CN101915072A - 地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法 - Google Patents

地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，包括布孔和钻井、固井、完井步骤，其中，布孔步骤采取合理的布孔原则，可有效降低钻井受到破坏的几率和提高钻井的利用率，以最少的钻井数达到最佳的抽采效果；同时，钻井采用三开钻井的方式，选择合理的井身参数，并采用裸眼完井或衬管完井两种完井工艺，使钻井结构和施工工艺合理，也可有效提高抽采效率，并降低钻井受到破坏的可能性，减少钻井事故的发生。

Description

地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法
技术领域
本发明涉及地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法。
背景技术
煤层开采时，由于回采过程中回采率不可能达到100％，必然在采空区内残留大量的浮煤。同时，采空区边界也存在的一定厚度的煤柱，浮煤及煤柱的甲烷解吸致使采空区内集聚有较高浓度的煤层气。此外，在开采影响范围内的煤层受采动影响后所产生的卸压煤层气也将通过采动裂隙进入采空区。在工作面或采区全部开采结束后，为减少采空区内煤层气涌向采掘空间或涌向矿井而对生产和安全产生影响，同时也为了有效利用煤层气资源，需对采空区或已经封闭的旧巷进行煤层气抽采。
由于受采动冒落影响，煤岩的透气性大大增强。煤层气主要成份是甲烷，密度较空气小，游离、解吸出的煤层气将由冒落带，沿竖向发育的裂隙带向水平离层带运移，绝大多数的煤层气将储存在水平离层带下，形成煤层气聚集区。随着时间的推移，冒落带将逐渐压实，竖向裂隙和水平离层裂隙也有部分闭合，采空区达到新的应力平衡。
煤矿采动区煤层气的抽采现有技术大多是采用井下穿层钻孔、顺层钻孔、采空区埋管等工艺对煤层气进行抽采，井下钻孔施工及埋管工程量大，钻孔利用率不高，采空区内的埋管也容易被冒落的顶板岩层砸弯、砸断而阻断抽采，为解决该问题出现了运用地面钻井抽采采动区煤层气的方法，但仍然存在几点不足：①煤层采动过程中容易引起采场上覆岩层的位移变化，使钻井套管易于受到破坏；②没有合理的钻孔布孔位置选取原则，使钻井易于受到破坏，并且无法确保有足够气源，对煤层气的开发效果不佳；③井身结构设计及完井方式选择不合理，容易在钻孔过程中发生钻井事故，也容易造成钻井抽采效率低、经济性差。
因此，需探索一种新的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，克服上述不足，以对煤层气进行稳定、高效的抽采，并减少钻井施工过程中事故的发生。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，其目的是：通过该方法实现对煤矿采动稳定区的煤层气进行稳定、高效的抽采，同时，使钻井受到破坏的可能性降低。
本发明的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，包括以下步骤：
1)布孔：根据已有采动稳定区开采图纸、煤层和上覆岩层参数来选择采动稳定区地面钻井的布孔点，布孔点沿倾向分布于采动稳定区两边边缘，布孔点沿走向的间距为200～300m；
2)钻井与固井，在选定的布孔点钻井，包括以下步骤：
a.一开：使用φ311.15mm的钻头从地面钻进到基岩面以下20m，向孔内下入D244.5×10.03的石油套管I护孔，然后对井壁与套管I的外壁之间的环形空间进行水泥封固；
b.二开：使用φ215.9mm的钻头钻进到裂隙带以上10m时停钻，向井内下入N80、D177.8×9.19的套管II护孔，然后对井壁与套管II的外壁之间的环形空间进行水泥封固；
c.三开：使用φ152mm的钻头钻进到采动稳定区的煤层顶板冒落带或施工至裂隙带且风压减小至施钻前风压的60％时停钻，完成裸眼完井方式的钻井施工。
进一步，所述步骤c中，停钻后再向孔内下入D139.7×9.17的筛管进行完井，筛管上端伸出三开孔顶端10m以上，完成衬管完井方式的钻井施工；
进一步，所述步骤a、b、c中控制钻孔的倾斜度，每100m顶角偏斜不大于1°，全井最大井斜小于2°，井底最大水平偏移不超过10m；
进一步，所述步骤a中，套管I安装过程中在管外设置扶正器进行扶正，所述步骤b中，套管II安装过程中在管外设置扶正器进行扶正；
进一步，所述步骤a和步骤b中均采用A级水泥进行封固，在地面见返流的水泥浆后终止封固；
进一步，所述水泥中加有速凝剂。
发明的有益效果：本发明的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，包括布孔和钻井、固井、完井步骤，其中，布孔步骤采取合理的布孔原则，可有效降低钻井受到破坏的几率和提高钻井的利用率，以最少的钻井数达到最佳的抽采效果；同时，钻井采用三次开井的方式，选择合理的井身参数，并采用裸眼完井和衬管完井两种完井工艺，使钻井结构和施工工艺合理，也可有效提高抽采效率，并降低钻井受到破坏的可能性，减少钻井施工过程中事故的发生。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
附图为本发明的钻井结构示意图。
具体实施方式
附图为本发明的钻井结构示意图，如图所示：本实施例的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，包括以下步骤：
1)布孔：根据已有采动稳定区开采图纸和煤层、上覆岩层参数来选择采动稳定区地面钻井的布孔点，布孔点沿倾向分布于采动稳定区两边边缘，采动稳定区沿倾向的两边边缘的上覆岩层相对于采动稳定区中部的覆岩更不易发生塌陷等情况，稳定性较高，选择此处作为布孔点，一方面可提高钻孔施工过程中的安全性，另一方面可有效降低钻井受到破坏的几率，布孔点沿走向的间距为200～300m，根据钻井的抽采半径布孔，可增加钻井抽采覆盖面，并提高抽采效率；
2)钻井：在选定的布孔点钻井，采用潜孔锤钻头空气钻进工艺进行钻井，使用压缩空气作为循环介质，包括以下步骤：
a.一开：使用φ311.15mm的钻头从地面1钻进到基岩面2以下20m，向井内下入J55或N80等型号、规格为D244.5×10.03的套管I 5护孔，然后对井壁与套管I 5的外壁之间的环形空间采用加入有速凝剂的A级水泥进行水泥封固；
b.二开：使用φ215.9mm的钻头钻进到裂隙带3以上10m时停钻，向井内下入N80、D177.8×9.19的套管II6护孔，在管外设置扶正器进行扶正，防止倾斜，然后对井壁与套管II 6的外壁之间的环形空间采用加入有速凝剂的A级水泥进行封固，在地面见返流的水泥浆后终止封固，步骤a和b中，采用高标号水泥进行封固，可有效提高钻井的强度；
c.三开：使用φ152mm的钻头钻进到采动稳定区4的煤层顶板冒落带或施工至裂隙带且风压减小至施钻前风压的60％时停钻，停钻后再向井内下入D139.7×9.17的筛管7，筛管7上端伸出三开孔顶端10m以上，完成钻井施工；当然，经过判断本段岩层强度较高时，停钻后不下筛管进行裸眼完井，也可实现本发明的目的。
步骤a、b、c中控制钻孔的倾斜度，每100m顶角偏斜不大于1°，全井最大井斜小于2°，井底最大水平偏移不超过10m。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)布孔：根据已有采动稳定区开采图纸、煤层和上覆岩层参数来选择采动稳定区地面钻井的布孔点，布孔点沿倾向分布于采动稳定区两边边缘，布孔点沿走向的间距为200～300m；
2)钻井、固井和完井，在选定的布孔点钻井，包括以下步骤：
a.一开：使用φ311.15mm的钻头从地面钻进到基岩面以下20m，向孔内下入D244.5×10.03的石油套管I护孔，然后对井壁与套管I的外壁之间的环形空间进行水泥封固；
b.二开：使用φ215.9mm的钻头钻进到裂隙带以上10m时停钻，向井内下入N80、D177.8×9.19的套管II护孔，然后对井壁与套管II的外壁之间的环形空间进行水泥封固；
c.三开：使用φ152mm的钻头钻进到采动稳定区的煤层顶板冒落带或施工至裂隙带且风压减小至施钻前风压的60％时停钻，完成裸眼完井方式的钻井施工。
2.根据权利要求1所述的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，其特征在于：所述步骤c中，停钻后再向孔内下入D139.7×9.17的筛管进行完井，筛管上端伸出三开顶端10m以上，完成衬管完井方式的钻井施工。
3.根据权利要求1或2所述的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，其特征在于：所述步骤a、b、c中控制钻孔的倾斜度，每100m顶角偏斜不大于1°，全井最大井斜小于2°，井底最大水平偏移不超过10m。
4.根据权利要求3所述的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，其特征在于：所述步骤a中，套管I安装过程中在管外设置扶正器进行扶正，所述步骤b中，套管II安装过程中在管外设置扶正器进行扶正。
5.根据权利要求4所述的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，其特征在于：所述步骤a和步骤b中均采用A级水泥进行封固，在地面见返流的水泥浆后终止封固。
6.根据权利要求5所述的地面钻井抽采采动稳定区煤层气的方法，其特征在于：所述水泥中加有速凝剂。
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