【導(dǎo)讀】獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表。發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集。體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。煤層氣是近20年來在世界上崛起的一種新型能源。它是威脅煤礦安全的一種。等都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來，煤層氣的開發(fā)取得了較大的進(jìn)展，世界。本文主要介紹國(guó)內(nèi)外煤層氣現(xiàn)狀及發(fā)展。的措施，加快煤層氣的利用。通過我國(guó)知名企業(yè)說明煤層氣的快速發(fā)展。解，并作出自己的一些相關(guān)論點(diǎn)。

　　

【正文】 功。 (4)煤層氣增產(chǎn)改造技術(shù) ： 包括水力壓裂改造技術(shù)、煤中多元?dú)怏w驅(qū)替技術(shù)、定向羽狀水平鉆井技術(shù)。水力壓裂改造 技術(shù)是開采煤層氣的一種有效增產(chǎn)方法 ，目前幾乎所有產(chǎn)氣量在 1000m3/d以上的煤層氣井都是由壓裂改造得到的。水力壓裂改造技術(shù)通過水力壓裂使煤層內(nèi)部出現(xiàn)眾多且延伸很遠(yuǎn)的裂隙 ， 在井中抽氣時(shí)井孔周圍出現(xiàn)大面積的壓力下降 ， 使煤層產(chǎn)生氣體解吸的表面積增大 ， 保證煤層氣迅速并相對(duì)持久的泄放 ； 煤中多元?dú)怏w驅(qū)替技術(shù)是開采煤層氣的一種具有發(fā)展前途的新技術(shù) ， 發(fā)展多元?dú)怏w驅(qū)替技術(shù)關(guān)鍵在于氣源 ； 定向羽狀水平鉆井技術(shù)是一種效果比較好且成本不太高的新的煤層氣開采改造技術(shù) ， 但該技術(shù)涉及了鉆井、開發(fā)和儲(chǔ)層改造等許多方面 ， 有許多關(guān)鍵技術(shù)需進(jìn)一 步深入研究 ， 該技術(shù)尚處在試驗(yàn)階段。 (5)煤層氣凈化技術(shù) ： 井下抽采的煤層氣 ， 甲烷含量通常被稀釋到 10%～ 40%，這種低含量煤層氣一般不能用于民用或工業(yè)原料 ， 只有通過分離提純才能實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、方便的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。目前 ， 有幾種商業(yè)上可獲得的用來除去煤層氣中主要污染物 (氮、氧、二氧化碳和水蒸氣 )的技術(shù) ， 一些技術(shù)還處于試驗(yàn)階段。煤層氣凈化技術(shù)主要有脫氮技術(shù)及氧、二氧化碳和水蒸氣脫除技術(shù)。氮是技術(shù)上最困難且費(fèi)用最高的污染物 ， 目前脫氮裝置技術(shù)主要有深冷技術(shù)、變壓吸附技術(shù)、溶劑吸收技術(shù)、分子門技術(shù)、膜分離技術(shù)和變溫吸附技 術(shù)六種 ； 脫氧是脫氮之外最具有挑戰(zhàn)性和費(fèi)用最大的過程 ， 主要的脫氧技術(shù)有催化法和非催化法 (焦炭燃燒法 )等 ； 脫二氧化碳技術(shù)包括胺裝置、膜技術(shù)和選擇性吸附等幾種可獲得的工業(yè)化技術(shù) ， 其中胺裝置僅能承受原料氣中少量的氧 ， 因此胺裝置必須位于脫氧裝榆林學(xué)院畢業(yè)論文 18 置的下游 ； 脫水是整個(gè)煤層氣濃縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最簡(jiǎn)單的部分 ， 分子篩脫水是一種高效可靠且操作費(fèi)用低的技術(shù)。 我國(guó)煤層氣多分支水平井的最新進(jìn)展 我國(guó)多分支水平井的現(xiàn)狀 多分支水平井技術(shù)應(yīng)用于煤層氣始于 20世紀(jì)初 ， 美國(guó) CDX公司在試驗(yàn)成功后迅速在美國(guó)和其他國(guó)家推廣應(yīng)用 。 煤層氣多分支水平井 ， 又稱羽狀水平井 ， 是指一個(gè)或兩個(gè)主水平井眼盤側(cè)再側(cè)鉆出多個(gè)分支井 ， 能夠穿越更多的煤層割理裂縫系統(tǒng) ， 最大限度地溝通裂縫通道 ， 增加泄氣面積 ， 使更多的氣體進(jìn)入主流道 ， 提高單井產(chǎn)氣量 （如圖 ） 。煤層其多分支水平井一般由工程井和生產(chǎn)井組成一個(gè)翼 ， 工程井包括直井段、造斜段和水平段 ， 水平段包括主支和分支 ； 生產(chǎn)井為直井 ， 在煤層段造洞穴 ， 并與水平段連通 。 在一個(gè)工程井中可以沿不同方向布置2～ 4個(gè)翼。 2021 年 ， 我國(guó)正式開始引進(jìn)煤層氣多分支水平井以后 ， 中石油、中聯(lián)煤等多家公司在沁水盆地、韓城區(qū)塊、保德區(qū) 塊等地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn) ， 成功率高鉆井主要集中在沁水盆地南部地區(qū)。過去幾年多分支水平井完井?dāng)?shù)量節(jié)節(jié)上升 （ 如圖 ） 。 2021年、 2021年是多分支水平井技術(shù)引入中國(guó)的初期 ， 處于摸索期 ，不成功的井較多 。 2021年 ， 多分支水平井完井?dāng)?shù)量增加 ， 成功率不斷增高 。 到 2021年 10月為止 ， 全國(guó)已施工多分支水平井 64口 ， 正在產(chǎn)氣 37口 ， 產(chǎn)能達(dá)到 7億～ 8億 m3。在樊莊 胡底區(qū)塊 ， 2021～ 2021年度實(shí)施 191口水平井 ， 直井 566口 ， 最終實(shí)現(xiàn) 15億 m3的產(chǎn)量 ， 在 15億 m3產(chǎn)量中 ， 多分支水平井將占大部分產(chǎn)量。在柿莊南區(qū)塊、潘莊區(qū) 塊開發(fā)方案中 ， 均將多分支水平井作為開發(fā)的主要手段進(jìn)行部署。柿莊南區(qū)塊共部署鉆井 405口 ， 其中多分支水平井 20口 ， 直井 385口 ， 建設(shè) 4億 m3年產(chǎn)能。潘莊區(qū)塊 ， 共布井 251口 ， 其中多分支水平井 189口 ， 直井 62口 ， 建設(shè) 7億 m3年產(chǎn)能。目前 ， 我國(guó)沁水盆地南部多分支水平井單井日產(chǎn)量達(dá)到 6000～40000m3， 比直井壓裂方法單井產(chǎn)量提高 5～ 10倍。我國(guó)可以完成煤層氣多分支水平井鉆井施工的隊(duì)伍有多家 ， 其中以?shī)W瑞安公司為代表 ， 其鉆井成功率和規(guī)模均處于領(lǐng)先地位 [9]。我國(guó)現(xiàn)階段進(jìn)行多分支水平井鉆井的單位主要集中在中石油、中聯(lián)煤及亞美大陸三家公司 （ 如圖 ） 。 當(dāng)前煤層氣利用現(xiàn)狀及前景 19 圖 我國(guó)多分支水平井圖 圖 全國(guó)歷年煤層氣多分支水平井轉(zhuǎn)井?dāng)?shù)統(tǒng) 圖 我國(guó)現(xiàn)階段進(jìn)行多分支水平井鉆井的單位鉆井?dāng)?shù) 多分支水平井的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 煤層氣多分支水平井技術(shù)最直接的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在 ， 單井產(chǎn)氣量高、采收率高、榆林學(xué)院畢業(yè)論文 20 生產(chǎn)周期短、井場(chǎng)占地面積少。 (1)增加了有效供給范圍 水平鉆進(jìn)幾百米是比較容易的 ， 而要壓裂這么長(zhǎng)的裂縫幾乎是不可能的 ， 而且 ， 造就一條較長(zhǎng)的支撐裂縫要求使用大型的壓裂設(shè)備。多分支水平井在煤層中呈網(wǎng)狀 分布 ， 將煤層分割成很多連續(xù)的狹長(zhǎng)條帶 ， 從而大大增加煤層氣的供給范圍。 (2)提高了煤層氣導(dǎo)流能力 壓裂的裂縫無論長(zhǎng)度多長(zhǎng) ， 流動(dòng)的阻力都是相當(dāng)大的 ， 而水平井內(nèi)流體的流動(dòng)阻力相對(duì)于割理系統(tǒng)要小得多。分支井眼與煤層割理的相互交錯(cuò) ， 煤層割理與裂隙更暢通 ， 就提高了裂隙的導(dǎo)流能力。 (3)減少了對(duì)煤層的損害 常規(guī)直井鉆井完鉆后要固井、水力壓裂改造 ， 每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)煤層造成不同程度的損害 ， 而且煤層損害很難恢復(fù)。多分支水平井鉆井完井方法避免了固井和水力壓裂作業(yè) ， 只要在鉆井時(shí)設(shè)法降低鉆井液對(duì)煤層的損害 ，就能滿足工程要求。 (4)提高了單井產(chǎn)氣量 經(jīng)過近幾年的初步試驗(yàn)和排采 ， 表明多分支水平井單井日產(chǎn)氣量可達(dá) 1萬 m3 以上 ， 沁水盆地潘莊井組平均產(chǎn)量達(dá) 5萬 m3， 最高產(chǎn)量為 10萬 m3。 (5)提高了采收率 ， 縮短了生產(chǎn)周期 據(jù)已實(shí)施多分支水平井的煤礦資料 ， 多分支水平井前 3年生產(chǎn)數(shù)據(jù) ， 按照 100m 分支間距布置多分支水平井 ， 2～ 3年內(nèi)煤層氣采收率達(dá)到約 40%～ 50%， 而達(dá)到此采收率的話 ， 直井需要開采 15年～ 20年。據(jù)數(shù)值模擬預(yù)測(cè) ， 多分支水平井組排采3年時(shí)就可達(dá)到井間干擾作用 ， 煤層氣采收率達(dá)到 40%以上 ， 排采 5年煤層氣采收率達(dá)到 55%以上 ， 排 采 10年煤層氣采收率達(dá)到 75%。當(dāng)煤層氣采收率達(dá)到 40%～ 50%時(shí) ， 只需 3年左右 ， 而直井需要開采 15年～ 20年。 (6)減少了井場(chǎng)占地面積 ， 增大了抽排面積 多分支水平井井場(chǎng)占地少是顯而易見的 ， 初步估計(jì) ， 與相同抽排面積的直井相比 ， 多分支水平井將少 2/3。 一個(gè)多分支水平井井場(chǎng)占地面積約 2400m2， 對(duì)應(yīng)抽排面積內(nèi)布 6口直井 ， 6口直井井場(chǎng)占地面積共需 7200m2。一個(gè)單翼多分支水平井控制的抽排面積在 ～ ， 如果一個(gè)井場(chǎng)設(shè)計(jì) 3～ 4翼多分支水平井 ，將控制 2～ 3km2的抽排面積 ， 相當(dāng)于 20～ 30口 300m 300m井距部署的直井抽排面積。 多分支水平井不同井型經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益 (1)不同井型經(jīng)濟(jì)效益分析 我國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了不同井型多分支水平井的試驗(yàn) ， 包括工程井和生產(chǎn)井分離的多分支水平井、工程井和生產(chǎn)井合一的多分支水平井 、 末端對(duì)接水平井 ， 這三種井型的多分支水平井工程成本存在差異 ， 同時(shí)產(chǎn)量也有所差別。其應(yīng)用的對(duì)象或 當(dāng)前煤層氣利用現(xiàn)狀及前景 21 者說針對(duì)不同的地質(zhì)條件和煤層特征有所不同。從產(chǎn)氣效果分析 ， 到目前為止 ， 地下煤層段分支多、水平分支井長(zhǎng)度大 ， 達(dá)到較大抽排面積的多分支水平井 ， 產(chǎn)氣量較高 ， 如果通過井組排采 ， 達(dá)到區(qū)域整體 壓降 ， 實(shí)現(xiàn)壓力干擾 ， 將會(huì)提高煤層氣單井產(chǎn)量 ， 提高煤層氣采收率。工程井和生產(chǎn)井合一的多分支水平井產(chǎn)氣效果和工程井和生產(chǎn)井分離的多分支水平井基本類似 ， 差別在于節(jié)省了穿針、鉆生產(chǎn)井等分項(xiàng)工程及其工程費(fèi)用 ， 但排采過程中修井次數(shù)增多 ， 生產(chǎn)維護(hù)成本要增加。末端對(duì)接水平井從單井規(guī)模而言單井產(chǎn)量相對(duì)較低 ， 但形成井組后 ， 產(chǎn)量仍然較好?？傮w而言 ， 井型是根據(jù)鉆井的地形、地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 如何使井型和地形、地質(zhì)條件實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置 ， 將是達(dá)到工程經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)設(shè)備和工具的國(guó)產(chǎn)化 ， 技術(shù)隊(duì)伍本土化 ， 將減低工程成本造價(jià)、實(shí)現(xiàn)良好經(jīng)濟(jì)效益 的必由之路。 (2)社會(huì)效益分析 社會(huì)效益表現(xiàn)在節(jié)省井場(chǎng)用地和減少征地 ， 實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、煤礦安全生產(chǎn)目標(biāo)。多分支水平井由于井場(chǎng)占地少 ， 特別適合高差大、地形復(fù)雜的山地 ， 適合森林保護(hù)區(qū)等林區(qū)。一方面在復(fù)雜的山區(qū) ， 減少道路 、 井場(chǎng)等征地面積 ， 另一方面積極保護(hù)了林區(qū)森林植被的砍伐 ， 保護(hù)山體、土壤的剝離 ， 使得植被、山體、土壤等環(huán)境得到最大的保護(hù)。多分支水平井鉆井完井技術(shù)使煤礦煤層氣實(shí)現(xiàn)快速抽采 ， 實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn) ， 其社會(huì)效益不可估量。利用多分支水平井鉆井完井技術(shù)經(jīng)過 4～ 5年的抽采 ， 煤層氣采收率可以達(dá)到 60%～ 70%左右 ， 在 采煤前極大地降低煤層含氣量 ， 節(jié)省煤礦建設(shè)和煤炭生產(chǎn)過程中通風(fēng)系統(tǒng)和抽放系統(tǒng)投資 ， 減少煤礦瓦斯爆炸。多分支水平井是煤層氣高效開發(fā)方式的發(fā)展趨勢(shì) ， 該技術(shù)的推廣應(yīng)用必將為煤層氣的勘探開發(fā)帶來突破性進(jìn)展 ， 促進(jìn)我國(guó)掀起開發(fā)煤層氣的熱潮。 煤層氣開發(fā)重大技術(shù)創(chuàng)新 中煤集團(tuán)沁南煤層氣開發(fā)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程技術(shù)研發(fā)技術(shù)成果鑒定會(huì)在 北京召開。該項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題 ， 通過沁南煤層氣開發(fā)利用項(xiàng)目建設(shè) ， 在井網(wǎng)優(yōu)化部署方案、空氣鉆井技術(shù)、微珠低密度固井技術(shù)、氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)、活性水加砂壓裂技術(shù)、穩(wěn)控精 細(xì)排采技術(shù)、地面集輸技術(shù)等面 ， 實(shí)現(xiàn)了集成創(chuàng)新。 由中國(guó)科學(xué)院院士劉光鼎 ， 中國(guó)工程院院士翟光明、王安及來自有關(guān)部委、科研院所等機(jī)構(gòu)的鑒定專家組成的委員會(huì)認(rèn)為 ， 該項(xiàng)目首次在煤層氣地面集輸工程中 ， 采用新型的聚乙烯管材替代傳統(tǒng)的金屬管材 ， 實(shí)現(xiàn)了高效、安全、低成本施工和運(yùn)營(yíng) ； 研究開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的用于抽油機(jī)的汽油、煤層氣兩用發(fā)動(dòng)機(jī) ， 有效節(jié)省了能源、提高了工作效率 ， 大大降低了生產(chǎn)成本 ； 在反復(fù)多次試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上 ， 通過數(shù)學(xué)模型和物理模型的建立 ， 客觀分析了煤層氣生產(chǎn)曲線類型 ， 研究總結(jié)出示范區(qū)無煙煤儲(chǔ)層煤層氣井排采生產(chǎn)規(guī) 律 ， 對(duì)指導(dǎo)同類地區(qū)煤層氣勘探開發(fā)和生產(chǎn)具有十分重要意義 ； 研發(fā)的四個(gè)煤層氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全規(guī)程 ，榆林學(xué)院畢業(yè)論文 22 填補(bǔ)了煤層氣行業(yè)安全規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白。 專家認(rèn)為 ， 沁南煤層氣開發(fā)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目集煤層氣開發(fā)技術(shù)、煤層氣田集輸工藝、煤層氣安全和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等 ， 形成了適宜同類地質(zhì)條件的煤層氣開發(fā)技術(shù)系列 ， 實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)創(chuàng)新。該示范工程的建設(shè)和投產(chǎn) ， 成為我國(guó)煤層氣開發(fā)的范例 ， 對(duì)推動(dòng)沁南地區(qū)煤層氣開發(fā)、加速我國(guó)煤層氣的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要意義 ， 項(xiàng)目技術(shù)成果總體水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先 [12]。 當(dāng)前煤層氣利用現(xiàn)狀及前景 23 4 我國(guó)煤層氣開發(fā)利用的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益 煤礦安全效益 煤層氣 (瓦斯 )爆炸事故是我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的最大威脅之一 ， 是煤礦安全的頭號(hào)殺手 ， 占煤礦發(fā)生事故的 70%～ 80%。如果實(shí)行“先采氣再采煤” ， 在采煤之前先采出煤層氣 ， 煤礦瓦斯將降低 70%～ 85%， 將有效降低由瓦斯引起的煤礦重大事故發(fā)生的頻率 ， 也有利于從根本上防止煤礦瓦斯事故。 環(huán)境保護(hù)效益 煤層氣的主要成分甲烷 ， 是產(chǎn)生溫室效應(yīng)主要?dú)怏w之一 ， 其溫室效應(yīng)為 CO2 的 21倍、 NO2的 7倍 ， 對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞極強(qiáng)。我國(guó)僅采煤集中排放的甲烷量就達(dá) 194 108m3， 占世界煤層甲烷排放量的 35%， 并以每年 108m3 的速度增加 [13]。如果我國(guó)能對(duì)煤層氣進(jìn)行有效的開發(fā)利用 ， 其燃燒熱值與天然氣相當(dāng)且潔凈、幾乎不產(chǎn)生任何廢氣、還可減少煙塵和廢渣的排量 ， 將大大減少我國(guó)有害氣體總體排放數(shù)量 ， 對(duì)改善大氣環(huán)境具有非常重要的意義。 經(jīng)濟(jì)效益 煤層氣開發(fā)利用不僅有利于煤礦安全生產(chǎn)、減少環(huán)境污染 ， 同時(shí)還會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。先采氣再采煤有利于根本上防止瓦斯爆炸事故 ， 減少煤礦瓦斯事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失 ， 僅 2021年我國(guó)瓦斯事故直接經(jīng)濟(jì)損失合計(jì)為 [13]。同時(shí)還能大幅度減少煤礦建井費(fèi)用和生產(chǎn)通風(fēng)、防災(zāi)費(fèi)用 (至少降至 1/4) 、節(jié)約大量電能。開發(fā)利用煤層氣不僅可提高我國(guó)綜合能源系統(tǒng)效率 ， 有效彌補(bǔ)我國(guó)常規(guī)天然氣資源在地域分布和供給上的不足 ， 帶來直接市場(chǎng)效益 ， 同時(shí)將帶動(dòng)鋼鐵、水泥、化工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ， 擴(kuò)大就業(yè)機(jī)會(huì) ， 吸引國(guó)內(nèi)外投資 ， 促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 榆林學(xué)院畢業(yè)論文 24 5 煤層氣發(fā)展前景 煤層氣作為新能源的應(yīng)用 （ 1） 民用燃料 煤層氣作為民用燃料，和煤炭比較具有熱值高、污染小、使用安全等特點(diǎn)，不需龐大的凈化處理裝置，不腐蝕、不堵塞輸氣設(shè) 備。在美國(guó)，則是將開采的煤層氣經(jīng)加壓后輸入天然氣管道，然后輸向全國(guó)各地。煤層氣允許進(jìn)入天然氣管道的條件是甲烷濃度要高于