tener una viscosidad adecuada en la grieta, también debe tener baja fricción durante el bombeo, poder controlar bien la pérdida de fluido, romper el pegamento rápidamente y poder regresar rápidamente después de la construcción, lo que debería ser económicamente viable.

La base básica para seleccionar el fluido de fracturación es: una fuerte adaptabilidad a los yacimientos de metano en capas de carbón, reduciendo el daño del fluido de fracturación al yacimiento; cumpliendo con los requisitos de la tecnología de fracturación y logrando el mayor soporte posible para la conductividad de las fracturas. De acuerdo con las características actuales de los yacimientos de metano de capas de carbón, se deben considerar los siguientes aspectos en la investigación de fluidos de fracturación:

La temperatura del yacimiento es de 25~50 ℃ y la profundidad del pozo es de 300~1000 metros, lo cual pertenece a la categoría de pozos poco profundos de baja temperatura. Por lo tanto, se requiere que el fluido de fracturación sea fácil de romper en gel y fluya de regreso a bajas temperaturas para cumplir con los requisitos del sistema de fluido de fracturación a baja temperatura. También se debe considerar la reducción de la fricción del fluido de fracturación. El metano de lecho de carbón es un yacimiento de baja porosidad, baja permeabilidad y ultrabaja permeabilidad, lo que requiere que el fluido de fracturación tenga una buena capacidad de drenaje y una rotura completa del gel; el yacimiento tiene un bajo contenido de minerales arcillosos y una débil sensibilidad al agua; La expansión por hidratación no es el principal problema del fluido de fracturación, pero el problema principal es la baja permeabilidad y la baja porosidad del yacimiento, la rotura del gel y el flujo de retorno del fluido de fracturación, y la reducción del posible daño secundario del fluido de fracturación. Se requiere que el fluido de fracturación tenga una baja pérdida de filtrado y mejore la eficiencia del fluido de fracturación.

Para cumplir con los requisitos de construcción de gran desplazamiento y alta proporción de arena para la fracturación de vetas de carbón, el fluido de fracturación debe tener buena resistencia a la temperatura y resistencia al corte a una temperatura determinada para cumplir con los requisitos de creación de fracturas y arena. al mismo tiempo, puede mejorar la eficiencia del fluido de fracturación y controlar la pérdida de fluido. Teniendo en cuenta la baja pérdida de presión por fricción, se requiere que el fluido de fracturación tenga un tiempo de reticulación adecuado para garantizar la presión de bomba de construcción más baja y un desplazamiento de construcción grande tanto como sea posible. Utilice tipos de interruptores y planes de construcción apropiados sin afectar el rendimiento. premisa de la capacidad del fluido de fracturación para crear fracturas y transportar arena, puede satisfacer las necesidades de una rápida ruptura del gel y un flujo de retorno después de la fractura para reducir el daño del fluido de fracturación al yacimiento y se requiere que el fluido de fracturación tenga una superficie baja; tensión y buen rendimiento de demulsificación, que favorece el flujo de retorno del fluido de fracturación; el fluido de fracturación debe ser altamente operable, fácil de usar, rentable, seguro en la construcción y cumplir con los requisitos de protección ambiental.

2.3.2 Optimización del plan de fracturamiento de vetas de carbón

Para el plan de fracturamiento de un determinado bloque, la idea general de la investigación de optimización es: basada en el análisis de las características geológicas de la fracturación del bloque objetivo Sobre la base de las principales características geológicas del bloque, se llevó a cabo una investigación de optimización de varios parámetros del proceso.

Primero, determine la longitud óptima de la junta y la conductividad en función de las características físicas del área objetivo y luego determine los parámetros de construcción, incluidos el desplazamiento, la escala, la tasa de arena, el porcentaje de prelíquido, etc. Se estudiaron y propusieron una serie de medidas técnicas de soporte para optimizar la longitud y la conductividad de la junta para conseguir que la sección de soporte sea lo más óptima posible.

La optimización de los parámetros de construcción de fracturación se refiere a optimizar la longitud y la conductividad de la fractura como función objetivo, y a optimizar los parámetros de construcción de fracturación a través de software de diseño y análisis de fracturación tridimensional.

El volumen del líquido de preparación determina qué tan profunda se puede lograr la penetración de la fractura antes de que el apuntalante llegue al final. Una cantidad razonable de líquido previo es la base para un diseño óptimo y el requisito previo para garantizar una construcción exitosa. Hay dos objetivos de diseño para la cantidad de fluido de prellenado: uno es crear suficiente longitud de fractura y el otro es crear suficientes fracturas para garantizar que el apuntalante pueda entrar y garantizar suficiente ancho de soporte para satisfacer las necesidades de conductividad de la formación.

La optimización del desplazamiento es fundamental para el diseño de fracturas. El estudio encontró que la estructura de desplazamiento variable puede proporcionar un buen control sobre la longitud y altura esperadas de la grieta. Otra función importante es inhibir la aparición de múltiples fracturas y reducir la fricción cerca del pozo. La literatura más reciente muestra que cuando el desplazamiento excede un cierto valor, mediante la respuesta de herramientas avanzadas de monitoreo de grietas en tiempo real, el número de fracturas múltiples es proporcional al desplazamiento. Esta técnica debe probarse especialmente para yacimientos en vetas de carbón que son propensos a múltiples fracturas.

La optimización de la escala de adición de arena incluye la optimización de la proporción promedio de arena a líquido y la optimización del procedimiento de adición de arena. La optimización de la relación promedio de arena a líquido considera dos aspectos de la seguridad de la construcción, a saber, el coeficiente de pérdida del filtro y la fricción cerca del pozo, y se basa en la experiencia en construcción nacional y extranjera. Dentro del rango posible del coeficiente de permeabilidad de la veta de carbón, el riesgo de construcción con una proporción de arena promedio de 20 a 25 es bajo. La optimización del programa de adición de arena debe reflejar plenamente todas las consideraciones y detalles técnicos en el diseño y estudio de fracturación. El diseño del volumen de arena líquida en la primera etapa es muy importante. Si la relación arena-líquido inicial es demasiado alta (o la medición de la relación arena-líquido del mezclador de arena tiene un error), puede ser que el ancho de la junta no sea suficiente al comenzar a agregar arena, o que la cantidad de arena inicial esté filtrada. Por otro lado, si la relación inicial de arena a líquido es demasiado baja y el primer lote de apuntalante no se desaliniza después de detener la bomba, las grietas pueden desaparecer prematuramente sin remoción de arena, lo que resulta en una obstrucción temprana o media tardía de arena. continúan extendiéndose después de que se detiene la bomba, lo que hace que el perfil de soporte de fractura sea aún más irrazonable. Al mismo tiempo, también aumentará el daño del filtrado. Por lo tanto, el diseño de la relación inicial de arena a líquido es muy importante. Desde la perspectiva de la seguridad de la construcción, el enfoque general es dejar que el primer apuntalante entre en la grieta y observarla durante un período de tiempo. Si no hay una presión anormal, considere aumentar la proporción de arena a líquido en esta etapa.

2.4 Tecnología de drenaje de pozos de metano de capas de carbón

El metano de capas de carbón se encuentra principalmente en estado de adsorción, y el mecanismo de producción de metano de capas de carbón incluye principalmente tres etapas: desorción, difusión y filtración (Zhao Qingbo et otros, 2001). Los problemas clave que deben resolverse para la producción de gas en pozos de metano en capas de carbón son:

(1) Reducir la presión de la veta de carbón por debajo de la presión de desorción crítica;

(2) Prevenir Sistemas de fracturación hidráulica y escisión natural de vetas de carbón La presión cae demasiado rápido o demasiado bajo, lo que provoca una fuerte caída en la permeabilidad;

(3) La reducción de la presión lleva cierto tiempo.

Por lo tanto, los proyectos de producción de gas metano en yacimientos de carbón deben combinar diferentes características de la roca de carbón y trabajo de investigación en interiores, determinar razonablemente el equipo de drenaje, controlar los parámetros dinámicos, aprovechar al máximo la capacidad de producción de gas de la veta de carbón y, al mismo tiempo, al mismo tiempo controlar el proceso de drenaje del carbón. La generación de polvo puede reducir el impacto adverso de la sensibilidad al estrés del yacimiento de carbón sobre la permeabilidad.

La migración del carbón pulverizado es un fenómeno común en la minería de pozos de metano en capas de carbón. Para reducir el impacto de la migración del carbón pulverizado en el drenaje, se debe mantener el nivel del líquido bajando lenta y constantemente en la etapa inicial del drenaje. Se debe evitar el aumento y la caída repentinos del nivel del líquido y la excitación de la presión del fondo del pozo. evitarse durante la etapa de producción para controlar la explosión del carbón pulverizado y garantizar una producción uniforme y mantener el estado del flujo para evitar el bloqueo de los canales de filtración de la veta de carbón y las columnas de las tuberías de drenaje.

Las vetas de carbón tienen una fuerte capacidad de deformación plástica y una fuerte sensibilidad al estrés, lo que hará que la permeabilidad disminuya en fuertes condiciones de bombeo y drenaje. Para promover el drenaje eficiente y la producción de pozos de metano en capas de carbón (Li et al., 1999), la presión del fluido en la veta de carbón debe reducirse de manera continua y constante para evitar una fuerte disminución en la permeabilidad de la veta de carbón debido a la rápida disminución de la escisión y cierre de fractura. Las diferentes vetas de carbón tienen diferentes sensibilidades, por lo que se necesitan experimentos y simulaciones para determinar la velocidad óptima de descenso del líquido. Por ejemplo, la simulación numérica determinó que la tasa de descenso de líquido diario del pozo Jinshi 7 no debe exceder los 30 m por encima de la presión de desorción y no debe exceder los 10 m por debajo de la presión de desorción; la presión de flujo del fondo del pozo no debe ser inferior a 1 MPa;

En circunstancias normales, la velocidad de goteo se controla a no más de 10 m por día. Cuanto más cerca de la veta de carbón, más lento gotea el líquido. Cuando el nivel del líquido cae a 20 ~ 30 m por encima de la veta de carbón, el nivel del líquido se drena de manera estable. Después de ingresar a la etapa de producción de gas estable, la profundidad del nivel del líquido se reduce adecuadamente de acuerdo con la situación real.

3 Tendencia de desarrollo de la tecnología de desarrollo de metano de capas de carbón

En comparación con Estados Unidos, Canadá, Australia y otros países con un rápido desarrollo de la industria del metano de capas de carbón, las condiciones geológicas del metano de capas de carbón en mi país son complejos, principalmente en las etapas tempranas y tempranas. Múltiples períodos de formación de carbón. La mayoría de los yacimientos de carbón han experimentado múltiples etapas de movimientos tectónicos, y las reglas de generación, migración, preservación y acumulación de metano en los yacimientos de carbón son muy complejas. Años de experimentos de exploración y desarrollo han demostrado que la distribución de las áreas enriquecidas con metano en yacimientos de carbón y las áreas de alta permeabilidad es muy desigual, y la permeabilidad de la mayoría de las áreas enriquecidas con metano en yacimientos de carbón es muy baja, lo que resulta en resultados de producción de pruebas deficientes para la mayoría de los pozos de exploración. y bajas tasas de éxito en la exploración. De acuerdo con las características del metano de yacimientos de carbón nacional, la investigación sobre la tecnología de desarrollo de metano de yacimientos de carbón para mejorar la eficiencia de la extracción de metano de yacimientos de carbón en mi país debe incluir las siguientes direcciones.

3.1 Tecnología de evaluación geológica para áreas de enriquecimiento de metano en capas de carbón con alta abundancia

En general, la predicción de áreas de enriquecimiento de metano en capas de carbón con alta abundancia se basa en la geología, la sedimentología y la dinámica tectónica. Con base en investigaciones conjuntas sobre ciencia, geofísica, dinámica de aguas subterráneas, geoquímica y otras disciplinas, combinadas con métodos de interpretación y procesamiento sísmico, encontraremos un enriquecimiento de metano de lecho de carbón adecuado durante el desarrollo de la veta de carbón, la estabilidad de la roca de capa, el período de formación de carbón, el período de generación de gas, y período de movimiento tectónico. área de enriquecimiento de metano en lechos de carbón. Con la mejora del nivel de exploración y la comprensión geológica en varias regiones, en algunos bloques de desarrollo o bloques que están a punto de entrar en desarrollo, se utilizan métodos de extracción de atributos y inversión de yacimientos sísmicos 2D y 3D para predecir la alta tasa de desarrollo de poros y fracturas en lechos de carbón. Las áreas ricas en metano, la zona de permeabilidad, la red de pozos de desarrollo optimizada y el despliegue de la ubicación de los pozos pueden guiar eficazmente el desarrollo eficiente del metano de las capas de carbón.

3.2 Investigación técnica básica sobre cómo mejorar la eficiencia de la extracción de metano en capas de carbón

Tomando las áreas de enriquecimiento de metano en capas de carbón como principal objeto de investigación, centrándose en el mecanismo de formación y las reglas de distribución del enriquecimiento de metano en capas de carbón. áreas, cambios de yacimientos de metano en capas de carbón, cambios de fase de fluidos, filtraciones y correspondencia teórica durante el proceso minero, a través de investigaciones conjuntas e interdisciplinarias que combinan cinética química, mecánica de filtraciones, investigaciones macroscópicas y microscópicas, para realizar trabajos de campo sistemáticos y análisis experimentales y teóricos. investigación. Tomando la respuesta de presión del fondo del pozo del metano de yacimientos de carbón como principal objeto de investigación, se utilizan tecnología de prueba de múltiples pozos y tecnología de simulación numérica para estudiar el mecanismo de interferencia entre pozos y la optimización del método de desarrollo del metano de yacimientos de carbón desde aspectos estáticos y dinámicos. El estudio de la teoría básica de la modificación de yacimientos que sea adecuada a las condiciones geológicas de mi país y mejore la eficiencia de la explotación de metano de yacimientos de carbón guiará eficazmente el avance de la tecnología de desarrollo de metano de yacimientos de carbón.

3.3 Investigación sobre tecnología de perforación eficiente y de bajo costo para metano de yacimientos de carbón

Apuntando a los recursos actuales de metano de yacimientos de carbón a una profundidad de 300 a 1000 m, hemos llevado a cabo investigaciones sobre tecnología de perforación aérea y desarrolló una plataforma de perforación neumática ligera montada en un vehículo. Mediante la combinación de experimentos centrales, análisis teóricos y análisis del rendimiento de la producción, resumimos los métodos de diseño y las técnicas de construcción de la perforación de metano en lechos de carbón en el pasado, y seguimos los avanzados pozos horizontales de múltiples ramas, pozos en forma de U y pozos pequeños nacionales y extranjeros. perforación con chorro hidráulico de radio corto, perforación con tubería flexible, etc. Tecnología de perforación, analizar el efecto de aumento de la producción y seleccionar tecnologías adecuadas. Al mismo tiempo, también debemos considerar la tecnología de desarrollo de recursos de metano de capas de carbón con una profundidad de más de 1000 m.

3.4 Investigación sobre tecnología de conversión de alta eficiencia de vetas de carbón

Basado en los datos experimentales mecánicos de las vetas de carbón y las placas de techo y piso y la compatibilidad de los fluidos de fracturación, el principal mecanismo de Se analizó el daño de las vetas de carbón y se desarrolló una tecnología adecuada para diferentes condiciones geológicas. Un nuevo sistema de fluido de fracturación para la fractura de las vetas de carbón inferiores. En combinación con las características geológicas de las vetas de carbón en cuencas carboníferas típicas, se exploran tecnologías adecuadas para la fracturación de metano en capas de carbón.

Referencia

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