CN101649740A - 一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构 - Google Patents
一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构，结构有井身孔径依次减小的表层段、岩层段和卸压抽采段，表层段位于地面至基岩层，岩层段位于表层段和卸压抽采段之间，卸压抽采段位于上组卸压煤层顶板上方与下组开采煤层之间，卸压抽采段底端距下组开采煤层顶板10～30m；表层段有表层套管，岩层段有岩层套管，从井底延伸至地面的抽采瓦斯管穿过上组卸压煤层的管段为抽采瓦斯筛管，其余管段为抽采瓦斯实管，抽采瓦斯筛管缠有铅丝；抽采瓦斯管与表层套管、岩层套管和卸压抽采段的井壁之间留有间距。井身结构稳定，不易折断，不易堵塞，抽采瓦斯效果好，适用范围广。适用于煤矿抽采瓦斯的地面钻井。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿抽采瓦斯的地面钻井井身结构。
背景技术
在专利号为“ZL200510040410.X”的中国发明专利说明书中，公开了一种井身结构。钻井的流沙层段和岩层段设有抽采瓦斯套管，抽采瓦斯套管和井壁(防流沙套管)之间的空隙中注有水泥砂浆以固井，卸压煤层段设有抽采瓦斯筛管，不固井，瓦斯通过筛管周边的间隙和筛孔流入钻井。
由于下组煤层开采时岩层采动变形量大、变形速度快、弯曲应力大，造成部分钻井的抽采瓦斯套管和抽采瓦斯筛管无法适应这些变化而被剪断，致使含水层的水与砂涌入井内，严重影响地面钻井抽采瓦斯的效果。
抽采瓦斯筛管由于管壁布置有多个筛孔，抗剪强度和抗压强度低，易被移动变形的岩层破坏；另外，在高负压抽采卸压瓦斯时，煤屑和砂子等杂物经筛孔被吸入到抽采瓦斯筛管内并逐渐淤积，堵塞钻井下段，严重影响瓦斯抽采效果。
发明内容
为了克服现有的井身结构的抽采瓦斯套管和筛管易被剪切破坏和钻井被堵塞的缺陷，本发明提供一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构，该井身结构的套管不易被剪切破坏，钻井也不易堵塞。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该井身结构为垂直钻井，从地面至井底顺序设有井身孔径依次减小的表层段、岩层段和卸压抽采段，表层段位于地面以下至基岩层，岩层段位于表层段和卸压抽采段之间，卸压抽采段位于上组卸压煤层顶板上方50～150m处与下组开采煤层之间，卸压抽采段底端距下组开采煤层顶板10～30m；所述的表层段内置有用水泥浆固定的表层套管，岩层段置有用水泥浆固定的岩层套管，从井底延伸至地面的抽采瓦斯管穿过上组卸压煤层的管段为抽采瓦斯筛管，其余管段为抽采瓦斯实管，抽采瓦斯筛管外面缠绕有铅丝；所述的抽采瓦斯管穿过表层套管和岩层套管，抽采瓦斯管与表层套管、岩层套管和卸压抽采段的井壁之间都留有间距。
所述的抽采瓦斯管与表层套管、岩层套管之间的间距不小于25mm，抽采瓦斯管与卸压抽采段井壁之间的间距不小于20mm。
所述的铅丝缠绕间隙为0.5～2mm，铅丝两端焊接固定在抽采瓦斯筛管上。
所述的表层套管、岩层套管和抽采瓦斯管都选用壁厚不小于8mm的冷拔钢管，管材选用35#或40#钢。
本发明适用于施工一种用于瓦斯抽采的地面钻井以抽采采动卸压及采空区瓦斯，地面钻井井身结构稳定，不易折断，不易堵塞，抽采瓦斯效果好，适用范围广。
淮南矿业集团公司谢桥矿、潘一矿、张北矿和谢一矿施工了专利号为“ZL200510040410.X”的发明专利所述的地面钻井，钻井破坏情况较严重，单井抽采期不长(参考文献：梁运培、胡千庭、郭华等.地面采空区瓦斯抽放钻孔稳定性分析.煤矿安全，2007，03：1-4)；本发明的地面钻井在神华宁夏煤业集团乌兰矿5757工作面进行了应用，在瓦斯抽采过程中没有地面钻井发生剪切破坏，单井抽采期长，瓦斯抽采效果好。
淮南矿业集团公司和神华宁夏煤业集团乌兰矿的地面钻井工作对比情况见表1。
表1地面钻井工作对比情况表
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：地面钻井1，表层套管2，岩层套管3，水泥浆4，抽采瓦斯管5，下组开采煤层6，上组卸压煤层7，铅丝8，表层段1-1，岩层段1-2，卸压抽采段1-3，抽采瓦斯实管5-1，抽采瓦斯筛管5-2。
具体实施方式
在图1中，该井身结构为垂直钻井，井身分为3段，即从地面至井底顺序设有的表层段1-1、岩层段1-2和卸压抽采段1-3。井身孔径从表层段1-1、岩层段1-2和卸压抽采段1-3依次减小。表层段1-1位于地面至基岩层，岩层段1-2位于表层段1-1和卸压抽采段1-3之间，卸压抽采段1-3位于上组卸压煤层7顶板上方50～150m处与下组开采煤层6之间，卸压抽采段1-3底端距下组开采煤层6顶板10～30m。为加固井身，防止水、煤渣及砂子等流入井内影响瓦斯抽采效果，表层段1-1内置有用水泥浆4固定的表层套管2，岩层段1-2置有用水泥浆4固定的岩层套管3，卸压抽采段1-3不固井。
从井底延伸至地面的抽采瓦斯管5分为抽采瓦斯实管5-1和抽采瓦斯筛管5-2，穿过上组卸压煤层7的部分为抽采瓦斯筛管5-2，其余部分为抽采瓦斯实管5-1，二者的管径相同。抽采瓦斯管5穿过表层套管2和岩层套管3。抽采瓦斯管5与表层套管2、岩层套管3之间留有间距，抽采瓦斯管5与卸压抽采段1-3的井壁之间也留有间距。抽采瓦斯管5与表层套管2、岩层套管3之间的间距不小于25mm，与卸压抽采段1-3井壁之间的间距不小于20mm，由于间隙的存在，故可实现一定的弯曲变形，当井身承受水平剪切应力、特别是套管被剪断时，其被剪断的可能性很小，可保证瓦斯抽采效果。
为提高地面钻井的抗剪、抗压强度，降低其被剪断的可能性，表层套管2、岩层套管3和抽采瓦斯管5都选用抗剪、抗压强度高的冷拔钢管，管材选用35#或40#钢，同时壁厚不小于8mm。
为了提高抽采瓦斯筛管5-2的抗剪、抗压强度，同时防止煤屑等杂物在高负压抽采瓦斯时进入瓦斯抽采管5影响瓦斯抽采效果，抽采瓦斯筛管5-2外面缠绕有铅丝8，铅丝8的缠绕间隙为0.5～2mm，铅丝8两端焊接固定在抽采瓦斯筛管5-2上。
地面钻井1的一个施工过程实例为：
(1)钻井工程
一开(表层段)：用
273mm潜孔锤钻头开孔，钻进至基岩5m后，下
244mm(外径，下同)表层套管2，然后用水泥浆4封固表层套管2；
二开(岩层段)：换
219.5mm潜孔锤钻头钻进50m后距上组卸压煤层7约80m，下
193.7mm岩层套管3，然后用比重为1.50～1.75的水泥浆4固井；
三开(卸压抽采段)：换
177mm潜孔锤钻头钻至下组开采煤层6顶板以上10m的位置完钻。
(2)完井工程
三开完成后，下入
125mm抽采瓦斯管5，其中穿过上组卸压煤层7的部分为抽采瓦斯筛管5-2，其余部分为抽采瓦斯实管5-1。
施工实例中，表层套管2和岩层套管3及抽采瓦斯管5都选用冷拔钢管，管材选用35#钢，壁厚为8mm。
其工作过程：地面钻井1施工完成后，下入抽采瓦斯管5。当下组开采煤层6的工作面推过地面钻井1约10～30m时，地面钻井1连入地面瓦斯抽采系统开始抽采瓦斯。
Claims (4)
1.一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构，该井身结构为垂直钻井，其特征在于：从地面至井底顺序设有井身孔径依次减小的表层段、岩层段和卸压抽采段，表层段位于地面至基岩层，岩层段位于表层段和卸压抽采段之间，卸压抽采段位于上组卸压煤层顶板上方50～150m处与下组开采煤层之间，卸压抽采段底端距下组开采煤层顶板10～30m；所述的表层段内置有用水泥浆固定的表层套管，岩层段置有用水泥浆固定的岩层套管，从井底延伸至地面的抽采瓦斯管穿过上组卸压煤层的管段为抽采瓦斯筛管，其余管段为抽采瓦斯实管，抽采瓦斯筛管外面缠绕有铅丝；所述的抽采瓦斯管穿过表层套管和岩层套管，抽采瓦斯管与表层套管、岩层套管和卸压抽采段的井壁之间都留有间距。
2.根据权利要求1所述的一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构，其特征在于：所述的抽采瓦斯管与表层套管、岩层套管之间的间距不小于25mm，抽采瓦斯管与卸压抽采段井壁之间的间距不小于20mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构，其特征在于：所述的铅丝缠绕间隙为0.5～2mm，铅丝两端焊接固定在抽采瓦斯筛管上。
4.根据权利要求1所述的一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构，其特征在于：所述的表层套管、岩层套管和抽采瓦斯管都选用壁厚不小于8mm的冷拔钢管，管材选用35#或40#钢。
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