CN102913274A - 一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统及其方法 - Google Patents

一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统及其方法，属于矿井瓦斯抽采技术领域，其具体步骤是：a.通过注水系统间歇式向地面钻井中注入大量清水，完成后拆除注水系统；b.注水结束24h后,安装压气系统；c.向钻井内压入压力为0.5～1.5MPa的压缩空气，压入时间为30～60min；d.向钻井内压入压力为2.5～3.5MPa的压缩空气，压入时间为30～60min；e.循环重复步骤c和d，使压入压缩空气的总时间为5～10h;f.完成后，拆除压气系统，并将瓦斯抽采管连接到地面抽采系统，重新开始抽采瓦斯。有益效果是能有效地疏通裂隙带中的瓦斯流动通道，从而提高瓦斯抽采流量。

Description

一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统及其方法，属于矿井瓦斯抽采技术领域。
背景技术
煤层开采后，采场上覆煤岩层中会形成竖向破断裂隙和层间离层裂隙，为水及瓦斯等流体流动提供了通道。地面钻井是一种高效的瓦斯抽采方式，在负压作用下通过竖向破断裂隙和层间离层裂隙抽采煤矿井下采空区以及回采工作面的瓦斯，减少回采工作面的瓦斯涌出量，降低工作面上隅角及回风巷道内瓦斯浓度。
在瓦斯抽采过程中，地面钻井从采空区及回采工作面抽采的瓦斯不可避免地会携带少量的岩粉、煤尘等微颗粒杂物，这些微颗粒随瓦斯在裂隙内运动的过程中会沉降在裂隙通道断面或方向发生较大改变的区域（如裂隙交界区域、裂隙缩径区域），随着瓦斯抽采的不断进行，沉降微颗粒会逐渐增多形成堆积效应，最终甚至会封堵裂隙，隔断瓦斯的流动通道；地层中含水层涌水会通过竖向破断裂隙缓慢渗入采空区，在缓慢渗流过程中，水中所携带的煤屑和岩屑等杂物会附着在裂隙壁面上，甚至会隔断裂隙通道。
基于上述原因，钻井抽采后期（工作面推过钻井150m之后）瓦斯流动通道阻力增大，瓦斯抽采流量大幅度降低，使得造价昂贵的钻井抽采效率下降甚至被迫停止抽采。目前，在钻井抽采采动卸压瓦斯技术领域，尚没有有效的方法解决由于瓦斯的流动通道不畅而造成的瓦斯流量降低的难题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统及其方法，能有效地疏通钻井下段井身周围裂隙带内的瓦斯流动通道，从而提高瓦斯抽采流量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统，包括压气系统和注水系统，所述的压气系统包括空气压缩机、进气控制阀、主管控制阀、出气控制阀、空气增压泵、单向阀、主管路、压力表、卸压阀和密封装置，主管路上依次设有主管控制阀、单向阀、压力表和卸压阀，主管路上靠近主管控制阀的一端与空气压缩机连接，空气增压泵装在旁通管路上，空气增压泵通过旁通管路与主管控制阀并联，进气控制阀设在空气压缩机与空气增压泵之间的旁通管路上，出气控制阀设在空气增压泵与单向阀之间的旁通管路上；所述的注水系统包括水泵和注水管，水泵与注水管的一端连接。
进一步，压气系统还包括瓦斯流量计，瓦斯流量计装在单向阀和密封装置之间的主管路上。
进一步，注水系统还包括流量计，流量计装在注水管上。
一种用于瓦斯抽采钻井增产的方法，该方法的具体步骤是：
a.当地面钻井的瓦斯抽采流量大幅度降低时，将注水系统中注水管的一端插入瓦斯抽采管内，通过注水系统中的水泵向钻井中间歇式的注入大量清水；
b.待间歇式注水完成后，拆除注水系统，将压气系统中主管路通过密封装置连接到地面钻井中的瓦斯抽采管，完成后开启空气压缩机；
c.开启压气系统主管路上的主管控制阀，关闭旁通管路上的进气控制阀和出气控制阀，通过空气压缩机向地面钻井内压入压力为0.5～1.5MPa的压缩空气，压入时间为30～60min；
d.开启压气系统旁通管路上的进气控制阀和出气控制阀，关闭主管路上的主管控制阀，开启空气增压泵，通过空气压缩机和空气增压泵向地面钻井内压入压力为2.5～3.5MPa的压缩空气，压入时间为30～60min，完成后关闭空气增压泵；
e.循环步骤c和d，使压气总时间为5～10h；
f.关闭压气系统的空气压缩机和空气增压泵，开启主管路上的卸压阀，当地面钻井内残存的压缩空气从卸压阀完全流出后，拆除井口密封装置和压气系统，将地面抽采系统连接到瓦斯抽采管，重新开始抽采瓦斯。
进一步，注水系统注水的流量不小于0.5m3/min，注水10min，停注5min，反复循环，使注水总量不小于50m3，或者待井内液面上升至井口时停止注水。
进一步，间歇式注水结束24h后，安装压气系统并开启空气压缩机。
本发明的有益效果是：当地面钻井瓦斯抽采流量大幅度降低时，通过向钻井内间歇性注水和循环压入2种不同气压的高压空气，能将沉降以及附着在瓦斯流动通道中的煤屑和岩屑等微颗粒冲出，有效地疏通钻井下段井身周围裂隙带内的瓦斯流动通道，从而提高瓦斯抽采流量；另外本方法操作简单，使用方便，成本低，不仅提高了地面钻井抽采采动卸压瓦斯量，而且延长了地面钻井的有效抽采瓦斯时间及服务时限。
附图说明
图1是本发明的压气系统的安装示意图；
图2是本发明的注水系统的安装示意图。
图中：1、空气压缩机，2、进气控制阀，3、主管控制阀，4、出气控制阀，5、空气增压泵，6、单向阀，7、旁通管路，8、主管路，9、压力表，10、卸压阀，11、瓦斯流量计，12、密封装置，13、瓦斯抽采管，14、地面钻井，15、注水管，16、流量计，17、水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统，包括压气系统和注水系统，所述的压气系统包括空气压缩机1、进气控制阀2、主管控制阀3、出气控制阀4、空气增压泵5、单向阀6、主管路8、压力表9、卸压阀10和密封装置12，主管路8上依次设有主管控制阀3、单向阀6、压力表9和卸压阀10，主管路8上靠近主管控制阀3的一端与空气压缩机1连接，空气增压泵5装在旁通管路7上，空气增压泵5通过旁通管路7与主管控制阀3并联，进气控制阀2设在空气压缩机1与空气增压泵5之间的旁通管路7上，出气控制阀4设在空气增压泵5与单向阀6之间的旁通管路7上；所述的注水系统包括水泵17和注水管15，水泵17与注水管15的一端连接。
优选的压气系统还包括瓦斯流量计11，瓦斯流量计11装在单向阀6和密封装置12之间的主管路8上，这样就可以便于瓦斯流量的观察。
优选的注水系统还包括流量计16，流量计16装在注水管15上，这样就可以便于流量的观察。
一种用于瓦斯抽采钻井增产的方法，该方法的具体步骤是：
a.当地面钻井14的瓦斯抽采流量大幅度降低时，将注水系统中注水管15的一端插入瓦斯抽采管13内，通过注水系统中的水泵17向钻井中间歇式的注入大量清水；注入钻井的水在静水压力作用下通过裂隙通道流入采空区，在流动过程中可把堵塞裂隙的微颗粒杂物携带至采空区，从而实现疏通裂隙带内瓦斯流动通道的目的；间歇式注水可改变水在裂隙通道中的流动速度并产生冲击作用，以提高疏通裂隙的能力；
b.待间歇式注水完成后，拆除注水系统，将压气系统中主管路8通过密封装置12连接到瓦斯抽采管13，完成后开启空气压缩机1；
c.开启压气系统主管路8上的主管控制阀3，关闭旁通管路7上的进气控制阀2和出气控制阀4，通过空气压缩机1向地面钻井14内压入压力为0.5～1.5MPa的压缩空气，压入时间为30～60min；向钻井内压入高压气体的目的是吹出残留在裂隙通道中的水，同时吹出未被水冲出裂隙的微颗粒杂物；
d.开启压气系统旁通管路7上的进气控制阀2和出气控制阀4，关闭主管路8上的主管控制阀3，开启空气增压泵5，通过空气压缩机1和空气增压泵5向地面钻井14内压入压力为2.5～3.5MPa的压缩空气，压入时间为30～60min，完成后关闭空气增压泵5；
e.循环步骤c和d，使压气总时间为5～10h，循环压入2种不同压力的高压气体可提高气体在裂隙通道中携带水和微颗粒杂物的能力；
f.关闭压气系统的空气压缩机1和空气增压泵5，开启主管路8上的卸压阀10，当地面钻井14内残存的压缩空气从卸压阀10完全流出后，拆除井口密封装置12和压气系统，将地面抽采系统连接到瓦斯抽采管13，重新开始抽采瓦斯。
优选注水系统的注水的流量不小于0.5m3/min，注水10min，停注5min，反复循环，注水总量不小于50m3，或者待井内液面上升至井口时停止注水，以保证注水冲出岩层裂隙通道中堵塞杂物的总体效果。
作为本发明的一种改进，间歇式注水结束24h后，安装压气系统，这样能使大部分或全部注入钻井的水通过岩层中裂隙流入采空区，以冲出更多的堵塞杂物。
采用本发明进行增产的钻井，纯瓦斯流量由1.1m3/min上升并保持在8.0m3/min左右，瓦斯抽采流量已恢复至正常水平；抽采负压降低，表明瓦斯流动通道阻力减小；浓度由50%上升至75%个别时段甚至达到82%，有效地从而提高瓦斯抽采流量，而且延长了地面钻井的有效抽采瓦斯时间及有效服务时限。

Claims (6)

1.一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统，其特征在于，包括压气系统和注水系统，所述的压气系统包括空气压缩机（1）、进气控制阀（2）、主管控制阀（3）、出气控制阀（4）、空气增压泵（5）、单向阀（6）、主管路（8）、压力表（9）、卸压阀（10）和密封装置（12），主管路（8）上依次设有主管控制阀（3）、单向阀（6）、压力表（9）和卸压阀（10），主管路（8）上靠近主管控制阀（3）的一端与空气压缩机（1）连接，空气增压泵（5）装在旁通管路（7）上，空气增压泵（5）通过旁通管路（7）与主管控制阀（3）并联，进气控制阀（2）设在空气压缩机（1）与空气增压泵（5）之间的旁通管路（7）上，出气控制阀（4）设在空气增压泵（5）与单向阀（6）之间的旁通管路（7）上；所述的注水系统包括水泵（17）和注水管（15），水泵（17）与注水管（15）的一端连接。
2.如权利要求1所述的一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统，其特征在于，所述的压气系统还包括瓦斯流量计（11），瓦斯流量计（11）装在单向阀（6）和密封装置（12）之间的主管路（8）上。
3.如权利要求1所述的一种用于瓦斯抽采钻井增产的系统，其特征在于，所述的注水系统还包括流量计（16），流量计（16）装在注水管（15）上。
4.一种用于瓦斯抽采钻井增产的方法，其特征在于，该方法的具体步骤是：
a.当地面钻井（14）的瓦斯抽采流量大幅度降低时，将注水系统中注水管（15）的一端插入瓦斯抽采管（13）内，通过注水系统中的水泵（17）向钻井中间歇式的注入大量清水；
b.待间歇式注水完成后，拆除注水系统，将压气系统中主管路（8）通过密封装置（12）连接到地面钻井（14）中的瓦斯抽采管（13），完成后开启空气压缩机（1）；
c.开启压气系统主管路（8）上的主管控制阀（3），关闭旁通管路（7）上的进气控制阀（2）和出气控制阀（4），通过空气压缩机（1）向地面钻井（14）内压入压力为0.5～1.5MPa的压缩空气，压入时间为30～60min；
d.开启压气系统旁通管路（7）上的进气控制阀（2）和出气控制阀（4），关闭主管路（8）上的主管控制阀（3），开启空气增压泵（5），通过空气压缩机（1）和空气增压泵（5）向地面钻井（14）内压入压力为2.5～3.5MPa的压缩空气，压入时间为30～60min，完成后关闭空气增压泵（5）；
e.循环步骤c和d，使压气总时间为5～10h；
f.关闭压气系统的空气压缩机（1）和空气增压泵（5），开启主管路（8）上的卸压阀（10），当地面钻井（14）内残存的压缩空气从卸压阀（10）完全流出后，拆除井口密封装置（12）和压气系统，将地面抽采系统连接到瓦斯抽采管（13），重新开始抽采瓦斯。
5.如权利要求4所述的一种用于瓦斯抽采钻井增产的方法，其特征在于，所述的注水系统注水的流量不小于0.5m3/min，注水10min，停注5min，反复循环，使注水总量不小于50m3，或者待井内液面上升至井口时停止注水。
6.如权利要求4或5所述的一种用于瓦斯抽采钻井增产的方法，其特征在于，所述的间歇式注水结束24h后，安装压气系统并开启空气压缩机（1）。
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