CN107905832A - 一种氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法，包括如下步骤：1)选择待消突的区域；2)根据采煤巷道与地应力方向的夹角布置消突井位，进行钻井；3)钻完井后，对煤层进行压裂，并对煤层中的部分瓦斯进行地面抽采；4)建立瓦斯地下快速抽排通道，完成瓦斯的完全抽排。本发明的消突方法通过压裂引起煤层地应力重新构建，破坏局部应力集中，降低地层有效应力，使地层压力均一化；建立人工裂隙体系，连通煤岩原生裂隙与割理，提高煤岩的透气性，促进瓦斯气体解吸，在巷道上合理布置钻孔，沟通目标煤层与巷道之间的瓦斯运移高速通道，通过巷道进行负压抽排，是一种有效的消突方法。
Description
技术领域
本发明属于低渗、高瓦斯含量的煤矿快速消突领域，涉及煤矿氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法。
背景技术
煤层气(瓦斯)是主要以吸附形态赋存于煤岩中的矿产资源，通过降压解吸从煤岩中脱离出来。中国西南地区煤储层大部分具有高瓦斯、低渗透、低含水的特点。煤层高瓦斯、低渗透的特点，需要通过储层改造，增加煤层的透气性，加快煤层气解吸；在煤层气开采中通常采用水力压裂进行储层改造，低含水的特点使得压入储层的液体在煤岩裂隙中无法完全排出，形成水锁效应；并且液体长期滞留于煤岩中引起粘土膨胀，反而堵塞渗流通道，严重影响煤层气降压解吸。煤层气无法快速排出，影响煤矿开采进度，同时给开采工作带来巨大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法，包括如下步骤：
1)选择待消突的区域；
2)根据巷道与地应力方向的夹角布置消突井位，进行钻井；
3)钻完井后，对煤层进行压裂，并通过井筒对煤层中的部分瓦斯进行地面抽采；
4)建立巷道与煤层间的瓦斯地下快速抽排通道，完成瓦斯的完全抽排。
优选的，所述步骤2)中消突井位的具体确定方法为：在地表情况允许的情况下，在靠近巷道的位置，沿最小地应力方向布置井位。在打井的过程中，优选选择沿最小地应力的方向进行布井，但是若已有巷道，考虑到井需要与巷道方便连通，应尽量在满足地应力的情况下，使井与巷道的位置近一些；另外，若最小地应力的表面有山等不方便施工的地形，需要尽量满足地应力的情况下避开上述不易施工地形。
优选的，所述钻井的过程中设置消突直井或消突水平井；
所述消突直井垂直于地层进行打井，多个消突直井的目的层靶点连线平行于所述采煤巷道；
所述消突水平井具有平行于地层的水平段，所述水平段的走向平行于采煤巷道且其长度不大于采煤巷道。
通过上述的设置，可更方便井与巷道之间建立相连通的通道，更有利于打井过程中形成的缝隙与巷道相连通。
优选的，所述钻完井方式可以为裸眼法或套管固井射孔法。研究发现，其他完井方式如套管不固井，不适用于本发明的工艺技术。
优选的，所述压裂具体为，采用裸眼封隔器或套管封隔器进行分层，在选定的煤层内采用氮气作为压裂介质逐层进行压裂施工，实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移的通道。研究发现，氮气在煤层中的渗透性比活性水更大。采用氮气作为压裂介质，可以增大压裂波及范围，更易形成与巷道沟通的裂缝。
优选的，所述地面抽采具体为设计压后放喷及抽采制度，安装排采设备，进行地面瓦斯抽采。
优选的，所述步骤4)具体为，在临近目标煤层的上、下岩石巷道或已开采的采煤巷道向目标煤层布置竖向钻孔；并在目标煤层采煤巷道工作面布置水平钻孔；所述压裂裂缝通过钻孔与巷道连通。煤层裂缝体系通过钻孔与巷道连通，建立煤层瓦斯与巷道的快速运移通道，通过负压抽排，可加速瓦斯解吸、排出。
优选的，监测指标包括消突过程中煤层瓦斯含量变化及抽采总量，检验指标包括煤层瓦斯含量和压力。检验煤层瓦斯含量和压力是的目的是测试其是否到达安全开采标准以下。
优选的，本发明的方法包括如下步骤：
1)根据煤矿地质资料，选择瓦斯含量不小于8m3/t，瓦斯压力不小于0.74MPa的煤储层作为待消突的区域；
2)在地表情况允许的情况下，在靠近巷道的位置，沿最小地应力方向布置井位，进行钻井，所述钻井的过程中设置消突直井或消突水平井；所述消突直井垂直于地层进行打井，多个消突直井的目的层靶点连线平行于所述采煤巷道；所述消突水平井具有平行于地层的水平段，所述水平段的走向平行于采煤巷道且其长度不大于采煤巷道；
3)采用裸眼法或套管固井射孔法钻完井后，对煤层进行压裂，所述压裂具体为，采用裸眼封隔器或套管封隔器进行分层，在选定的煤层内采用氮气作为压裂介质逐层进行压裂施工，实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移的通道，通过井对煤层中的部分瓦斯进行地面抽采；
4)在临近目标煤层的上、下岩石巷道或已开采的采煤巷道向目标煤层布置竖向钻孔；并在目标煤层采煤巷道工作面布置水平钻孔，所述压裂裂缝通过钻孔与巷道连通，通过负压完成瓦斯的完全抽采；
5)抽采完成后需对抽采效果进行监测指标和检验，监测指标包括消突过程中煤层瓦斯含量变化及抽采总量，检验指标包括煤层瓦斯含量和压力，以确保瓦斯抽合格；若不符合标准，继续进行抽排。
本发明的方法具有如下有益效果：
煤矿瓦斯突出事故主要由煤层瓦斯压力过高和煤层地应力集中引起。常规消突方法为在巷道上钻孔，通过巷道进行负压抽排。但是对于那些封闭在煤层中的难于排出的瓦斯，仅采用巷道打孔的方式往往难于排出。本发明的消突方法通过压裂引起煤层地应力重新构建，破坏局部应力集中，降低地层有效应力，使地层压力均一化；建立人工裂隙体系，连通煤岩原生裂隙与割理，提高煤岩的透气性，促进瓦斯气体解吸，并加快运移到井筒排出，降低煤层中的瓦斯含量。然后，在巷道上合理布置钻孔，沟通目标煤层与巷道之间的瓦斯运移高速通道，通过巷道进行负压抽排。建立地面与地下相结合的快速消突方法，直到煤层瓦斯含量和压力到达安全开采标准以下为止。
附图说明
图1为煤矿氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法整体结，其中图1a为剖面图，图1b为俯视图；
图2为采煤巷道瓦斯抽排整体结构图；
图中1.消突井；2.竖向抽排孔；3.岩石巷道或已开采的采煤巷道；4.目标煤层；5.煤层压裂裂缝波及区域。6.目标煤层采煤巷道；7.巷道抽排管道；8.采煤巷道抽排孔。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种地面抽采与地下巷道负压抽排相结合的煤层消突方法，依次包括以下步(参见图1和图2)：
(1)根据4-目标煤层地质资料，选择瓦斯含量不小于8m3/t，瓦斯压力不小于0.74MPa的煤储层。
(2)根据4-目标煤层的3-岩石巷道或已开采的采煤巷道与煤层地应力方向的夹角布置1-消突井井位；若布置消突直井井组，则平行于3-岩石巷道布置；若布置消突水平井，其水平段走向平行于采煤巷道，且其长度不大于6-采煤巷道。
(3)根据煤层地质资料，设计井身结构，完井方式为裸眼完井或套管固井射孔完井。采用裸眼封隔器或套管封隔器进行分层(段)，在选定的煤层内逐层(段)进行压裂施工；采用氮气作为压裂介质，不加砂压裂，井筒与5-煤层压裂裂缝波及区域沟通，建立瓦斯运移的通道；设计压后放喷及抽采制度，安装排采设备，进行地面瓦斯抽采。
(4)设计瓦斯地下快速抽排通道：在临近目标煤层上、下3-岩石巷道或已开采的采煤巷道向煤层布置2-竖向抽排孔，及在6-目标煤层采煤巷道布置8-采煤巷道抽排孔，煤层裂缝体系通过钻孔与7-巷道抽排管道连通，建立煤层瓦斯的快速运移通道，通过负压抽排，加速瓦斯解吸、排出。
(5)消突效果监测与检验。主要监测指标包括消突过程中，煤层瓦斯含量变化及抽采总量。检验煤层瓦斯含量和压力是否到达安全开采标准以下。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选择待消突的区域；
2)根据巷道与地应力方向的夹角布置消突井位，进行钻井；
3)钻完井后，对煤层进行压裂，并通过井筒对煤层中的部分瓦斯进行地面抽采；
4)建立巷道与煤层间的瓦斯地下快速抽排通道，完成瓦斯的完全抽排。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待消突的区域为瓦斯含量不小于8m3/t，瓦斯压力不小于0.74MPa的煤储层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中消突井位的具体确定方法为：在地表情况允许的情况下，在靠近巷道的位置，沿最小地应力方向布置井位。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述钻井的过程中设置消突直井或消突水平井；
所述消突直井垂直于地层进行打井，多个消突直井的目的层靶点连线平行于所述巷道；
所述消突水平井具有平行于地层的水平段，所述水平段的走向平行于巷道且其长度不大于巷道。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钻完井方式为裸眼法或套管固井射孔法。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述压裂具体为，采用裸眼封隔器或套管封隔器进行分层，在选定的煤层内采用氮气作为压裂介质逐层进行压裂施工，实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移的通道。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述地面抽采具体为，设计压后放喷及抽采制度，设置排采设备，进行地面瓦斯抽采。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述步骤4)具体为，在临近目标煤层的上、下岩石巷道或已开采的采煤巷道向目标煤层布置竖向钻孔；并在目标煤层采煤巷道工作面布置水平钻孔；所述压裂裂缝通过钻孔与巷道连通。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，抽采完成后需对抽采效果进行监测指标和检验，监测指标包括消突过程中煤层瓦斯含量变化及抽采总量，检验指标包括煤层瓦斯含量和压力。
10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据煤矿地质资料，选择瓦斯含量不小于8m3/t，瓦斯压力不小于0.74MPa的煤储层作为待消突的区域；
2)在地表情况允许的情况下，在靠近巷道的位置，沿最小地应力方向布置井位，进行钻井，所述钻井的过程中设置消突直井或消突水平井；所述消突直井垂直于地层进行打井，多个消突直井的目的层靶点连线平行于所述采煤巷道；所述消突水平井具有平行于地层的水平段，所述水平段的走向平行于采煤巷道且其长度不大于采煤巷道；
3)采用裸眼法或套管固井射孔法钻完井后，对煤层进行压裂，所述压裂具体为，采用裸眼封隔器或套管封隔器进行分层，在选定的煤层内采用氮气作为压裂介质逐层进行压裂施工，实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移的通道，通过井对煤层中的部分瓦斯进行地面抽采；
4)在临近目标煤层的上、下岩石巷道或已开采的采煤巷道向目标煤层布置竖向钻孔；并在目标煤层采煤巷道工作面布置水平钻孔，所述压裂裂缝通过钻孔与巷道连通，通过负压完成瓦斯的完全抽采；
5)抽采完成后需对抽采效果进行监测指标和检验，监测指标包括消突过程中煤层瓦斯含量变化及抽采总量，检验指标包括煤层瓦斯含量和压力，以确保瓦斯抽合格；若不符合标准，继续进行抽排。
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