1、煤層氣開發鉆井工藝及設備選擇方案 APE OGGO 李向前2010-12 煤層氣簡介煤層氣(Coal Bed Methane/CBM。煤層氣俗稱 “ 瓦斯 ” ,其主要成分 是甲烷,它是在煤的生成和煤的變質過程中伴生的氣體。在成煤的過 程中生成的瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期,纖維素和有機質經厭 氧菌的作用分解而成。甲烷通常是由水壓支撐在煤層氣中。煤層氣的 主要組成部分(95%是天然氣。因此,煤層氣具有熱值 /每立方米與 天然氣幾乎一樣,可與天然氣混合運輸。煤層氣就像天然氣,相對便宜,是清潔燃料。CBM 是 21世紀重點發展的替代能源。CBM 開發技術基本成熟,在中國潛力巨大。 煤層氣儲量中國

2、煤層氣產業數據概覽:36.8萬億立方米 可開采資源總量占世界總量的 12%41. 5萬 平方公里煤層氣產區面積2010年地面產量為 15億立方米; 2015年地面產量為 110億立方米; 2020年達 240億立方米。中國 9大煤層氣富集盆地:沁水盆地,鄂爾多斯盆地、準噶爾盆地、滇東黔西、二連、吐哈、塔里木、天 山和海拉爾等含氣盆地(群、 121個含氣區帶。中國煤層氣資源豐富,發展前景廣闊,資源分布集中,適于開發資源比例大, 煤層氣產業剛剛起步,煤層氣市場逐步步入商業化階段,煤層氣資源量與常規 天然氣相當,有效勘探開發可以對常規天然氣形成重要補充。目前能夠商業化的煤層氣主要目標市場為山西沁水、

3、韓城、河南、湖北、湖南 等中部地區儲存特點:低滲透,低壓力,開發難度較大。 煤層氣開發與常規天然氣開發技術不同 煤層氣開發流程 -地面開發第一步:勘查規劃(國家投資帶動外資第二步:招商引資(區塊開采權:中石油,中聯,煤業集團 第三步:鉆井、固井、壓裂、排采(承包商承包:煤田地質勘探隊; 鉆井工程公司等等第四步:運輸(井口壓縮機,管道輸送第五步:應用(煤層氣發電,加氣站,工廠,民用 煤層氣鉆井工藝簡介“ 井下抽采 ” 與 “ 地面鉆采 ” 是煤層氣開采的兩種方式 。“ 地面鉆采 ” 煤層氣機理:地面鉆采煤層氣就是利用垂直井或定向井技術 來開采原始儲層中的煤層氣資源。當儲層壓力降低到臨界解吸壓力以

4、 下時,甲烷氣體從煤基質微孔隙內表面解吸出來;由于瓦斯濃度差異 而發生擴散到煤的裂隙系統,最后以達西流形式流到井筒。解吸是煤 層氣進行地面鉆采的前提,降壓是解吸的前提。所以必須鉆井后安裝 “ 磕頭機 ”排水降壓,使煤層氣析出。 煤層氣鉆井 -設備方案 鉆機 全液壓多工藝車載鉆機:RD20,T130XD 2000米水井回轉鉆機(不太適合石油鉆機(不太適合 最適合市場需要的鉆機是: 全液壓多工藝車載鉆機,可進行 泥漿牙輪 空氣牙輪 空氣潛孔錘 泡沫潛孔錘 煤層氣鉆井 -設備方案 壓縮空氣要求壓力 24bar-150bar排氣量 35-100m³/min根據鉆井的孔徑,深度選擇氣壓和氣量。

5、一般煤層氣鉆井孔徑:一開 311mm , 50-80米;二開 215.9mm , 80-300-500米;三開 152.4mm , 300/500米 -700-1000米完井空壓機型號:XRVS1300;XRVS1350;XRXS1275;XRYS1260 增壓機型號:B7-41/1000;B15-62/2175 煤層氣鉆井 -空壓機選擇分析利用最小動能法計算: 煤層氣鉆井 -空壓機選擇分析實際工況,有效氣舉排渣所需的空氣量受到很多因素影響,非常復雜,很難通 過公式表達,只能假設一些條件而估算出大概的空氣量。影響因素包括: 氣體和固體混合物的不同密度;固體顆粒的大小和形狀;不同井段的溫度;鉆桿

6、和井壁的粗糙度;大氣壓或空氣的重度;濕度或涌水大小等。上表計算忽略的很多影響因素,而給出的最低有效氣舉排渣速度也僅供參考, 換算出的 15.25m/s的最小環空流速實際是效率較低的,大些的巖屑不能直接被 空氣循環帶出,而是需要鉆頭重復破碎后才能被循環帶出,或巖屑與水結合形 成泥圈粘接在潛孔錘與鉆桿的軸間部位,易造成卡鉆事故。建議氣舉排渣空氣 流速為 1200-2000m/s,并根據情況適當調整。 煤層氣鉆井 -設備方案配置與連接液壓鉆機 RD20II 1臺 移動空壓機 XRXS1350 1臺 移動增壓機 B7-41/1000 1臺 鉆具:QL80 QL120 煤層氣市場 -“ 十二五規劃 ”

7、的商機2015年中國天然氣缺口達 1600億立方米,非常規天然氣將加速發 展,彌補空缺。2010年煤層氣地面產量約為 15億立方米,鉆井合計 5000多口, “ 十二 五 ” 規劃 2015年地面產量要達到 110億立方米,折算需要鉆井約 4-6萬 口井。“ 十二五 ” 規劃為沁水盆地,鄂爾多斯盆東緣地為煤層氣商業開發示范 區塊。煤層氣開發成本為 1元 /立方米,國家補貼 0.2元 /立方米,市場目前價 格 3.64元 /立方米,具備商業價值優勢。中國及世界能源公司合作已經具備了開發中國煤層氣的基本技術和經 驗。國家政策逐漸傾斜,法規逐漸規范。能源巨頭已經采取行動,中石油,中石化,中聯煤,晉煤

8、集團已經瓜 分了煤層氣區塊開發權。 煤層氣市場 -格局中石油煤層氣有限責任公司總經理接銘訓在接受媒體采訪時表示,中 石油未來幾年內將投資 100億元以上,用于煤層氣產能的擴張,到 2015年,中石油煤層氣銷量有望占到全國市場 40%。日前晉煤集團獲得國土資源部授予的成莊和寺河(東區區塊煤層氣 采礦許可證,這在煤炭行業尚屬首例。晉煤目前每年抽采煤層氣 12億 立方米,從 1993年至今已累計投入 50多億元。2009年中石油撤資后,中聯煤層氣的實力更不如從前:開采區塊少了 一半,打井數量更少,與中石油相比,無論是開發規模還是整體效益 上,都難以比肩,但是與外資合作比較多。中石化占領了南方各省的煤

9、層氣開發權,如云南,貴州,淮南,鄂爾 多斯等。華東分公司為中石化專業煤層氣開發公司。 煤層氣鉆井承包商 -已經有意向采購設備晉煤集團藍焰煤層氣開發有限公司 2套在用, 3套在執行或計劃 格瑞克(鄭州煤層氣技術有限公司 25套正在計劃河南豫中地質勘察有限公司 5套在用,根據市場增加計劃 奧瑞安能源技術開發有限公司 6套在用,正在計劃直井設備 山西煤田地質局各隊 4套在用,正在計劃 2套 山西潞安集團地質公司 已經購買 2套未到貨中石油華北油田煤層氣公司 正在考察車載鉆機貴州安順 112地質隊 正在考察車載鉆機云南煤田地質局及工程勘察公司 正在考察車載鉆機中煤集團中聯煤層氣,大地技術 有意向考察河北煤田地質局 有意向考察寧夏煤田地質局 有意向考察 煤層氣鉆井設備提供商阿特拉斯 . 科普柯集團是全球唯一能夠提供從鉆機、空壓機、增壓機、 潛孔錘、鉆頭的一攬子解決方案提供商。美國雪姆 SCHRAMM 是國內車載鉆機用戶最多的專業鉆機生產商,在 中國的代理商是:北京金地雪姆技術有限公司,配套壽力和阿特拉斯 . 科普柯空壓機,爭取為唯一戰略合作伙伴。石家莊煤礦機械有限公司鉆探裝備分公司獲得國家 “863” 車載鉆機