CN105134213B - 一种区域钻井采煤的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于深部煤层开采的区域钻井采煤的工艺方法。它解决深部煤层开发困难的问题。其技术方案是:在岩层进行直井段钻井和造斜;控制变径钻头变径,对煤层进行扩眼钻进,形成导向井眼;在地面钻成采煤直井,采煤直井与导向井眼末端相交;在采煤直井的煤层井段安装煤浆举升装置;在导向井眼的井口下放钻柱,钻柱前端依次安装水力喷射头、变径钻头、井下动力钻具和变径稳定器;利用钻柱自重和高压水射流进行纵向扩眼;煤层厚度足够厚的情况下,对煤层进行分层扩眼;在单井纵向扩眼完成以后,在煤层纵向展布面内平行布置多口井,以实现对煤层的区域性开采。本发明实现对深部煤层的开采,无需人工下井,避免安全隐患。

Description

一种区域钻井采煤的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种用于深部煤层开采的区域钻井采煤的工艺方法。
背景技术
我国是煤炭资源大国,尤其是1000m以下的地层蕴藏着及其丰富的煤矿资源。目前对煤矿的开采主要是巷道开采的方法,然而巷道开采的经济成本高,安全风险大。尤其随着煤层深度的增加,工况越加复杂,地层应力升高,井下温度升高,还伴随着瓦斯浓度的增加,使得巷道开采的方法难以在深部煤层实施。
然而随着国家对能源需求的增加,必将对深部煤层进行开采。目前世界范围内对深部煤层的开采并未提出行之有效的方法,鉴于巷道开采应用于深部煤层的技术难度和经济性考虑,深部煤层的开采已经成为世界范围内的难题。对煤矿资源进行高效、经济、安全的开发是关系到我国能源发展战略,具有深远而重大的意义。
鉴于以上技术背景,本发明提供一种区域钻井采煤的工艺方法。
发明内容
本发明的目的是:为了解决深部煤层开发困难的问题,特提供一种区域钻井采煤的工艺方法。本发明涉及的主要装置有:领眼钻头、变径钻头、井下动力钻具、变径稳定器、钻柱、煤浆举升装置和水力喷射头。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:一种区域钻井采煤的工艺方法,其特征是:
先根据区域煤矿所在的地理条件,设计导向井眼的井身结构;运用常规钻井方法在岩层进行直井段钻井和造斜;钻进至煤层时,起钻,更换钻具组合,在钻柱前端依次安装领眼钻头、变径钻头、井下动力钻具和变径稳定器;变径钻头可以实现井下大变径功能对煤层进行切削,变径稳定器可以实现井下大变径功能对钻柱进行稳定扶正;下放钻柱至煤层井段,地面开泵循环钻井液,井下动力钻具驱动变径钻头和领眼钻头旋转;控制变径钻头变径,对煤层进行扩眼钻进,控制变径稳定器变径,在扩眼后的煤层井眼对钻柱进行稳定和扶正;持续钻井,根据煤层的分布钻成一定长度的井眼,即为导向井眼;在导向井眼的钻井过程中,钻井液在地面通过钻井泵从钻柱中心流向井底,钻井液携带煤屑和岩屑从环空返回地面,在地面把煤浆和煤层气进行气固液分离。
在地面钻成采煤直井,采煤直井穿透整个煤层,采煤直井与导向井眼末端相交;在采煤直井的岩层井段进行下套管和注水泥工艺操作;在采煤直井的煤层井段安装煤浆举升装置。
在导向井眼的井口下放钻柱,钻柱前端依次安装水力喷射头、变径钻头、井下动力钻具和变径稳定器;下放钻柱进入煤层井段,开泵循环钻井液,钻井液经过井下动力钻具到达水力喷射头,井下动力钻具驱动变径钻头和水力喷射头旋转,水力喷射头喷射高压水射流对煤层进行水力冲击破碎,实现轴向和径向冲击破煤;控制变径钻头变径,对水力喷射形成的井眼井壁进行清理刮削;控制变径稳定器变径,对钻柱进行稳定和扶正;在此钻进过程中,利用钻柱自身重力,实现水力喷射形成的井眼基本沿着导向井眼平行的轨迹行进,使钻柱沿着与导向井眼轨迹平行的的轨迹进行纵向扩眼;纵向扩眼过程中,产生的煤屑在钻井液的作用下,利用煤浆举升装置从采煤直径带回地面,在地面把煤浆和煤层气进行气固液分离;钻柱到达导向井眼末端位置时,关闭钻井泵停止钻井液循环,上提钻柱,直至水力喷射头回到煤层井段入口位置,打开钻井泵,下放钻柱,重复上述纵向扩眼的步骤,不断对井眼进行纵向扩眼,直至到达设计扩眼厚度,形成的井眼即为纵向井眼。
煤层厚度足够厚的情况下,对煤层进行分层扩眼,在不同地层深度形成多个纵向井眼;纵向井眼内必须充满钻井液,以保证地层压力,防止地层坍塌。
在单井纵向扩眼完成以后,重复上述工艺方法,在煤层纵向展布面内平行布置多口井,以实现对煤层的区域性开采。
本发明的有益效果是:(1)本发明提供一种深部煤层开发的工艺方法;(2)本发明无需人工下井,避免了巷道开采人工下井的诸多安全隐患;(3)本发明可以对煤层气进行采收。
附图说明
图1是本发明导向井眼施工的示意图;
图2是本发明采煤直井和导向井眼相交的示意图;
图3是本发明纵向扩眼的示意图;
图4是本发明分层扩眼的示意图;
图5是本发明多口井平行布置的示意图;
图中:1.岩层,2.煤层,3.领眼钻头,4.变径钻头,5.井下动力钻具,6.变径稳定器,7.钻柱,8.导向井眼,9.采煤直井,10.煤浆举升装置,11.水力喷射头,12.纵向井眼。
具体实施方式
如图1所示,本发明一种区域钻井采煤的工艺方法,其特征是:根据区域煤矿所在的地理条件,设计导向井眼8的井身结构;运用常规钻井方法在岩层1进行直井段钻井和造斜;钻进至煤层2时,起钻,更换钻具组合,在钻柱7前端依次安装领眼钻头3、变径钻头4、井下动力钻具5和变径稳定器6;变径钻头4可以实现井下大变径功能对煤层2进行切削,变径稳定器6可以实现井下大变径功能对钻柱7进行稳定扶正;下放钻柱7至煤层井段,地面开泵循环钻井液,井下动力钻具5驱动变径钻头4和领眼钻头3旋转;控制变径钻头4变径,对煤层2进行扩眼钻进,控制变径稳定器6变径,在扩眼后的煤层井眼对钻柱7进行稳定和扶正;持续钻井,根据煤层2的分布钻成一定长度的井眼,即为导向井眼8;在导向井眼8的钻井过程中,钻井液在地面通过钻井泵从钻柱7中心流向井底,钻井液携带煤屑和岩屑从环空返回地面,在地面把煤浆和煤层气进行气固液分离;导向井眼8钻完以后,上提回收钻柱7。
如图2所示,在地面钻成采煤直井9,采煤直井9穿透整个煤层2,采煤直井9与导向井眼8末端相交;在采煤直井9的岩层井段进行下套管和注水泥工艺操作;在采煤直井9的煤层井段安装煤浆举升装置10。
如图3所示,在导向井眼8的井口下放钻柱7,钻柱7前端依次安装水力喷射头11、变径钻头4、井下动力钻具5和变径稳定器6;下放钻柱7进入煤层井段,开泵循环钻井液,钻井液经过井下动力钻具5到达水力喷射头11,井下动力钻具5驱动变径钻头4和水力喷射头11旋转,水力喷射头11喷射高压水射流对煤层2进行水力冲击破碎,实现轴向和径向冲击破煤;控制变径钻头4变径,对水力喷射形成的井眼井壁进行清理刮削;控制变径稳定器6变径,对钻柱7进行稳定和扶正;在此钻进过程中,利用钻柱7自身重力,实现水力喷射形成的井眼基本沿着与导向井眼8平行的轨迹行进,使钻柱7沿着与导向井眼8轨迹平行的的轨迹进行纵向扩眼;纵向扩眼过程中,产生的煤屑在钻井液的作用下,利用煤浆举升装置10从采煤直井9带回地面,在地面把煤浆和煤层气进行气固液分离;钻柱7到达导向井眼8末端位置时,关闭钻井泵停止钻井液循环,上提钻柱7,直至水力喷射头11回到煤层井段入口位置,打开钻井泵,下放钻柱7,重复上述纵向扩眼的步骤,不断对井眼进行纵向扩眼,直至达到设计的扩眼厚度,形成的井眼即为纵向井眼12。
如图4所示,煤层2厚度足够厚的情况下,对煤层2进行分层扩眼,在不同地层深度形成多个纵向井眼12;纵向井眼12内必须充满钻井液,以保证地层压力,防止地层坍塌。
如图5所示,在单井纵向扩眼完成以后,重复上述工艺方法,在煤层2纵向展布面内平行布置多口井,以实现对煤层2的区域性开采。

Claims (2)

1.一种区域钻井采煤的工艺方法,其特征是:先根据区域煤矿所在的地理条件,设计导向井眼(8)的井身结构;在岩层(1)进行直井段钻井和造斜;钻进至煤层(2)时,起钻,更换钻具组合,在钻柱(7)前端依次安装领眼钻头(3)、变径钻头(4)、井下动力钻具(5)和变径稳定器(6);下放钻柱(7)至煤层井段,地面开泵循环钻井液,井下动力钻具(5)驱动变径钻头(4)和领眼钻头(3)旋转;控制变径钻头(4)变径,对煤层(2)进行扩眼钻进,控制变径稳定器(6)变径,在扩眼后的煤层井眼对钻柱(7)进行稳定和扶正;持续钻进,根据煤层(2)的分布钻成一定长度的井眼,即为导向井眼(8);在导向井眼(8)的钻进过程中,钻井液在地面通过钻井泵从钻柱(7)中心流向井底,钻井液携带煤屑和岩屑从环空返回地面,在地面把煤浆和煤层气进行气固液分离;导向井眼(8)钻完以后,上提回收钻柱(7);然后在地面钻成采煤直井(9),采煤直井(9)穿透整个煤层(2),采煤直井(9)与导向井眼(8)末端相交;在采煤直井(9)的岩层井段进行下套管和注水泥工艺操作;在采煤直井(9)的煤层井段安装煤浆举升装置(10);然后在导向井眼(8)的井口下放钻柱(7),钻柱(7)前端依次安装水力喷射头(11)、变径钻头(4)、井下动力钻具(5)和变径稳定器(6);下放钻柱(7)进入煤层井段,开泵循环钻井液,钻井液经过井下动力钻具(5)到达水力喷射头(11),井下动力钻具(5)驱动变径钻头(4)和水力喷射头(11)旋转,水力喷射头(11)喷射高压水射流对煤层(2)进行水力冲击破碎,实现轴向和径向冲击破煤;控制变径钻头(4)变径,对水力喷射形成的井眼井壁进行清理刮削;控制变径稳定器(6)变径,对钻柱(7)进行稳定和扶正;在此钻进过程中,利用钻柱(7)自身重力,实现水力喷射形成的井眼基本沿着与导向井眼(8)平行的轨迹行进,使钻柱(7)沿着与导向井眼(8)轨迹平行的的轨迹进行纵向扩眼;纵向扩眼过程中,产生的煤屑在钻井液的作用下,利用煤浆举升装置(10)从采煤直井(9)带回地面,在地面把煤浆和煤层气进行气固液分离;钻柱(7)到达导向井眼(8)末端位置时,关闭钻井泵停止钻井液循环,上提钻柱(7),直至水力喷射头(11)回到煤层井段入口位置,打开钻井泵,下放钻柱(7),重复上述纵向扩眼的步骤,不断对井眼进行纵向扩眼,直至达到设计的扩眼厚度,形成的井眼即为纵向井眼(12);在煤层(2)厚度足够厚的情况下,对煤层(2)进行分层扩眼,在不同地层深度形成多个纵向井眼(12);纵向井眼(12)内必须充满钻井液;在单井纵向扩眼完成以后,重复上述工艺方法,在煤层(2)纵向展布面内平行布置多口井,以实现对煤层(2)的区域性开采。
2.根据权利要求1所述的区域钻井采煤的工艺方法,其特征是:所述变径钻头(4)可以实现井下大变径功能对煤层(2)进行切削,变径稳定器(6)可以实现井下大变径功能对钻柱(7)进行稳定扶正。
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