煤层气开采技术的应用现状及改进措施探究

引言：

煤层气主要成分是甲烷，是一种清洁、高效的能源。它赋存于煤层之中，其开发利用既能减少煤矿瓦斯灾害，又能提供优质清洁能源，缓解我国能源供需压力，还能降低温室气体排放，助力实现“双碳”目标。随着我国对能源需求的不断增长以及对清洁能源的大力倡导，煤层气产业发展迅速，但在开采技术方面仍面临诸多问题亟待解决。

1 煤层气开采技术应用现状分析

1.1 地面钻井开采技术

直井开采技术：直井是煤层气开采中较为传统的井型。在我国，直井开采技术成熟度较高，应用广泛。例如在山西晋城矿区，早期大量采用直井开采煤层气。其优点在于施工工艺相对简单，成本较低，对于地质条件较为简单、煤层厚度较大且分布稳定的区域较为适用。然而，直井的开采范围有限，单井产量相对不高，尤其对于渗透率较低的煤层，开采效果欠佳。水平井开采技术：近年来，水平井在煤层气开采中的应用越来越多。与直井相比，水平井能够更大范围地接触煤层，增加泄气面积，提高单井产量。中石油在鄂尔多斯盆地东缘的部分区域采用水平井开采煤层气，取得了较好的效果。

1.2 储层改造技术

水力压裂技术：水力压裂是目前煤层气储层改造的主要手段之一。它通过向煤层注入高压液体，使煤层形成裂缝，从而改善煤层气的渗流条件，提高产量。在沁水盆地南部的煤层气开发中，水力压裂技术得到了广泛应用。经过多年的实践和改进，形成了适合不同地质条件的压裂工艺，如活性水压裂、清水压裂等。但对于一些深部煤层或低渗煤层，水力压裂面临着裂缝扩展难、支撑剂沉降等问题，影响了压裂效果。 CO₂ 驱替开采技术：CO₂ 驱替开采煤层气技术不仅可以提高煤层气的采收率，还能实现CO₂的地质封存，具有双重效益。我国在部分地区开展了 CO₂ 驱替煤层气的试验研究，如在淮南矿区。该技术的原理是利用 CO₂ 与煤层中甲烷的吸附竞争特性，将甲烷置换出来。

1.3 排采技术

有杆泵排采技术：有杆泵排采在煤层气开采初期应用较多，具有结构简单、维护方便等优点。它通过抽油杆带动泵筒内的活塞上下运动，实现排水采气。但随着开采的进行，有杆泵容易出现磨损、卡泵等问题，且对于高气液比的煤层气井，排采效率较低。无杆泵排采技术：为解决有杆泵的不足，无杆泵排采技术逐渐得到应用，如螺杆泵、电潜泵等。这些泵型能够适应不同的工况条件，提高排采效率。在一些高产气井中，电潜泵排采技术表现出良好的性能，能够快速降低井底压力，促进煤层气的解吸和产出。同时，随着自动化技术的发展，智能化排采系统逐渐普及，通过实时监测井底压力、流量等参数，自动调整排采设备的运行参数，实现优化排采。

2 煤层气开采技术面临的挑战分析

2.1 地质条件复杂

我国煤层气资源分布广泛，但地质条件差异大。部分地区煤层渗透率低，如在一些构造复杂区域，煤层受到挤压、褶皱等作用，导致煤层结构破坏，渗透率降低，使得煤层气难以从煤层中解吸、渗流到井筒。此外，

煤层厚度变化大、煤层埋深不一等问题，也增加了开采技术的实施难度，使得统一的开采技术难以适用于不同区域。

2.2 开采成本高

煤层气开采涉及多个环节，从钻井、储层改造到排采，每一步都需要大量的资金投入。水平井、储层改造新技术的应用虽然提高了开采效率，但也大幅增加了成本。例如，CO₂驱替开采技术中，CO₂的捕获、运输和注入设备投资巨大。同时，煤层气单井产量不稳定，部分低产井难以在短期内收回成本，影响了企业的投资积极性。

2.3 技术适应性差

现有的开采技术往往是针对特定地质条件研发的，在不同区域推广时，技术移植性差。如在山西晋城矿区成功应用的开采技术，在地质条件不同的贵州等地可能效果不佳。这就需要针对不同区域的地质特点，进行技术的二次研发和优化，增加了技术研发的工作量和成本。

3 煤层气开采技术改进措施分析

3.1 加强地质研究，实现精准开采

加大对煤层气地质条件的勘探力度，利用先进的地球物理勘探技术，如三维地震、瞬变电磁等，精细刻画煤层的分布、厚度、结构以及地质构造等信息。通过建立高精度的地质模型，为开采技术的选择和优化提供准确依据。针对不同地质条件，开展地质与工程一体化研究。

3.2 创新技术研发，降低开采成本

研发低成本、高效的钻井技术，如采用新型钻井液体系，提高钻井速度，降低钻井过程中的事故发生率，从而降低钻井成本。同时，探索新的井型和井网布置方式，提高单井控制储量和产量，摊薄单位开采成本。对于储层改造技术，研发新型的压裂材料和工艺。如研发高强度、可降解的支撑剂，既能有效支撑裂缝，又能减少对环境的影响；探索脉冲压裂、重复压裂等新的压裂方式，提高低渗煤层和深部煤层的改造效果。

3.3 提高技术通用性，增强技术适应性

建立技术研发平台，整合高校、科研机构和企业的力量，开展联合攻关。针对不同地质条件，研发具有通用性的技术模块，然后根据具体区域的地质特点，进行模块的组合和优化，提高技术的适应性。加强技术交流与合作，借鉴国外先进的煤层气开采技术和经验。例如，学习美国在煤层气开采技术标准化方面的做法，结合我国实际情况，制定适合不同地质区域的技术标准和规范，促进技术的推广和应用。

结束语：

展望未来，煤层气开采将继续朝着高效、环保、可持续的方向发展。随着科技的不断进步和创新，煤层气增产技术将取得更多突破，为煤层气产业的繁荣和发展提供有力支持。同时，政府、企业和研究机构应加强合作，共同推动煤层气产业的健康发展。

参考文献：

[1]煤层气开采技术应用现状及改进策略[J].霍轩;石璐;刘超;杨小平.设备管理与维修,2021(06)

[2]煤层气利用现状与前景分析[J].冯波.当代化工研究,2024(05)

[3]煤层气勘探开采技术现状及改进方法[J].毛金慧.内蒙古煤炭经济,2021(18)