CN102518412A - 水力旋喷冲刷采煤采气方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的水力旋喷冲刷采煤采气方法，使用大口径钻机钻至储煤层(10)，设置一个能注水、排水、出气的煤层气开采井(1)，使用套管(2)固定钻井；加装封井装置(9)，安装地面水泵(5)、煤水分离装置(7)、采气装置(8)和阻燃剂补给装置(12)；下放旋喷装置(3)至目标储煤层(10)处，地面水泵(5)提供的高压射流水，经过旋喷装置(3)作用于煤储层(10)，形成卸压空间(11)，调控旋喷装置(3)上下位置和射流液压力大小，控制煤层开采的范围；煤水混合物通过排水装置(6)到达煤水分离装置(7)，分离出的水经过阻燃剂补给装置(12)进入地面水泵(5)；冲刷煤层形成的卸压空间(11)不断产生煤层气，输送至采气装置(8)。

Description

水力旋喷冲刷采煤采气方法

技术领域

本发明涉及一种水力旋喷冲刷采煤采气方法，涉及一种适用于高瓦斯低透性煤储层瓦斯突出和矿井火灾等复合问题的防火防突防尘以及有效开采煤层气的方法。

背景技术

煤层气是指赋存在煤层中以甲烷(CH₄)为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，是一种非常规天然气，主要以吸附状态的形式自储在煤层中，包括基质表面的吸附气、煤层裂缝与隔理中的游离气、煤层水中的溶解气和煤层间夹层的游离气等四部分。这种气体是造成煤矿瓦斯爆炸、煤岩体突出的灾害性气体和引起全球气候变暖的强烈温室性气体，同时也是一种洁净、优质能源和化工原料。

全球埋深浅于2000米的煤层气资源约为240万亿立方米，是常规天然气探明储量的两倍多，世界主要产煤国都十分重视开发煤层气。中国埋深浅于2000米的煤层气资源量为36.81万亿立方米，位居世界第三位。并且我国也十分重视煤层气开发。通过“十一五”规划，井下瓦斯抽采量、地面煤层气产能增加较快，2009年我国煤层气产量为71.89亿立方米，截止2010年底，全国累计完成煤层气抽采量为88亿立方米。并且在煤层气“十二五”发展规划中，预计到2015年我国天然气消费将达到2400亿立方米，缺口为500亿至600亿立方米，而发展煤层气将在很大程度上有利于弥补这一缺口。

我国煤层气开发处于初期的小规模试验阶段，亟待形成一套行之有效的开发工程技术。每年矿井中抽放掉的煤层气量约为10亿立方米，不仅会对环境有一定影响，并且还会造成经济损失，并且由于瓦斯的存在，每年都会发生多起井下事故，造成人员伤亡。因此，将煤层气“变废为宝”成为煤炭开采中的另一个重大课题。并且，我国很大一部分矿井的开采深度大，瓦斯含量高，瓦斯压力大，煤层透气性低，危险性随着开采深度的增加而增加。因此，需要采用深井煤层气开采方法卸压抽采瓦斯，不仅可以有效利用煤层气资源，而且还可有效保障煤炭开采的安全性。

发明内容

本发明的目的在于提出使用高压射流水冲刷煤储层形成洞穴，造成卸压空间，使煤层气分子由吸附态变为游离态，从而得到煤层气的防突防尘方法，并且在高压射流水中加入阻燃剂，防止煤体自燃。该方法使用简单、卸压范围大，能够有效开采煤层气，同时也能够有效消除高瓦斯、低透气性煤层突出的危险性。

本发明的目的可通过下述技术措施(步骤)来实现：

(1)采用大口径钻机，穿过目标煤层顶板进入煤层预订深度，设置一个能注水、排水、出气的煤层气开采井；煤层顶板以上井段加装套管固井；

(2)在煤层气开采井完成后，使用现有机械掏穴工具按设计要求在采气井底部对应煤层进行掏穴；

(3)在煤层气开采井两侧分别安装采气装置、煤水分离装置和地面水泵。煤水分离装置与地面水泵之间加装阻燃剂补给装置；

(4)在煤层气开采井和煤层洞穴完成之后，将旋喷装置下放至煤层洞穴中，通过水管与地面水泵相连通；

(5)在步骤2洞穴完成之后，在煤层气开采井井底一侧安装排水装置，排水装置是可排煤水的深井泵或潜水泵等。排水装置通过水管与煤水分离装置连接；

(6)在煤层气开采井的井口安装封井装置，确保能通过注水管、排水管、出气管，保证旋喷装置顺利供水，排水装置顺利排水，煤层气顺利采出；

(7)地面水泵通过水管为旋喷装置供水，地面水泵提供压力，使水经过旋喷装置上的小喷嘴产生高压射流水，冲刷并切割煤储层，形成洞穴。通过上下移动旋喷装置，控制冲刷的煤层高度；通过地面水泵调节射流水压力，调控水力旋喷范围，控制煤层开采广度，直到洞穴的宽度和深度达到设计要求；

(8)高压射流水作用于煤层之后，产生的煤水混合物聚集于洞穴底部；

(9)煤水混合物经排水装置排至地面，进入煤水分离装置，分离出的水循环利用，通过阻燃剂补给装置，与阻燃剂混合后注入地面水泵；

(10)按照常规方法对卸压后的煤层实施煤层气抽放。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的水力旋喷采煤采气方法，通过地面水泵给旋喷装置提供高压射流水冲刷煤层，调节旋喷装置上下位置，控制煤层开采深度，调节射流液压力大小，控制煤层开采广度，从而人为控制煤层开采范围。本方法简单实用，掏穴无需专业机械扩孔设备，现有排水装备和高压射流水方法即可实现，并且施工方法，普通工人即可完成，节约成本；通过高压水冲刷煤储层，形成的卸压空间，有利于煤层气形态的改变，能够有效开采煤层气；高压水的注入对煤层起到防尘作用，在回采过程中能有效抑制粉尘飞扬，改善井下作业环境；在高压水中添加阻燃剂，可有效降低矿井火灾发生的概率；并且该方法克服了煤层松软、低渗、高瓦斯等特性给常规煤层气开采技术带来的不利影响，为全国大规模商业化开采煤层气提供技术支持。

附图说明

图1为本发明的技术示意图

图中标记为：1：煤层气开采井；2：套管；3：旋喷装置；4：注水管；5：地面水泵；6：排水装置；7：煤水分离装置；8：采气装置；9：封井装置；10：煤储层；11：卸压空间；12：阻燃剂补给装置；13：煤层顶板。

图中实线为水流方向，虚线为气流方向。

具体实施方式

以下本发明将结合图1作进一步描述：

如果所示，本发明为水力旋喷采煤采气方法，包括以下几个步骤：

(1)设置煤层气开采井1。采用大口径钻机，开挖大口径钻井进入煤层10预定深度，设置一个能注水、排水、出气的煤层气开采井1，在开采井1四周加装套管2至煤层顶板13，套管2与煤层10以上地质层采用公知方法固定连接。

(2)机械掏穴。在煤层气开采井1完成后，利用现有机械掏穴工具在采气井1底部对应煤层10进行掏穴作业，深度为预定深度，且能够容纳相应旋喷装置3和排水装置6。

(3)安装煤水分离装置7和采气装置8。在开采井1两侧安装煤水分离装置7和采气装置8。

(4)安装旋喷装置3和排水装置6。当掏穴至预定深度与宽度之后，将旋喷装置3与排水装置6下放至煤层10洞穴中，旋喷装置3通过管道与地面水泵5相连通，排水装置6是可排煤水的深井泵或潜水泵等，与煤水分离装置7连接，所述掏穴预定深度与宽度应略大于旋喷装置3和排水装置6的体积之和。

(5)安装阻燃剂补给装置12。在煤水分离装置7与地面水泵5之间安装阻燃剂补给装置12，通过管道连接此三个装置。

(6)安装封井装置9。在煤层气开采井1的井口加装可注水排水出气的封井装置9，保证旋喷装置3顺利供水，排水装置6顺利排水，煤层气顺利采出。

(7)高压射流。地面水泵5通过管道为旋喷装置3供水，使高压水经过旋喷装置3上的小喷嘴时产生高压射流水，破坏煤储层10，形成洞穴11。通过上下移动旋喷装置3，控制煤层10开采的深度；通过地面水泵5调节射流水的压力，控制煤层10开采的广度。

(8)排煤水。高压射流水经过旋喷装置3作用于煤层10之后，产生的煤水混合物聚集于洞穴11底部，通过排水装置6排至地面。

(9)煤水分离。煤水混合物经过排水装置6排至地面，进入煤水分离装置7，分离出的水通过阻燃剂补给装置12，与阻燃剂混合后注入地面水泵5。

(10)采气。所有水力旋喷冲刷煤层作业全部结束后，煤体在地压和瓦斯压力作用下实现整体均压增透，按照常规方法对卸压后的煤层10实施煤层气抽放。

本发明利用高压水泵，经旋喷装置产生的高压水作用于目标煤储层，形成卸压空间，不仅可以有效开采煤层气，并且也可以有效降低煤和瓦斯突出的概率；在高压水中注入阻燃剂，可有效降低矿井中火灾发生的概率。

Claims (2)

1.水力旋喷冲刷采煤采气方法，包括以下几个步骤，其特征在于：

步骤1，首先使用大口径钻机钻设一个煤层气开采井(1)，开采井(1)四周加装套管(2)至煤层顶板；

步骤2，利用现有机械掏穴工具在开采井(1)底部对应煤层(10)按设计要求进行掏穴作业；

步骤3，在地面分别安装采气装置(8)、地面水泵(5)、阻燃剂补给装置(12)和煤水分离装置(7)，其中地面水泵(5)、阻燃剂补给装置(12)和煤水分离装置(7)通过管道相连通；

步骤4，将旋喷装置(3)和排水装置(6)分别安装至开采井(1)预定深度，旋喷装置(3)通过管道与地面水泵(5)相连通，排水装置(6)通过管道与煤水分离装置(7)相连通；

步骤5，在煤层气开采井(1)井口安装封井装置(9)；

步骤6，启动地面水泵(5)，高压射流水通过旋喷装置(3)对煤层(10)进行旋转切割，形成卸压空间(11)，并收集喷出水流带出的煤屑(通过排水装置)；根据掏穴作业进度，调整旋喷装置(3)上下位置和高压射流水的压力大小，直到掏穴的宽度与深度达到设计要求；

步骤7，按照常规方法对煤层(10)实施煤层气抽采作业，并通过管道排出至采气装置(是煤层气储气装置吧？)(8)。

2.如权利要求1所述的水力旋喷冲刷采煤采气方法，其特征在于：高压射流水经旋喷装置(3)作用于煤储层(10)过程中，产生的煤水混合物，经排水装置(6)进入煤水分离装置(7)中，根据煤与水所受离心力的不同，实现煤与水的分离，水经过阻燃剂补给装置(12)与阻燃剂相混合后进入地面水泵(5)继续使用。

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