CN105089493B - 地面垂直井与井下穿层钻孔联合卸压煤层气抽采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地面垂直井与井下穿层钻孔联合煤层气抽采方法，首先，在目的煤层（9）的地面（1）钻设地面垂直井（2），并实施水力压裂，形成有规律的水力压裂影响区范围（4），利用地面瓦斯抽采装置对目的煤层（9）进行预先瓦斯抽放；然后，在目的煤层底板岩巷（6）中合理设置井下钻场（8），采取井下穿层钻孔（7）技术在钻场（8）中钻设多个放射状直孔，利用井下瓦斯抽采装置进行二次瓦斯抽放，保证待采煤层瓦斯含量达到安全开采标准以下。采取地面直井（2）与井下穿层钻孔（7）相结合的方法进行煤层卸压消突，可解决普通瓦斯抽采方法抽采周期长的问题，同时最大限度的减少煤层存在的盲区，为煤炭安全开采提供保障。

Description

地面垂直井与井下穿层钻孔联合卸压煤层气抽采方法

技术领域

本发明涉及一种地面垂直井与井下穿层钻孔联合卸压煤层气抽采方法，特别适用于低渗透性低饱和度高瓦斯含量煤层的瓦斯抽采。

背景技术

煤层气（瓦斯）是泥碳混合物在煤化作用过程中生成的一种清洁能源，它不仅是宝贵的资源，也是煤矿地下开采中煤与瓦斯突出潜能的重要组成部分，主要以吸附态储存于煤岩之中，部分以溶解、游离态储存于煤层水和煤层空隙、裂隙中。我国是煤炭资源大国，绝大多数煤矿采用井工方式进行开采，随着开采强度的增加，瓦斯含量增高、压力增大，煤层透气性开始降低，因此在煤炭开采过程中瓦斯放散量大，放散速度快，在一定条件极容易发生瓦斯突出动力现象，增大瓦斯事故发生概率。因此，为了保证煤矿的安全生产，保证生产操作人员的生命财产安全，必须对待采煤层进行卸压瓦斯抽采工作。

我国已成功实施开采层抽采煤层气、邻近层抽采煤层气、采空区抽采煤层气、围岩抽采煤层气等技术，并在全国大、中、小型煤矿区域防突中得到了广泛应用，同时在瓦斯防突治理中取得一定成效。由于我国煤层大多表现为低压力、低渗透性和低饱和度特点，因此这些瓦斯抽采技术的应用受到一定限制，且其卸压方法存在一定盲区，为安全生产带来隐患。因此，需要研发一种卸压范围大，可有效消除高瓦斯、低渗透性、低饱和度煤层瓦斯突出危险性的煤层气抽采方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种卸压范围大，可有效降低煤层瓦斯含量，消除高瓦斯、低渗透性、低饱和度煤层瓦斯突出危险性的地面垂直井与井下穿层钻孔联合卸压煤层气抽采方法。

本发明的目的可通过下述技术措施（步骤）来实现：

（1）利用现有探测技术对目的煤层分布情况进行充分了解，根据目的煤层分布情况和常规高压水力压裂影响区范围大小，在目的煤层地面位置设置垂直井井位，结合高压水力影响区范围大小确定垂直井井位间距和数量保证尽可能覆盖整个目的煤层，减少煤层气抽放盲区大小；

（2）根据地面垂直井井位布井方案，利用常规钻井技术钻设垂直井至目的煤层合适位置停钻，垂直井井筒位于目的煤层上顶板以上部分采用套管完井，目的煤层上顶板以下部分采用玻璃钢套管完井；

（3）地面垂直井施工完成后，在地面安装高压水力压裂装置，依次通过地面垂直井注入高压水至目的煤层，对目的煤层实施常规水力压裂，同时在压裂过程中，根据目的煤层特征属性选择合适支撑剂和加砂量，对压裂裂隙进行支撑，增加目的煤层渗透性；

（4）水力加砂压裂作业完成后，拆除地面高压水力压裂装置，并在地面设置相应的瓦斯抽放管路与抽放系统对目的煤层实施常规降压排水瓦斯抽放作业，当地面垂直井瓦斯抽采量降低至无法正常排采时停止瓦斯抽放，拆除瓦斯抽放管路与抽放系统，对地面垂直井实施封堵；

（5）根据目的煤层分布情况和垂直井高压水力压裂区范围大小，在目的煤层下底板巷道中设置若干个钻场，所设钻场间距与数量根据地面垂直井高压水力压裂区范围和地面瓦斯抽放系统抽放瓦斯的影响范围进行设计，保证尽可能覆盖整个目的煤层；

（6）结合煤层下底板岩层和目的煤层特性，可选择适合穿层钻孔的钻具依次在井下钻场中钻设若干直孔至目的煤层合适位置后停钻，井下直孔钻进距离根据目的煤层中水力压裂范围大小确定，井下直孔钻进方向呈放射状，扩大钻场可覆盖范围；

（7）待井下一个钻场中穿层钻孔作业完成后，在钻场中安装瓦斯抽放管路和抽放系统通过井下直孔对目的煤层进行二次瓦斯抽放处理，直至目的煤层瓦斯含量和压力达到安全开采标准，待一个钻场中瓦斯抽放作业完成后，转至下一个钻场重复（6）～（7），直至井下作业完成；

所述地面垂直井钻井作业，应依次对地面垂直井进行高压水力压裂和瓦斯抽放，待施工作业全部完成后，对地面垂直井井口进行封堵，然后转至井下钻场钻设井下直孔8并实施瓦斯抽放作业，直至整个目的煤层9瓦斯抽放作业完成。

所述钻场间距离是根据地面垂直井水力压裂影响区域大小以及地面瓦斯抽采处理后煤层瓦斯含量大小来共同决定，以最大限度提高井下穿层钻孔影响区为佳。

所述钻场中井下穿层钻孔数量是由煤层厚度、煤层开采工作面宽度以及井下穿层钻孔影响区大小共同决定，以最大限度覆盖待采煤层为佳。

本发明的有益效果如下：

本发明所提供的地面垂直井与井下穿层钻孔联合卸压煤层气抽采方法可有效增大煤层透气性，为低渗高含量煤层瓦斯释放、流动创造有利条件；同时，经过对待采煤层两次不同方式、不同方位的瓦斯抽放后，可有效减少单种抽采方式周期长且易存有盲区的缺点。

附图说明

图1为本发明的地面垂直井与井下穿层钻孔联合卸压煤层气抽采方法整体结构示意图；

图2为本发明的井下穿层钻孔分布示意图。

图中标记为：1：地面；2：地面垂直井；3：煤层上顶板；4：水力压裂影响区范围；5：煤层下底板；6：目的煤层底板巷道；7：井下直孔；8：井下钻场；9：目的煤层。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的一个实施例作进一步描述：

所述的地面垂直井与井下穿层钻孔联合卸压煤层气抽采方法，如图1和图2所示，具体实施步骤如下：

步骤1：现有探测技术对目的煤层9分布情况进行充分了解，根据目的煤层9分布情况和常规高压水力压裂影响区范围4大小，在目的煤层9的地面1合适位置设置地面垂直井2井位，结合高压水力影响区范围4大小确定垂直井2井位间距和数量保证尽可能覆盖整个目的煤层9，减少煤层气抽放盲区大小；

步骤2：根据地面垂直井2井位布井方案，利用常规钻井技术钻设垂直井至目的煤层9合适位置停钻，地面垂直井2井筒位于目的煤层上顶板3以上部分采用套管完井，目的煤层上顶板3以下部分采用玻璃钢套管完井；

步骤3：地面垂直井2施工完成后，在地面1安装高压水力压裂装置，依次通过地面垂直井2注入高压水至目的煤层9，对目的煤层9实施常规水力压裂，同时在压裂过程中，选择根据目的煤层9特征属性选择合适的支撑剂和加砂量，对压裂裂隙进行支撑，增加目的煤层9渗透性；

步骤4：水力加砂压裂作业完成后，拆除地面高压水力压裂装置，并在地面1设置相应的瓦斯抽放管路与抽放系统对目的煤层9实施常规降压排水瓦斯抽放作业，当地面垂直井2的瓦斯抽采量降低至无法正常排采时停止瓦斯抽放，拆除瓦斯抽放管路与抽放系统，对地面垂直井2实施封堵；

步骤5：根据目的煤层9分布情况和垂直井高压水力压裂区范围4大小，在目的煤层底板巷道6中设置若干个钻场，所设钻场间距与数量根据地面垂直井2的高压水力压裂区范围4和地面瓦斯抽放系统抽放瓦斯的影响范围进行设计，保证尽可能覆盖整个目的煤层9；

步骤6：结合煤层下底板5岩层和目的煤层9特性，可选择适合穿层钻孔的钻具依次在井下钻场中钻设若干直孔至目的煤层9合适位置后停钻，井下直孔钻进距离根据目的煤层9中水力压裂影响区范围4大小确定，井下直孔钻进方向呈放射状，扩大钻场可覆盖范围；

步骤7：待井下一个钻场中穿层钻孔作业完成后，在钻场中安装瓦斯抽放管路和抽放系统通过井下直孔7对目的煤层9进行二次瓦斯抽放处理，直至目的煤层9瓦斯含量和压力达到安全开采标准，待一个钻场中瓦斯抽放作业完成后，转至下一个钻场重复步骤6～7，直至井下作业完成；

步骤8：地面垂直井2钻井作业、高压水力压裂作业和瓦斯抽放作业全部完成后，对地面垂直井2井口进行封堵，然后转至井下钻场钻设井下直孔8并实施瓦斯抽放作业，直至整个目的煤层9瓦斯抽放作业完成。

Claims (3)

1.地面垂直井与井下穿层钻孔联合煤层气抽采方法，包括以下几个步骤，其特征在于：

步骤1：利用现有探测技术对目的煤层(9)分布情况进行充分了解，根据目的煤层(9)分布情况和常规高压水力压裂影响区范围(4)大小，在目的煤层(9)的地面(1)合适位置设置地面垂直井(2)井位，结合高压水力压裂影响区范围(4)大小确定地面垂直井(2)井位间距和数量保证尽可能覆盖整个目的煤层(9)，减少煤层气抽放盲区大小；

步骤2：根据地面垂直井(2)井位布井方案，利用常规钻井技术钻设垂直井至目的煤层(9)合适位置停钻，地面垂直井(2)井筒位于目的煤层上顶板(3)以上部分采用套管完井，目的煤层上顶板(3)以下部分采用玻璃钢套管完井；

步骤3：地面垂直井(2)施工完成后，在地面(1)安装高压水力压裂装置，依次通过地面垂直井(2)注入高压水至目的煤层(9)，对目的煤层(9)实施常规水力压裂，同时在压裂过程中，根据目的煤层(9)特征属性选择合适的支撑剂和加砂量，对压裂裂隙进行支撑，增加目的煤层(9)渗透性；

步骤4：水力加砂压裂作业完成后，拆除地面高压水力压裂装置，并在地面(1)设置相应的瓦斯抽放管路与抽放系统对目的煤层(9)实施常规降压排水瓦斯抽放作业，当地面垂直井(2)的瓦斯抽采量降低至无法正常排采时停止瓦斯抽放，拆除瓦斯抽放管路与抽放系统，对地面垂直井(2)实施封堵；

步骤5：根据目的煤层(9)分布情况和地面垂直井(2)高压水力压裂影响区范围(4)大小，在目的煤层底板巷道(6)中设置若干个钻场，所设钻场间距与数量根据地面垂直井(2)的高压水力压裂影响区范围(4)和地面瓦斯抽放系统抽放瓦斯的影响范围进行设计，保证尽可能覆盖整个目的煤层(9)；

步骤6：结合煤层下底板(5)岩层和目的煤层(9)特性，选择适合穿层钻孔的钻具依次在井下钻场中钻设若干直孔至目的煤层(9)合适位置后停钻，井下直孔钻进距离根据目的煤层(9)中高压水力压裂影响区范围(4)大小确定，井下直孔钻进方向呈放射状，扩大钻场可覆盖范围；

步骤7：待井下一个钻场中穿层钻孔作业完成后，在钻场中安装瓦斯抽放管路和抽放系统通过井下直孔(7)对目的煤层(9)进行二次瓦斯抽放处理，直至目的煤层(9)瓦斯含量和压力达到安全开采标准，待一个钻场中瓦斯抽放作业完成后，转至下一个钻场重复步骤6～7，直至井下作业完成。

2.如权利要求1所述的地面垂直井与井下穿层钻孔联合煤层气抽采方法，其特征在于：钻场之间距离，应根据高压水力压裂影响区范围(4)大小和地面瓦斯抽采处理后煤层瓦斯含量大小来共同决定。

3.如权利要求1或2所述的地面垂直井与井下穿层钻孔联合煤层气抽采方法，其特征在于：钻场中井下直孔(7)数量，应根据煤层厚度、煤层开采工作面宽度和井下穿层钻孔影响区大小共同决定。