CN107083947B - 上下同步抽采煤层气的井群及其修筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上下同步抽采煤层气的井群，包括主直井、直井群、水平井群及主水平井；主直井沿纵向从地面伸入至少两层煤层；直井群包括多个分直井，多个分直井以主直井为中心间隔分布在主直井的圆周上，分直井沿纵向从地面伸入至少两层所述煤层；水平井群的井口距离主直井的距离大于直井群的井口距离主直井的距离，水平井群包括多个分水平井，多个分水平井以主直井为中心呈放射状间隔分布在主直井的周围，每个分水平井包括相互连通的倾斜段和水平段，倾斜段从地面向下倾斜伸入到分直井，水平段沿煤层连通分直井与主直井；主水平井沿水平方向连通大巷和所述主直井。本发明还公开一种效率高、成本低的上下同步抽采煤层气的井群的修筑方法。

Description

上下同步抽采煤层气的井群及其修筑方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种上下同步抽采煤层气的井群及其修筑方法。

背景技术

目前，煤矿煤层气抽排所采用技术方法包括直井抽采、丛式井抽采和地面U型连通井抽采。以上技术均存在以下技术问题：

1)需要长时间排采；

2)无法利用负压排采；

3)抽采出的煤层气需要地面管线；

4)需要增加处理排采水成本；

5)需要增加地面建设费用；

6)抽采过程需要增加修井成本；

7)需要增加地面煤层气管理成本；

8)需要增加地面煤层气生产监控设备成本；

9)需要增加地面煤层气生产成本；

10)不能整体提高排采；

11)需要多打井。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种效率高、成本低的上下同步抽采煤层气的井群及其修筑方法。

本发明提供一种上下同步抽采煤层气的井群，包括主直井、直井群、水平井群及主水平井；

所述主直井沿纵向从地面伸入至少两层煤层；

所述直井群包括多个分直井，多个所述分直井以所述主直井为中心间隔分布在所述主直井的圆周上，所述分直井沿纵向从地面伸入至少两层所述煤层；

所述水平井群的井口距离所述主直井的距离大于所述直井群的井口距离所述主直井的距离，所述水平井群包括多个分水平井，多个所述分水平井以所述主直井为中心呈放射状间隔分布在所述主直井的周围，每个所述分水平井包括相互连通的倾斜段和水平段，倾斜段从地面向下倾斜伸入到所述分直井，所述水平段沿所述煤层连通所述分直井与所述主直井；

所述主水平井沿水平方向连通大巷和所述主直井。

进一步地，所述分水平井对应每层所述煤层又分为至少两级，每级所述水平段对应一层所述煤层。

进一步地，对应同一所述分直井的至少两级所述分水平井共用一个井口。

进一步地，每个所述分水平井与对应的所述分直井位于同一放射线上。

进一步地，所述煤层有2-5层。

本发明还提供一种用于上述任一项的上下同步抽采煤层气的井群的修筑方法，包括以下步骤：

从地面距离所述大巷设定距离打入所述主直井；

以所述主直井为中心在所述主直井的第一设定圆周上打入所述直井群；

以所述主直井为中心在所述主直井的第二设定圆周上打入所述水平井群，所述第二设定圆周的半径大于所述第一设定圆周的半径；

从所述大巷沿水平方向向所述主直井打出所述主水平井。

进一步地，所述主直井在每层所述煤层中的部分为第一对接连通腔体，所述直井群在每层所述煤层中的部分为第二对接连通腔体；

所述倾斜段左右偏离所述第二对接连通腔体的中心0.3m；

所述水平段左右偏离所述第二对接连通腔体的中心0.3m，并沿水平方向延伸到左右偏离所述第一对接连通腔体的中心0.3m的地方。

进一步地，所述水平井左右偏离所述第一对接连通腔体的中心0.3m。

进一步地，还包括以下步骤：

完成所述主直井、所述直井群、所述水平井群及所述主水平井后，再在所述主直井、所述直井群中下入直径0.6m的扩孔钻头对所述第一对接连通腔体、所述第二对接连通腔体扩孔；

所述主直井、所述直井群、所述水平井群及所述主水平井通过所述第一对接连通腔体、所述第二对接连通腔体的扩孔全部连通。

采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

本发明由于通过主直井、直井群、水平井群及主水平井连通了上下至少两层煤层，能够实现上下煤层的多点同时抽采煤层气，能够大规模快速、高效提高煤矿未掘区域的煤层气抽采效果，效率高、成本低。

附图说明

参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是本发明一实施例中上下同步抽采煤层气的井群的平面图；

图2是图1的A-A处的纵剖面图；

图3是本发明一实施例中上下同步抽采煤层气的井群的修筑方法的流程图。

附图标记对照表：

10-大巷 20-主水平井 30-第一煤层

40-第二煤层 31-主直井 32-分直井

41-分水平井 211-水平井眼轨迹 311-第一对接连通腔体

312-第一对接连通腔体 321-第二对接连通腔体

322-第二对接连通腔体 411-第一级水平段

412-第二级水平段 413-第一级倾斜段 414-第二级倾斜段

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或视为对发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

本实施例中，如图1-2所示，上下同步抽采煤层气的井群，包括主直井31、直井群、水平井群和主水平井20；

主直井31沿纵向从地面伸入第一煤层30和第二煤层40；

直井群包括多个分直井32，多个分直井32以主直井31为中心间隔分布在主直井31的圆周上，分直井31沿纵向从地面伸入第一煤层30和第二煤层40；

水平井群的井口距离主直井31的距离大于直井群的井口距离主直井31的距离，水平井群包括多个分水平井41，多个分水平井41以主直井31为中心呈放射状间隔分布在主直井31的周围，每个分水平井41包括相互连通的倾斜段和水平段，倾斜段从地面向下倾斜伸入到分直井32，水平段沿煤层连通分直井32与主直井31；

主水平井20沿水平方向连通大巷10和主直井31。

本实施例中，煤层有两层，分别为第一煤层30和第二煤层40，井群设置的目的是为了抽采第一煤层30和第二煤层40中的煤层气。因此所有的主直井31、直井群和水平井群都需要伸入到煤层中。

具体为，主直井31沿纵向从地面伸入第一煤层30和第二煤层40；

直井群也沿纵向从地面伸入第一煤层30和第二煤层40；

水平井群先从地面倾斜伸入到直井群与第一煤层30和第二煤层40的交界处，然后再在第一煤层30和第二煤层40中水平伸入直到到达主直井31与第一煤层30和第二煤层40的交界处。

其中，主直井31作为整个井群的中心，以主直井31为圆心，在主直井31的周围画出两个设定圆周，第一设定圆周为直井群的井口的分布线，第二设定圆周为水平井群的井口的分布线，直井群的多个分直井32的井口在第一设定圆周上均匀间隔分布，水平井群的多个分水平井41的井口在第二设定圆周上均匀间隔分布。

这样，整个井群均相通，以主直井31为中心形成了贯通上下煤层覆盖整个抽采区域的井群。能够实现上下煤层的多点同时抽采煤层气，能够大规模快速、高效提高煤矿未掘区域的煤层气抽采效果，效率高、成本低。

进一步地，如图2所示，分水平井41对应每层煤层又分为两级，每级水平段对应一层煤层。

具体为，本实施例中，分水平井41包括第一级倾斜段413、第二级倾斜段414、第一级水平段411和第二级水平段412。

第一级倾斜段413从地面倾斜向下伸入到第一煤层30中，第一级水平段411在第一煤层30中水平延伸；

第二级倾斜段414从地面倾斜向下伸入第二煤层40中，第二级水平段412在第二煤层40中水平延伸。

进一步地，如图2所示，对应同一分直井32的两级分水平井41共用一个井口。

具体为，第一级倾斜段413和第二级倾斜段414从地面的同一井口向下倾斜伸入，但是各自的轨迹不同，第一级倾斜段413伸入到第一煤层30中，第二级倾斜段414伸入第二煤层40中。

进一步地，如图1所示，每个分水平井41与对应的分直井32位于同一放射线上。

具体为，每条放射线从主直井31朝向各分水平井41延伸，每个分水平井41对应的分直井32也位于同一条放射线上。对应的分直井32是指，与分水平井41的倾斜段连通的分直井32。

本实施例中，煤层有两层，煤层还可以有3-5层。当煤层为3层时，主直井31和直井群需要伸入到第三煤层中，分水平井41也分为三级。其他煤层，以此类推。

本实施例中，如图1-2所示，井群还包括主水平井20，主水平井20沿水平方向连通大巷10和主直井31。抽采煤层气时，从大巷10处开始抽采，煤层气从各煤层经过水平井群、直井群、主直井和主水平井汇集到大巷10中，实现快速、高效、大范围抽采。

如图3所示，本发明还提供一种用于上述上下同步抽采煤层气的井群修筑方法，包括以下步骤：

步骤S301:从地面距离大巷设定距离打入主直井31；

根据计算，确定主直井31离大巷10的设定距离，按煤矿煤层气抽排井施工，主直井31钻穿需要连通第一煤层30和第二煤层40，并根据测斜结果计算出井眼位置坐标。

根据钻机的能力，设定距离为800-1500m。

步骤S302:以主直井31为中心在主直井31的第一设定圆周上打入直井群；

步骤S303:以主直井31为中心在主直井31的第二设定圆周上打入水平井群，第二设定圆周的半径大于第一设定圆周的半径；

根据地面条件及煤矿地质情况，按区域煤层气抽采影响直径，在煤矿煤层走向及上倾方向，以矿层走向穿过主直井31需要连通的煤层位置坐标为水平线，第一设定圆周和第二设定圆周上平均选取多口直井群及水平井群的井口。

第一设定圆周和第二设定圆周的圆弧长度和井口的个数，根据煤层的渗透性进行合理的分散布局，如果渗透性较好，则圆弧较长、井口的个数较少；如果渗透性较差，则圆弧较短、井口的个数较多。

直井群均钻穿需要连通的第一煤层30和第二煤层40，水平井群施工均首先定向造斜到第二煤层40，然后水平段沿第二煤层40的矿层方向延伸。然后，再抽回钻具，定向造斜到第一煤层30，水平段沿第一煤层30矿层方向延伸。

具体为，主直井31在每层煤层中的部分为第一对接连通腔体(311、312)，直井群在每层煤层中的部分为第二对接连通腔体(321、322)；

倾斜段左右偏离第二对接连通腔体的中心0.3m；

水平段左右偏离第二对接连通腔体的中心0.3m，并沿水平方向延伸到左右偏离第一对接连通腔体的中心0.3m的地方，自煤层顶板下在煤层区沿煤层厚度1/3处进行水平钻进。

这里的“左右偏离”是指沿图2中第一对接连通腔体和第二对接连通腔体的左右方向偏离一定距离。由于第一对接连通腔体和第二对接连通腔体的直径通常为0.2m，左右偏离第一对接连通腔体和第二对接连通腔体的中心0.3m时，水平井群的边缘与第一对接连通腔体和第二对接连通腔体的边缘之间还有0.1m的距离，水平井群此时与主直井和直井群还没有连通。

如图2所示，第二级倾斜段414首先倾斜向下伸入到向右偏离第二对接连通腔体322的中心0.3m处，然后第二级水平段412从向左偏离第二对接连通腔体322的中心0.3m处开始，沿水平方向延伸到向右偏离第一对接连通腔体312的中心0.3m处，下入筛管完井。

然后，抽回钻具，再从地面定向造斜钻出第一级倾斜段413，第一级倾斜段413倾斜向下伸入到向右偏离第二对接连通腔体321的中心0.3m处，然后第一级水平段411从向左偏离第二对接连通腔体321的中心0.3m处开始，沿水平方向延伸到向右偏离第一对接连通腔体311的中心0.3m处，下入筛管完井。完成了一组分水平井41的修筑。

步骤S304:从大巷10沿水平方向向主直井31打出主水平井20。

具体为，在大巷10内沿第一煤层30开掘工作面钻一定长度主水平井20，控制水平钻进，使大巷10内的主水平井20的水平井眼轨迹211向左偏离主直井31的第一对接连通腔体311的中心0.3m，下入筛管，安装井口与巷道内排采管线连接，完井。

其中，水平井群与主水平井20的施工顺序可以互换，且水平井群中各分水平井41的施工无先后顺序。

较佳地，再在地面已完成的主直井31和分直井32安装钻机，下入直径0.6m扩孔钻头，分别对主直井31的第一对接连通腔体312、第一对接连通腔体311和分直井32的第二对接连通腔体322、第二对接连通腔体321进行扩孔；从而使大巷10内的主水平井20与主直井31、直井群、水平井群在第一煤层30连通；以此类推，从而完成所有地面直井群和水平井群井上下同步抽采多层煤的煤层气的井群修筑方法。

由于主水平井和水平井群的边缘左右偏离第一对接连通腔体和第二对接连通腔体的中心0.3m，通过0.6m的扩孔正好将主水平井和水平井群与第一对接连通腔体和第二对接连通腔体连通，也就实现了主水平井和水平井群与主直井和直井群的连通。

本发明具有以下优点：

1)排采时间明显缩短；

2)充分利用井下原有负压排采；

3)不再需要地面排采管线；

4)节约处理排采水成本；

5)节约地面建设费用；

6)抽采过程节约修井成本；

7)节约地面煤层气管理成本；

8)节约地面煤层气生产监控设备成本；

9)可以减少地面井施工数量，节约地面煤层气生产成本。

最终实现大规模、快速、高效提高煤矿未掘区域的煤层气抽采效果。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种上下同步抽采煤层气的井群，其特征在于，包括主直井、直井群、水平井群及主水平井；

所述主直井沿纵向从地面伸入至少两层煤层；

所述直井群包括多个分直井，多个所述分直井以所述主直井为中心间隔分布在所述主直井的圆周上，所述分直井沿纵向从地面伸入至少两层所述煤层；

所述水平井群的井口距离所述主直井的距离大于所述直井群的井口距离所述主直井的距离，所述水平井群包括多个分水平井，多个所述分水平井以所述主直井为中心呈放射状间隔分布在所述主直井的周围，每个所述分水平井包括相互连通的倾斜段和水平段，倾斜段从地面向下倾斜伸入到所述分直井，所述水平段沿所述煤层连通所述分直井与所述主直井；

所述分水平井包括第一级倾斜段、第二级倾斜段、第一级水平段和第二级水平段；

所述第一级倾斜段从地面倾斜向下伸入到第一煤层中并与所述分直井连通，所述第一级水平段在所述第一煤层中水平延伸并连通所述分直井与所述主直井；

所述第二级倾斜段从地面倾斜向下伸入第二煤层中并与所述分直井连通，所述第二级水平段在所述第二煤层中水平延伸并连通所述分直井与所述主直井；

所述主水平井沿水平方向连通大巷和所述主直井。

2.根据权利要求1所述的上下同步抽采煤层气的井群，其特征在于，所述分水平井对应每层所述煤层又分为至少两级，每级所述水平段对应一层所述煤层。

3.根据权利要求2所述的上下同步抽采煤层气的井群，其特征在于，对应同一所述分直井的至少两级所述分水平井共用一个井口。

4.根据权利要求1所述的上下同步抽采煤层气的井群，其特征在于，每个所述分水平井与对应的所述分直井位于同一放射线上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的上下同步抽采煤层气的井群，其特征在于，所述煤层有2-5层。

6.一种用于权利要求1-5任一项所述的上下同步抽采煤层气的井群的修筑方法，其特征在于，包括以下步骤：

从地面距离所述大巷设定距离打入所述主直井；

以所述主直井为中心在所述主直井的第一设定圆周上打入所述直井群；

以所述主直井为中心在所述主直井的第二设定圆周上打入所述水平井群，所述第二设定圆周的半径大于所述第一设定圆周的半径；

从所述大巷沿水平方向向所述主直井打出所述主水平井。

7.根据权利要求6所述的上下同步抽采煤层气的井群的修筑方法，其特征在于，所述主直井在每层所述煤层中的部分为第一对接连通腔体，所述直井群在每层所述煤层中的部分为第二对接连通腔体；

所述倾斜段左右偏离所述第二对接连通腔体的中心0.3m；

所述水平段左右偏离所述第二对接连通腔体的中心0.3m，并沿水平方向延伸到左右偏离所述第一对接连通腔体的中心0.3m的地方。

8.根据权利要求7所述的上下同步抽采煤层气的井群的修筑方法，其特征在于，所述主水平井左右偏离所述第一对接连通腔体的中心0.3m。

9.根据权利要求8所述的上下同步抽采煤层气的井群的修筑方法，其特征在于，还包括以下步骤：

完成所述主直井、所述直井群、所述水平井群及所述主水平井后，再在所述主直井、所述直井群中下入直径0.6m的扩孔钻头对所述第一对接连通腔体、所述第二对接连通腔体扩孔；

所述主直井、所述直井群、所述水平井群及所述主水平井通过所述第一对接连通腔体、所述第二对接连通腔体的扩孔全部连通。

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