CN104695908B - 一种地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法 - Google Patents

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    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells

Abstract

一种地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法。首先由地面沿老空区中部向下施工深度为3~5m的钻井，在钻井内插入套管，由套管内向下继续施工钻井至弯曲下沉带内。沿钻井向弯曲下沉带内注入水泥砂浆，形成气体防渗层，防止注入老空区内的CO2向地面泄露。由地面沿套管内再次施工钻井至冒落带与裂隙带交界处。向钻井内插入抽采管，并由抽采管向冒落带内注入CO2，由于CO2密度大于CH4，且老空区内遗留的破碎煤岩对CO2的吸附性更强，CO2不断向老空区下部运移，老空区内原本吸附的CH4被置换出，并运移至老空区顶部积聚，再由钻井进行抽采。本方法可极大地提高老空区内瓦斯抽采效率，同时可对CO2进行封存减少温室气体。

Description

一种地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法
技术领域
本发明涉及一种地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法，属于煤矿老空区残留煤层气抽采技术领域。
背景技术
二氧化碳的排减和处置成为当前科学的一个热门研究课题。地质处置被公认为是解决温室气体环境影响问题的有效途径之一。近年来，随着煤层开采技术的不断发展，煤炭开采后遗留下大量老空区，而这些老空区可作为一种优良二氧化碳储存地质体。由于我国煤炭回采率较低，老空区遗煤较多，残留煤体长期释放出数量可观的煤层气资源未被有效利用，最大限度地开采利用煤矿老空区内瓦斯意义重大。目前我国主要采用地面钻井对老空区内残留煤层气进行抽采，抽采效果并不理想。亟待寻求一种既能封存二氧化碳又能高效抽采煤矿老空区残留煤层气资源的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高煤矿老空区瓦斯抽采效率的地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法，并实现了对CO2的老空区封存。
本发明的地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法，包括第一次钻井并设置套管；第二次钻井至老空区上方的弯曲下沉带内且距裂隙带并向弯曲下沉带内注入水泥砂浆；第三次钻井至老空区上部的冒落带与裂隙带交界处并向钻井内插入抽采管且密封钻井井口；通过抽采管向老空区内注入CO2 ；CO2注气结束开始抽采老空区内残留煤层气，抽采管内CH4浓度低于16%时，停止抽采残留煤层气。
本发明的具体步骤如下：
a、每隔200~300m由地面沿老空区中部向下施工直径为300～400mm，深度为3~5m的钻井。将直径为250～350mm的套管插入至钻井底部，沿套管外侧注入水泥砂浆固定套管。
b、由套管内向下继续施工直径为100～200mm的钻井至老空区上方的弯曲下沉带内且距裂隙带顶部5～10m。
c、套管上端通过法兰与注浆管相连，注浆管的另一端设有第一阀门，并与高压注浆泵连接。打开第一阀门，向弯曲下沉带内注入水泥砂浆形成气体防渗层。
d、由地面沿套管内再次施工直径为100～200mm的钻井至老空区上部的冒落带与裂隙带交界处。由地面向钻井内插入抽采管，密封钻井井口。抽采管上端经第二阀门与三通的端口Ⅰ连接，三通的端口Ⅱ经第三阀门与CO2储气罐相连，三通的端口Ⅲ经阀门Ⅳ与泵站连接。
e、打开第二阀门、第三阀门，向老空区内注入CO2，注入24～48h后关闭第二阀门、第三阀门，停止注入CO2。
f、24～48h后，打开第二阀门和阀门Ⅳ，抽采老空区内残留煤层气，当抽采管内CH4浓度低于16%时，关闭第二阀门和阀门Ⅳ，停止抽采残留煤层气。
g、重复步骤e和f，直至抽采的CH4浓度始终低于16%后，关闭第二阀门和阀门Ⅳ。
本发明的有益效果在于：（1）结合套管与注浆管进行注浆，可由高压注浆泵将水泥砂浆直接压至注浆处，实现高效注浆；（2）向弯曲下沉带内注入水泥砂浆充填弯曲下沉带内的裂隙，形成气体防渗层，有效防止老空区内注入的CO2泄露至地表；（3）巧妙运用CO2密度大于CH4以及老空区内破碎煤岩体对CO2的吸附性更大的特性，在向老空区内注入CO2的过程中，CO2不断向老空区下部运移，而老空区内原本吸附的CH4被置换出，并逐渐向上运移至老空区顶部积聚，此时由钻井将老空区内CH4抽采出，极大地提高了老空区瓦斯抽采效率；（4）将CO2封存至煤矿老空区，不仅减少了向大气中排放的CO2量，缓解温室效应，同时可有效抑制老空区遗煤自然发火现象，增强了矿井安全性；（5）对老空区内原本被遗弃的残留煤层气资源进行抽采，实现了对能源的充分利用。
附图说明
图1是注浆过程示意图。
图2是向老空区注入CO2示意图。
图3是抽采老空区残留煤层气示意图。
图中：1—地面，2—老空区，3—钻井，4—套管，5—水泥砂浆，
6—弯曲下沉带，7—裂隙带，8—法兰，9—注浆管，10—第一阀门，
11—注浆泵，12— 气体防渗层，13—冒落带，14—抽采管，
15—三通端口Ⅰ，16—三通端口Ⅱ，17—第二阀门，
18—CO2储气罐，19—三通端口Ⅲ，20—第三阀门，21—泵站。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实例作进一步描述：
本发明的一种地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法：
每隔200~300m由地面(1)沿老空区(2)中部向下施工直径为300～400mm，深度为3～5m的钻井(3)。将直径为250～350mm的套管(4)插入至钻井(3)底部，沿套管(4)外侧注入水泥砂浆(5)固定套管(4)。由套管(4)内向下继续施工直径为100～200mm的钻井(3)至老空区（2）上方的弯曲下沉带(6)内且距裂隙带(7)顶部5～10m。套管(4)上端通过法兰(8)与注浆管(9)相连，注浆管(9)的另一端设有第一阀门(10)，并与高压注浆泵(11)连接。打开第一阀门(10)，向弯曲下沉带(6)内注入水泥砂浆(5)形成气体防渗层(12)。由地面(1)沿套管(4)内再次施工直径为100～200mm的钻井(3)至老空区(2)上部的冒落带(13)与裂隙带(7)交界处。由地面(1)向钻井(3)内插入抽采管(14)，密封钻井(3)井口。抽采管(14)上端与三通端口Ⅰ(15)连接，三通端口Ⅱ(16)经第二阀门(17)与CO2储气罐(18)相连，三通端口Ⅲ(19)经第三阀门(20)与泵站(21)连接。打开第二阀门(17)，向老空区(2)内注入CO2，注入过程中，由于CO2密度大于CH4，且老空区(2)内遗留的破碎煤岩对CO2的吸附性更强，CO2不断向老空区(2)下部运移，老空区(2)内原本吸附的CH4被置换出，并运移至老空区(2)顶部积聚。注入24～48h后关闭第二阀门(17)，停止注入CO2。24～48h后，打开第三阀门(20)，抽采老空区(2)内残留煤层气，当抽采管(14)内CH4浓度低于16%时，关闭第三阀门(20)，停止抽采残留煤层气。重复步骤e和f，直至抽采的CH4浓度始终低于16%后，关闭第三阀门(20)。

Claims (1)

1.一种地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法，包括第一次钻井并设置套管；第二次钻井至老空区上方的弯曲下沉带内且距裂隙带顶部5～10m并向弯曲下沉带内注入水泥砂浆；第三次钻井至老空区上部的冒落带与裂隙带交界处并向钻井内插入抽采管且密封钻井井口；通过抽采管向老空区内注入CO2 ；CO2注气结束开始抽采老空区内残留煤层气，抽采管内CH4浓度低于16%时，停止抽采残留煤层气；其特征是具体操作步骤如下：
a、每隔200～300m由地面（1）沿老空区（2）中部向下施工直径为300～400mm，深度为3～5m的钻井（3）；将直径为250～350mm的套管（4）插入至钻井（3）底部，向套管（4）与井壁之间浇注水泥砂浆（5），使套管（4）与井壁连接为一体；
b、由套管（4）内向下施工直径为100～200mm的钻井（3）至老空区（2）上方的弯曲下沉带（6）内且距裂隙带（7）顶部5～10m；
c、套管（4）上端通过法兰（8）与注浆管（9）相连，注浆管（9）的另一端设有第一阀门（10），并与高压注浆泵（11）连接；打开第一阀门（10），向弯曲下沉带（6）内注入水泥砂浆（5）形成气体防渗层（12）；
d、由地面（1）沿套管（4）内施工直径为100～200mm的钻井（3）至老空区（2）上部的冒落带（13）与裂隙带（7）交界处；由地面（1）向钻井（3）内插入抽采管（14），密封钻井（3）井口；抽采管（14）上端与三通管的一个端口连接，三通管的另外两个端口分别通过第二阀门（17）连接CO2储气罐、通过第三阀门（20）连接泵站（21）；
e、打开第二阀门（17），向老空区（2）内注入CO2， 24～48h后关闭第二阀门（17），停止注入CO2；
f、24～48h后，打开第三阀门（20），抽采老空区（2）内残留煤层气，当抽采管（14）内CH4浓度低于16%时，关闭第三阀门（20），停止抽采残留煤层气；
g、重复步骤e和f，直至抽采的CH4浓度始终低于16%后，关闭第三阀门（20）。
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