CN103437764A - 一种定向钻井采煤的新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种定向钻井采煤的新工艺，主要针对埋藏于地下500米至数千米以下深度的煤层的开采。本发明通过钻井、管柱等工艺，利用管柱传送水力到煤层掘进，对埋深在地下的煤炭进行冲刷、切割，通过一定流速流体的循环将所切割的煤炭带出地面，实现井下无人化掘进。是实现煤田的气、固体同步开采为一体的煤炭开发技术，特别适用于常规方法不可采或者开采不经济的煤层，同时适用于煤炭地下气化的气化通道的建立。
Description
技术领域
本发明涉及一种定向钻井采煤的新工艺，主要针对埋藏于地下500米至数千米以下深度的煤层的开采。
背景技术
传统采煤工艺技术是通过构建采煤通道，使用人工炸药采掘，或使用机械采掘设备，通过运输或提升装置，将采掘的煤炭运至地面。传统采煤工艺由于岩石应力作用，深度一般不超过1000m，建设周期长，成本高，环境破坏大，瓦斯、塌方、透水等安全事故多，而本专利实现了井下无人开采和煤气合采，不受深度的限制，同时具有经济、安全、环保的优势。
发明内容
为克服现有技术之不足，本发明利用定向钻井采煤就是利用定向钻井工艺，使用特定的水力切割钻头及特定的管柱，配制一定性能的流体，将流体作为承载体，利用流体的流速将地下深层煤混合物带出地面，实现井下无人化掘进。本发明提供一种定向钻井采煤的新工艺，尤其是位于地下千米以下深度的煤层的水力开采流体承运的方法。该方法具体包括：
(1)利用定向钻井工艺，使用特定的水力切割钻头及特定的管柱，配制一定性能的流体，将流体作为承载体，利用流体的流速将地下深层煤混合物带出地面；
(2)利用三相分离器系统，将混合物中的泥浆、煤、气进行分离。
上述的方法，可根据煤炭资源勘探的资源量，地质构造的实际情况编制资源区域的整体开发方案，可以实施单井开发，此时特定的管柱为双层管柱。也可以实施多井开发，其中一井或者多井为钻采井，其他井为导出井，此时特定的管柱为单层管柱。还可以实施多井同层同时开发。
上述方法，可先钻至最深煤层顶部后，下套管固井，再钻开水泥塞，打开煤层。
上述的所分离的煤气(CH4)进入气体处理站，加压后至用户；煤块进入洗煤车间，加工后精煤转至精煤库进行后期的销售；泥浆循环至循环池循环使用。
上述的方法，洗煤车间的灰粉、矸石进入矸石粉磨间，加工至200目以下的材料，用于泥浆配浆；洗煤间的废水转至泥浆配液间，用于配制泥浆，泥浆从三相分离器流入沉淀池，将粉煤和细砂粒沉淀，沉淀物转至洗煤间处理，泥浆循环至循环池使用。
上述的方法，在多套的煤层开发中，要依据由深至浅的原则开发，要求煤层的压力系数大于0.9。
上述的定向钻井工艺，包括使用井下电视、定位仪、方向仪设施，以确保掘进的质量。特定的水力切割钻头，要依据煤层的厚度、倾角，定制不同参数的水力切割钻头，主要参数包括：转速、水眼直径、水眼喷射角。根据产能，使用不同直径的管柱，流体的性能要依据煤层压力系数、密度配制，主要性能指标包括：密度、粘度、切力。流体配方主要由水、坂土、烧碱、煤粉及矸石粉配制而成。泥浆泵的参数主要是压力和排量。
根据开发方案，实施多井、多层井网设置，实施定向钻井煤炭开采作业。
对于多煤层的矿区最好采取先开采底层煤层，然后，依次向上层推进的方式开采。本发明是实现煤田的气、固体同步开采为一体的煤炭开发技术，特别适用于常规方法不可采或者开采不经济的煤层，同时适用于煤炭地下气化的气化通道的建立。
本发明具体优点如下：
1、实现煤田的气、固体同步开采，资源利用率高；煤的采收率可达80％以上；气全部回收利用；
2、井下无人，水力作业，避免常规煤炭开采的瓦斯爆炸、塌方等安全生产事故。
3、环保方面比常规煤炭开采更具有优势，不破坏周围环境，生产占地小，无污染水排放，无废料、矸石，无粉尘，煤气被充分回收利用。
4、可充分利用各地存量资源，避免了煤炭的长途运输，减少能耗。
5、建设投入少，周期短，生产效率高。
6、大力勘探开发以焦煤为主的深层资源，可以弥补资源短缺的问题，效益显著。
附图说明
图1为本发明的工艺流程剖面图；为本发明的定向钻井掘进系统(单井)
| 1 | 变配电 | 7 | 天然气处理站 | 13 | 特种水力挖掘钻头 |
| 2 | 配电柜 | 8 | 分离出的液相 | 14 | 内管柱 |
| 3 | 流体循环泵 | 9 | 分离出的煤 | 15 | 外管柱 |
| 4 | 井绞车 | 10 | 沉淀池 | 16 | 套管 |
| 5 | 井架 | 11 | 沉淀处理装置 | 17 | 煤层 |
| 6 | 三相分离器 | 12 | 流体 |
图2为本发明的工艺流程平面图；
| 1 | 变配电 | 6 | 天然气处理站 | 11 | 分离出的煤 |
| 2 | 泵 | 7 | 用户 | 12 | 洗煤厂 |
| 3 | 泥浆循环池 | 8 | 沉淀池 | 13 | 精煤库 |
| 4 | 井口 | 9 | 沉淀处理装置 | ||
| 5 | 三相分离器 | 10 | 分离出的液相 |
图3为本发明的工艺流程剖面图；为本发明的定向钻井掘进系统(多井)；
| 1 | 变配电 | 7 | 天然气处理站 | 13 | 特种水力挖掘钻头 |
| 2 | 配电柜 | 8 | 分离出的液相 | 14 | 内管柱 |
| 3 | 流体循环泵 | 9 | 分离出的煤 | 15 | 外管柱 |
| 4 | 井绞车 | 10 | 沉淀池 | 16 | 套管 |
| 5 | 井架 | 11 | 沉淀处理装置 | 17 | 煤层 |
| 6 | 三相分离器 | 12 | 流体 | 18 | 生产管柱 |
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施做进一步详述。
参照图1，本发明利用钻井工艺技术，包括变配电(1)、配电柜(2)、泥浆循环泵(3)、井绞车(4)、井架(5)，钻至最深煤层的顶部，下入套管(16)进行固井，再钻开水泥塞，打开煤层(17)。要求煤层压力系数大于0.9，以保证开发方案的经济实施。
参照图1，本发明利用定向钻井工艺，通过地面泥浆泵(3)将配制好的一定性能的流体(12)，利用特定的双层管柱，内管柱(14)，传送水力到煤层进行掘进，使用特定的水力切割钻头(13)对埋深在地下的煤炭进行冲刷、切割。再利用一定流速的流体传输煤炭混合物至地面，进入地面处理系统。
参照图1，本发明中泥浆泵(3)的参数主要是压力、排量，压力要求高压，一般大于10MPa。
参照图1，本发明中特定的双层管柱，内管柱(14)和外管柱(15)，要依据产能，使用不同直径的管柱(14、15)。本发明中流体(12)的性能，要依据煤层压力系数、密度配制，主要性能指标：密度、粘度、切力。
参照图1，本发明中特定的水力切割钻头(13)，要依据煤层(17)的厚度、倾角，定制不同参数的水力切割钻头(13)，主要参数：转速、水眼直径、水眼喷射角。
参照图1，本发明中流体(12)的配方，简称煤碱液，主要由水、坂土、烧碱(氢氧化钠)、煤粉及矸石粉混合而成。
参照图2，本图为工艺流程平面图，包括变配电(1)、泵(2)、泥浆循环池(3)、井口(4)。本发明中煤炭混合物，首先进入三相分离系统(5)，分别将泥浆(10)、煤(11)、气(7)三项分离。
参照图2，本发明中煤气CH4进入气体处理站(6)，加压后至用户。
参照图2，本发明中煤块(11)进入洗煤厂(12)，加工后精煤至精煤库(13)待售。
参照图2，本发明中泥浆(10)被分离后流入沉淀池(8)，再通过沉淀处理装置(9)将粉煤和细砂粒沉淀，沉淀物转至洗煤厂(12)进行处理，泥浆循环至循环池(3)使用。
参照图3，本发明为注采井和导出井分开对立协同作业图，各自的地面配套设备为变配电(1)、配电柜(2)、泥浆循环泵(3)、井绞车(4)、井架(5)、三相分离器(6)、天然气处理站(7)、沉淀池(10)、沉淀处理装置(11)；地面生产物包括：分离出的液相(8)、分离出的煤(9)。
参照图3，本发明中通过地面泥浆泵(3)将配制好的一定性能的流体(12)，利用注采井中特定的单层管柱，传送水力到煤层进行掘进，使用特定的水力切割钻头(13)对埋深在地下的煤炭进行冲刷、切割。再利用一定流速的流体传输煤炭混合物通过导出井的生产管柱(18)至地面，进入地面处理系统三相分离器(6)、天然气处理站(7)、沉淀池(10)、沉淀处理装置(11)。
Claims (14)
1.一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于：
(1)利用定向钻井工艺，使用特定的水力切割钻头及特定的管柱，配制一定性能的流体，将流体作为承载体，利用流体的流速将地下深层煤混合物带出地面；
(2)利用三相分离器系统，将混合物中的泥浆、煤、气进行分离。
2.如权利要求1所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于根据煤炭资源勘探的资源量，地质构造的实际情况编制资源区域的整体开发方案，可以实施单井开发或多井开发。
3.如权利要求1所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于根据煤炭资源勘探的资源量，地质构造的实际情况编制资源区域的整体开发方案，可以实施多井开发，其中一井或者多井为钻采井，其他井为导出井。
4.如权利要求2或者3所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于可以实施多井同层同时开发。
5.如权利要求4所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于先钻至最深煤层顶部后，下套管固井，再钻开水泥塞，打开煤层。
6.如权利要求1所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于所分离的煤气(CH4)进入气体处理站，加压后至用户；煤块进入洗煤车间，加工后精煤转至精煤库进行后期的销售；泥浆循环至循环池循环使用。
7.如权利要求1所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于在多套的煤层开发中，要依据由深至浅的原则开发，要求煤层的压力系数大于0.9。
8.如权利要求4所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于在多套的煤层开发中，要依据由深至浅的原则开发，要求煤层的压力系数大于0.9。
9.如权利要求1所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于所述的定向钻井工艺，包括使用井下电视、定位仪、方向仪设施，以确保掘进的质量。
10.如权利要求1或者10所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于特定的水力切割钻头，要依据煤层的厚度、倾角，定制不同参数的水力切割钻头，主要参数包括：转速、水眼直径、水眼喷射角。
11.如权利要求1或者10所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于要根据产能，使用不同直径的管柱，流体的性能要依据煤层压力系数、密度配制，主要性能指标包括：密度、粘度、切力。
12.如权利要求12所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于流体配方主要由水、坂土、烧碱、煤粉及矸石粉配制而成。
13.如权利要求12所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于泥浆泵的参数主要是压力和排量。
14.如权利要求7所述的一种定向钻井采煤的新工艺，其特征在于洗煤车间的灰粉、矸石进入矸石粉磨间，加工至200目以下的材料，用于泥浆配浆；洗煤间的废水转至泥浆配液间，用于配制泥浆，泥浆从三相分离器流入沉淀池，将粉煤和细砂粒沉淀，沉淀物转至洗煤间处理，泥浆循环至循环池使用。
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