DB21-T 3900-2023 煤礦采空區(qū)地面煤層氣排采技術(shù)規(guī)范

CCSE10/1921TechnicalspecificationofsurfacecoalbedmethaneextractioningoafofcoalIDB21/T3900—2023前言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4采空井排采工作內(nèi)容與基本原則 25采空井設(shè)計(jì)及鉆井要求 26采空井排采設(shè)備 37排采工藝 48排采資料 5 9DB21/T3900—2023本文件依據(jù)GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》給出的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利，本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由遼寧省自然資源廳提出并歸口。本文件起草單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué)、阜新宏地勘新能源有限公司、遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院。本文件主要起草人：楊振華、李勝、蘭天偉、陳兆山、范超軍、王軍、肖斌、付興、劉小帥、陳軍典、普梓昂、賈策、秦廣升、楊雷、文海歐、王磊、孫浩、徐令金、蔣曉鋒。本文件發(fā)布實(shí)施后，任何單位和個(gè)人如有問題和意見建議，均可以通過來電和來函等方式進(jìn)行反饋，我們將及時(shí)答復(fù)并認(rèn)真處理，根據(jù)實(shí)際情況依法進(jìn)行評(píng)估及復(fù)審。歸口管理部門通訊地址:遼寧省自然資源廳，遼寧省沈陽市皇姑區(qū)北陵大街29號(hào)，聯(lián)系電話起草單位通訊地址:遼寧工程技術(shù)大學(xué),遼寧省阜新市細(xì)河區(qū)中華路47號(hào),聯(lián)系電話阜新宏地勘新能源有限公司，遼寧省阜新市海州區(qū)韓家店鎮(zhèn)西瓦村，聯(lián)系電話遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院，遼寧省丹東市振興區(qū)接梨樹大街1號(hào)，聯(lián)系電話:0415-622880。1DB21/T3900—2023煤礦采空區(qū)地面煤層氣排采技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了煤礦采空區(qū)地面煤層氣排采施工過程中各工序的技術(shù)要求。本文件適用于遼寧省區(qū)域內(nèi)煤礦采空區(qū)地面煤層氣的排采作業(yè)工程。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T31537-2015煤層氣（煤礦瓦斯）術(shù)語GB/T40546-2021煤層氣井排采工程設(shè)計(jì)規(guī)范AQ1081-2010煤層氣地面開釆防火防爆安全規(guī)程AQ1115-2018煤層氣地面開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施設(shè)計(jì)審査和竣工驗(yàn)收規(guī)范DZ/T0250-2010煤層氣鉆井作業(yè)規(guī)范NB/T10009-2014煤層氣井排采技術(shù)規(guī)范SY/T5964-2019鉆井井控裝置組合配套安裝調(diào)試與維護(hù)SY/T6921-2019煤層氣井排采安全技術(shù)規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1煤層氣coalbedmethane賦存于煤層中與煤共伴生、以甲烷為主要成分的天然氣體。[來源：GB/T31537-2015，2.1]3.2采空井goafwell為排采煤礦采空區(qū)（廢棄礦井）煤層氣而在地面施工的鉆井。3.3井場(chǎng)wellsite為滿足鉆井、排采等在井口附近地面安裝生產(chǎn)設(shè)備的要求，征用的具有一定面積大小的地面空間。[來源：SY/T6921-2019，3.4]2DB21/T3900—20234采空井排采工作內(nèi)容與基本原則4.1排采工作內(nèi)容根據(jù)煤礦采空區(qū)煤層氣資源賦存條件、地形地貌、采空區(qū)密閉性、采空區(qū)積水情況、采空區(qū)煤柱穩(wěn)定性、含水層與易坍塌地層情況和采煤方法差異等特點(diǎn)，合理制定排采設(shè)備、排采工藝和排采工作制度，開展排水采氣作業(yè)。4.2排采基本原則有效控制降壓速率，合理確定井底流壓和套壓，實(shí)現(xiàn)采空井穩(wěn)定生產(chǎn)，提高排采效果。5采空井設(shè)計(jì)及鉆井要求5.1采空井排采靶區(qū)和井場(chǎng)位置選擇5.1.1選取采空區(qū)含氣量高、周邊遺留煤炭資源多、地表裂縫不發(fā)育的區(qū)域作為排采靶區(qū)。5.1.2在排采靶區(qū)內(nèi)選取煤層底板標(biāo)高較高、不易積水、相對(duì)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單的區(qū)域作為井場(chǎng)位置。5.1.3煤層自然發(fā)火傾向嚴(yán)重的采空區(qū)，不宜開展采空區(qū)地面煤層氣排采。5.1.4井場(chǎng)邊界應(yīng)與高壓線、民宅、鐵路、高速路及其他永久性設(shè)施保持一定距離，宜遠(yuǎn)離學(xué)校、醫(yī)院和大型油庫等人口密集、高危性場(chǎng)所。5.1.5井場(chǎng)雨水排水口宜避開民房、道路和農(nóng)田等設(shè)施。5.2采空井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.2.1采空井一般采用三開井身結(jié)構(gòu)（見圖1）。5.2.2一開結(jié)構(gòu)的鉆進(jìn)深度應(yīng)穿過采空區(qū)工作面表土覆蓋層及風(fēng)化帶巖層至穩(wěn)定基巖層。5.2.3二開結(jié)構(gòu)的鉆進(jìn)深度應(yīng)深入到距煤層最近一層含水層位置。5.2.4三開結(jié)構(gòu)的鉆進(jìn)深度應(yīng)深入到采空區(qū)煤層頂板以上裂隙帶。5.2.5井身結(jié)構(gòu)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求全井最大井斜小于3°、最大井斜變化率小于1(°)/50m和全井最大井徑擴(kuò)大率小于25%。5.3鉆井要求5.3.1鉆井施工、設(shè)備安裝應(yīng)符合DZ/T0250和SY/T5964的相關(guān)規(guī)定。5.3.2為提高鉆井施工效率、避免液體鉆井液堵塞采空區(qū)頂板裂隙帶產(chǎn)氣通道，采空井宜采用壓縮空氣潛孔錘鉆井技術(shù)。5.3.3一開結(jié)構(gòu)鉆進(jìn)至穩(wěn)定基巖層下入表層套管，之后對(duì)井壁及套管壁之間的環(huán)形空間使用水泥進(jìn)行封固，直至井口返出純水泥漿。5.3.4二開結(jié)構(gòu)鉆進(jìn)到距煤層最近一層含水層下入技術(shù)套管，通過灌注水泥封固；5.3.5三開結(jié)構(gòu)鉆進(jìn)到煤層頂板以上采空區(qū)裂隙帶，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的漏漿(風(fēng))情況決定最終止深，下入篩管完井或裸眼完井。DB21/T3900—2023圖1采空區(qū)煤層氣地面排采示意6采空井排采設(shè)備6.1排采設(shè)備6.1.1采空井的地面排采設(shè)備（見圖2）。6.1.2采空井采用煤層氣專用螺桿或漩渦增壓機(jī)組進(jìn)行排采。6.1.3增壓機(jī)組前端包括：井口壓力表、井口閘閥、單向閥、過濾器、阻火器、連接軟管。當(dāng)井口與增壓機(jī)組距離大于50m時(shí)，宜在阻火器與增壓機(jī)組之間加裝閘閥。6.1.4增壓機(jī)組中端包括：甲烷、氧氣、溫度傳感器。對(duì)甲烷和氧氣濃度、進(jìn)排氣溫度進(jìn)行檢測(cè)、報(bào)警和保護(hù)控制。6.1.5增壓機(jī)組后端包括：連接軟管、放空閥、流量計(jì)、球閥、集輸站。圖2煤礦采空區(qū)煤層氣地面排采的主要設(shè)備6.2排采設(shè)備安全要求6.2.1井口排采管路與增壓機(jī)組之間宜裝設(shè)防回流、防火和防爆炸作用的安全裝置。4DB21/T3900—20236.2.2維護(hù)排采管道時(shí)，宜提前對(duì)管道注氮?dú)?，完全置換管道中的氣體，采取防火、防爆、防窒息、防中毒等安全措施。6.2.3經(jīng)檢測(cè)存在一氧化碳的采空井，宜安裝一氧化碳濃度傳感器。6.2.4增壓機(jī)組宜安裝應(yīng)急放空管，并高于機(jī)組頂部。6.2.5所有電氣設(shè)備均可靠接地，接地引下線宜接地良好，接地電阻值≤10Ω。6.2.6排采設(shè)備防火、防爆應(yīng)符合AQ1081和AQ1115的相關(guān)規(guī)定。7排采工藝7.1排采工藝程序采空井地面煤層氣排采工藝程序一般包括：前期準(zhǔn)備、游離煤層氣排采、采空區(qū)排水、穩(wěn)定生產(chǎn)和產(chǎn)量衰減等階段。7.2前期準(zhǔn)備排采前對(duì)排采相關(guān)設(shè)備設(shè)施、儀表、管線等進(jìn)行準(zhǔn)備檢查，包括增加機(jī)組、井口裝置、地面管線、閥門、分離器、氣體及液體的計(jì)量?jī)x表、計(jì)量箱等。7.3游離煤層氣排采使用螺桿/漩渦增壓機(jī)組排采設(shè)備傳播壓力降至采空區(qū)裂隙空間,游離煤層氣運(yùn)移至排采設(shè)備內(nèi)，從而進(jìn)一步降低井底流壓，促進(jìn)采空區(qū)殘煤吸附氣的解吸,最終使采空區(qū)殘煤解吸速度與排采設(shè)備能力平衡。7.4采空區(qū)排水采空區(qū)積水會(huì)極大降低遺留煤炭甲烷解吸量，進(jìn)而嚴(yán)重降低地面采空區(qū)井的煤層氣排采量，宜將油管下入排采泵組合，安裝地面抽水設(shè)備進(jìn)行排水（見圖3）。圖3煤礦采空區(qū)煤層氣井排水采氣示意7.5穩(wěn)定生產(chǎn)DB21/T3900—2023通過固定抽采設(shè)備運(yùn)行頻率,保證井口壓力穩(wěn)定,合理控制生產(chǎn)壓差,達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)氣的目的。7.6產(chǎn)量衰減隨著大量煤層氣的解吸與產(chǎn)出，采空區(qū)殘煤吸附氣解吸量逐漸低于排采設(shè)備排采量,井口壓力降低明顯時(shí)應(yīng)提高排采設(shè)備運(yùn)行頻率,否則應(yīng)停止排采或更換更小功率增壓機(jī)組。8排采資料8.1生產(chǎn)數(shù)據(jù)日?qǐng)?bào)表記錄采空井排采過程中的基礎(chǔ)參數(shù)，包括套壓、井底流壓、動(dòng)液面、日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)水量等，記錄格式見附錄A表A.1。8.2水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表根據(jù)排采動(dòng)態(tài)分析需求，開展采出水化驗(yàn)分析，形成水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表，記錄格式見附錄A表A.2。8.3氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)表根據(jù)排采動(dòng)態(tài)分析需求，開展采出氣化驗(yàn)分析，形成氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)表，記錄格式見附錄A表A.3。6DB21/T3900—2023生產(chǎn)報(bào)表格式表A.1-A.3給出了生產(chǎn)數(shù)據(jù)日?qǐng)?bào)表式樣。表A.1生產(chǎn)數(shù)據(jù)日?qǐng)?bào)表式樣生產(chǎn)層位：生產(chǎn)井段：氣水氣水7DB21/T3900—2023表A.2水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表式樣PH值：氣味：顏色：透明度：懸浮物：沉淀物：K+Na+Ca2+SO42-Mg2+CO32-Fe3+HCO3-Fe2+NO3-Al3+NO2-NH4+8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