CN102121364A - 卸压煤层气地面抽采井的井身结构及其布设方法 - Google Patents

Abstract

一种卸压煤层气地面抽采井的井身结构及其布设方法，井身结构包括井眼造斜钻孔的第一垂深的第一开孔径段、第二垂深的第二开孔径段、垂直钻孔的第三垂深的第二开孔径段和深入被保护层中的第三开孔径段。布设方法采用在采区外开孔、一开孔径段和二开孔径段上部采用定向造斜、二开孔径段下部及三开孔径段采用直井井身、在采区内靠近采区边界终孔，使井身结构大部分置于采动影响范围之外或采动影响较小的区域，大大增强了地面抽采井的稳定性、减小了施工风险、提高了煤层气井抽采产能，有效降低了采动覆岩移动破坏地面井和增长地面抽采井的服务时间。

Description

卸压煤层气地面抽采井的井身结构及其布设方法

技术领域

本发明涉及一种井身结构，尤其是一种适用于煤矿采动区的卸压煤层气地面抽采井的井身结构。

背景技术

煤矿采动区卸压煤层气地面抽采井多采用“地面直井布于采区上、下风巷中心线”或“地面直井布于采区靠近上回风巷”的技术模式。早期设计的卸压煤层气地面井，开孔位置与终孔位置均位于采区走向中心线上，终孔层位保护层底板，护壁套管下至基岩，输气套管下至被保护层煤层顶，输气套管以下至保护层顶板下置工作筛管，保护层煤顶板至底板水泥浆封闭。存在的关键问题是，地面井井孔破断率较高，地面井服务时间短。井孔破断率高的原因是当保护层煤层较厚，开采沉降速度大时，保护层采动造成的上覆岩层移动剧烈，岩移的大小和速率变化控制了井孔受破坏程度，在平面上采区中线附近受破坏程度大，在层域上靠近开采层的位置受破坏程度大。

发明内容

技术问题：本发明的目的克服已有技术中的不足，提供一种结构简单、井身稳定、能有效降低采动覆岩移动破坏地面井和增长地面抽采井服务时间的卸压煤层气地面抽采井的井身结构及其布设方法。

技术方案：本发明的卸压煤层气地面抽采井的井身结构，包括井眼造斜钻孔的第一垂深的第一开孔径段、第二垂深的第二开孔径段、垂直钻孔的第三垂深的第二开孔径段和深入被保护层中的第三开孔径段，第二开孔径段的孔径小于第一开孔径段的孔径，第三开孔径段小于第二开孔径段；第一开孔径段内设有护壁套管，护壁套管内设有深入至第二垂深底部的的输气套管，输气套管底部下设有直至第三垂深底部的进气筛管。

所述的井眼造斜钻孔的最大井斜角为15～25°，井眼曲率应为5～10°/100m；所述的第一开孔径段的中心孔至第三开孔径段的中心孔的距离30-40m；所述的进气筛管包括依次连接的第一筛管、第二筛管及与输气套管底部连接的第三筛管。

本发明的卸压煤层气地面抽采井的井身结构布设方法，包括如下步骤：

a．首先在卸压抽采煤层气地面确定位于地下采区之外10m以内为抽采井的开孔位置，位于采区内靠近采区边界30m范围内为终孔位置；

b．从开孔位置向终孔位置方向的井眼造斜钻孔，直至沿水平方向到采区内距离采区边界约10m、同时沿第一垂深到基岩面下方30m位置处时，完成第一开孔径段的钻孔；井眼造斜钻孔的最大井斜角为15～25°，井眼曲率应为5～10°/100m；

c．在第一开孔径段内安装护壁套管，并固井；

d．从第一开孔径段的底部向终孔位置方向的井眼造斜钻孔，完成第二垂深的第二开孔径段的钻孔，继续向终孔位置方向垂直钻孔，完成第三垂深的第二开孔径段的钻孔，再继续从第二开孔径段的底部垂直向下钻孔，钻至被保护层之下10m处时，完成第三开孔径段的钻孔；第一开孔径段的中心孔至第三开孔径段的中心孔的距离为30～40m；

e．在第二孔径段内由下至上依次安装第三筛管、第二筛管、第三筛管及输气套管，在第三筛管和输气套管的连接处套装膨胀橡胶，并对膨胀橡胶之上的输气套管与钻孔之间进行封孔固井，完成一个抽采井的布设；

f．重复上述所有步骤，直至完成采区内卸压煤层气抽采区域的抽采井的布设。

有益效果：由于采空区压实线与采场四周边界线限定的区域内岩层位移速率小，井孔稳定性高。地面井服务时间短的原因是工作面推进过程中被保护层裂隙发育区及高渗区位于工作面后方的未压实采空区中部，其具有随工作面前移而移动的动态发育规律，且高渗特性保持时间短，限制了地面井抽采的有效抽采时间和产能。采动影响稳定后，裂隙发育区及高渗区位于压实线与四周断裂线限定的环形圈内，煤储层得到显著改造，且采动发生后即发育，稳定后仍保持。本发明采用三开结构的井身设计，在一开孔径段及二开孔径段上部定向造斜，二开孔径段下部及三开孔径段采用直井，三开孔钻至保护层底板之下10m以上。将开孔位置位于位于采区之外距采区边界10m以内，终孔井位置于采区内距采区边界30m处；将井身主要部分置于采动影响区之外或采动影响较小的地方，采用了先造斜钻孔、后垂直钻孔的井身轨迹设计，从而减小了井身被破坏几率；由于三开孔径段钻至被保护层底板之下10m以上，可防止进入筛管的细小煤岩块堵塞筛管，降低了施工风险、增强了抽采井井身结构稳定性，与现有技术相比，井身机构能使地面井抽采时间延长，抽采煤层气总产能大大提高，能有效降低采动覆岩移动破坏地面井和增长地面抽采井的服务时间。其结构简单，地面抽采井的稳定性高，施工风险低，煤层气井抽采产能高，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的井身结构示意图。

图中：1－第一开孔径，2－护壁套管，3－基岩面，4－输气套管，5－第二开孔径，6－第一筛管，7－第二筛管，8－膨胀橡胶，9－第三筛管，10－第三开孔径，11－被保护煤层，12－保护煤层。

图2是本发明在采煤工作面的井身结构位置示意图。

图中：13-回风巷，14-始采线，15-进风巷，16-停采线，17-采区，18-采区第一井开孔位置，19-采区第一井终孔位置，20-采区第二井开孔位置，21-采区第二井终孔位置，22-采区第三井开孔位置，23-采区第三井终孔位置，24-采区第四井开孔位置，25-采区第四井终孔位置，26-采区第五井开孔位置，27-采区第五井终孔位置，L-井间距。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

图1所示，卸压煤层气地面抽采井的井身结构，井眼造斜钻孔的第一垂深H1的第一开孔径段1、第二垂深H2的第二开孔径段5、垂直钻孔的第三垂深H3的第二开孔径段5和深入被保护层12中的第三开孔径段10，第一垂深H1和第二垂深H2的井眼造斜钻孔的最大斜角为15～25°，井眼曲率应为5～10°/100m。第二开孔径段5的孔径小于第一开孔径段1的孔径，第三开孔径段10小于第二开孔径段5；第一开孔径段1的中心孔至第三开孔径段10的中心孔的距离为30～40m。第一开孔径段1内设有护壁套管2，护壁套管2内设有深入至第二垂深H2底部的的输气套管4，输气套管4下设有直至第三垂深H3底部的进气筛管，进气筛管由依次连接的第一筛管9、第二筛管7及与输气套管4底部连接的第三筛管6构成，第二筛管7外接第一筛管9顶部，第三筛管6内接于输气套管4底部，第三筛管6套装在第二筛管7内。第一开孔径1约为350mm，第二开孔径5约为216mm，第三开孔径10约为152mm；第一开孔径1段需钻至基岩面3以下30m，第二开孔径5段需钻至保护层12顶板以上10m，第三开孔径10段需钻至保护层12底板之下10m左右。第一开孔径段护壁套管2采用Φ244.5mm管径×11.05mm壁厚石油套管；第二开孔径5段输气套管4采用Φ177.8mm管径×9.19mm壁厚的石油套管；第一筛管6采用Φ168mm管径×7.32mm壁厚的石油套管，第一筛管6上接于输气套管4底部；第二筛管7采用Φ194mm管径×9.52mm壁厚的石油套管；第三筛管9采用Φ177.8mm管径×9.18mm石油套管；第二筛管7与第三筛管9段顶部连接。第一筛管6，第二筛管7及第三筛管9原材料选用石油套管，在石油套管上钻直径为18mm的圆形孔即筛眼，绕石油套管一周钻5个筛眼，1m石油套管内钻约100个圆形筛眼。

图2所示，本发明的卸压煤层气地面抽采井的井身结构布设方法：

a．首先在预抽采区周边的采动影响范围外选择合适地表位置作为地表开孔位置，采区第一井一般布置于的采区走向中心线上靠近始采线14处，采区最后一口井一般布置于采区走向中心线上靠近停采线16处，其余各井一般优先布置于靠近回风巷13处，当地面地理条件不许可时，亦可将其布置于靠近进风巷15处；采区内井间距L控制在400-500m；如图2所示采区走向长约1780m，可布置5口地面井；采区第一井开孔位置18确定布置于采区之外采区走向中心线上靠近始采线14的10m范围以内，采区第一井终孔位置19确定布置于采区内采区走向中心线上靠近始采线14的30m范围处；采区第二井开孔位置20、采区第三井22、采区第四井开孔位置24确定位于地下采区之外靠近回风巷13的10m以内，采区第二井终孔位置21、采区第三井终孔位置23、采区第四井终孔位置25确定位于采区内靠近回风巷13的30m位置处，并控制各井开孔位置间距及各井终孔位置间距L在430m左右；采区第五井开孔位置26位于布置于采区之外采区走向中心线上靠近停采线16的10m范围以内，采区第五井终孔位置27布置于采区内采区走向中心线上靠近停采线16的30m范围处；

b．首先施工采区第一井，从开孔位置18向终孔位置19方向的井眼造斜钻孔，直至沿水平方向到采区内距离采区边界约10m、同时沿第一垂深H1到基岩面3下方30m位置处时，完成第一开孔径段1的钻孔，造斜钻孔的最大井斜角为15～25°，井眼曲率为5-10°/100m；

c．在第一开孔径段1内安装护壁套管2，并按常规已有技术固井；

d．从第一开孔径段1的底部向终孔位置方向的井眼造斜钻孔，完成第二垂深H2的第二开孔径段5的钻孔，继续向终孔位置方向垂直钻孔，完成第三垂深H3的第二开孔径段5的钻孔，再继续从第二开孔径段5的底部垂直向下钻孔，钻至被保护层12之下10m处时，完成第三开孔径段10的钻孔；第一开孔径段的中心孔至第三开孔径段的中心孔的距离为30～40m；

e．在第二孔径段5内由下至上依次安装第三筛管9、第二筛管7、第三筛管6及输气套管4，在第三筛管6和输气套管4的连接处套装膨胀橡胶8，并对膨胀橡胶8之上的输气套管4与钻孔之间进行封孔固井，洗井完成后，安装孔口装置，完成一个抽采井的布设；

f．重复上述所有步骤，直至完成采区内所有卸压煤层气地面抽采井的布设；待保护层回采过井位后即依次利用井口真空泵负压抽采卸压煤层气。

Claims (5)

1.一种卸压煤层气地面抽采井的井身结构，其特征在于：它包括井眼造斜钻孔的第一垂深（H1）的第一开孔径段（1）、第二垂深（H2）的第二开孔径段（5）、垂直钻孔的第三垂深（H3）的第二开孔径段（5）和深入被保护层(12)中的第三开孔径段（10），第二开孔径段（5）的孔径小于第一开孔径段（1）的孔径，第三开孔径段（10）小于第二开孔径段（5）；第一开孔径段（1）内设有护壁套管（2），护壁套管（2）内设有深入至第二垂深（H2）底部的的输气套管（4），输气套管（4）下设有直至第三垂深（H3）底部的进气筛管。

2.根据权利要求1所述的卸压煤层气地面抽采井的井身结构，其特征在于：所述井眼造斜钻孔的最大井斜角为15～25°，井眼曲率应为5～10°/100m。

3.根据权利要求1所述的卸压煤层气地面抽采井的井身结构，其特征在于：所述的第一开孔径段（1）的中心孔至第三开孔径段（10）的中心孔的距离为30～40m。

4.根据权利要求1所述的卸压煤层气地面抽采井的井身结构，其特征在于：所述的进气筛管包括依次连接的第一筛管（9）、第二筛管（7）、及与输气套管（4）底部连接的第三筛管（6）。

5.一种如上述井身结构的卸压煤层气地面抽采井布设方法，其特征在于包括如下步骤：

a．首先在卸压抽采煤层气地面确定位于地下采区之外10m以内为抽采井的开孔位置，位于采区内靠近采区边界30m范围为终孔位置；

b．从开孔位置向终孔位置方向的井眼造斜钻孔，直至沿水平方向到采区内距离采区边界约10m、同时沿第一垂深（H1）到基岩面（3）下方30m位置处时，完成第一开孔径段（1）的钻孔；井眼造斜钻孔的最大井斜角为15～25°，井眼曲率应为5～10°/100m；

c．在第一开孔径段（1）内安装护壁套管（2），并固井；

d．从第一开孔径段（1）的底部向终孔位置方向的井眼造斜钻孔，完成第二垂深（H2）的第二开孔径段（5）的钻孔，继续向终孔位置方向垂直钻孔，完成第三垂深（H3）的第二开孔径段（5）的钻孔，再继续从第二开孔径段（5）的底部垂直向下钻孔，钻至被保护层(12)之下10m处时，完成第三开孔径段（10）的钻孔；第一开孔径段（1）的中心孔至第三开孔径段（10）的中心孔的距离为30～40m；

e．在第二孔径段（5）内由下至上依次安装第一筛管（9）、第二筛管（7）、第三筛管（6）及输气套管（4），在第三筛管（6）和输气套管（4）的连接处套装膨胀橡胶（8），并对膨胀橡胶（8）之上的输气套管（4）与钻孔之间进行封孔固井，完成一个抽采井的布设；

f．重复上述所有步骤，直至完成采区内卸压煤层气抽采区域的抽采井的布设。

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