CN108894813B - 井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合的瓦斯消突方法 - Google Patents
井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合的瓦斯消突方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合的瓦斯消突方法，包括：选择待瓦斯消突的区域，布置井下井位，钻井固井；将压裂管线铺设至目标煤层区域，对煤层进行地面压裂，改造目标煤层；在井下钻瓦斯抽放孔，以瓦斯抽放孔和井下压裂过的井建立瓦斯地下快速抽排系统，完成瓦斯的完全抽排。本发明的消突方法通过将井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合，利用井下钻井和地面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，在煤层中形成大的人工裂缝网络体系，连通煤岩原生裂隙与割理，提高煤岩透气性，促进瓦斯解吸，加快运移到井筒排出，降低煤层中的瓦斯含量，具有重要的理论和实际意义。
Description
技术领域
本发明属于低渗、高瓦斯含量的煤矿瓦斯快速治理和消突领域，更具体地，涉及一种井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合的瓦斯消突方法。
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。我国大部分煤层具有高瓦斯、低渗透的特点，且随着煤层开采深度的增加，地应力不断增加，煤层透气性系数随之减少，煤层渗透率进一步降低，从而严重制约了煤层瓦斯的抽采效果，影响了矿井的正常采挖和接替。
煤层高瓦斯、低渗透的特点，需要通过压裂改造，提高煤层的透气性，加快煤层气解吸，增加瓦斯抽采量，释放煤体内部能力，从而达到高瓦斯治理和消突效果。
地面钻井，地面压裂，地面抽采或地面井下联合抽采，受地面影响，地面钻井井场不好确定，并且该技术方法施工成本高，抽采时间比较长，不能满足煤矿生产的需要；井下钻井、井下压裂消突方法，由于受井下空间限制，井下压裂的施工规模和施工排量受限，影响了压裂效果，也不能满足煤矿快速消突的需要。
综上所述，如何在现有研究基础上，将井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合，提供一种瓦斯消突方法，快速高效排出煤层气，促进矿井的正常采挖，提高矿井采挖过程的安全性，具有重要的理论和实际意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合的瓦斯消突方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合的瓦斯消突方法，包括如下步骤：
S1、在待瓦斯消突的区域的井下巷道布置井下井位，钻井固井；
S2、将压裂管线铺设至目标煤层区域，通过所述井下巷道的井下井对煤层进行地面压裂；
S3、在所述井下巷道的井下井钻瓦斯抽放孔，以所述瓦斯抽放孔和井下压裂过的井建立瓦斯地下快速抽排系统，完成瓦斯的完全抽排。
在上述技术方案中，步骤S2中，所述压裂管线铺设在所述井下巷道或从地面到所述目标煤层区域中央采区的钻井内。
优选地，在上述技术方案中，步骤S2中，根据所述目标煤层区域的预测施工压力和压裂管线的摩阻确定所述压裂管线的类型和辅设方式。。
进一步优选地，在上述技术方案中，步骤S2中，所述地面压裂具体为，通过逐层压裂施工，建立瓦斯运移的通道。
具体地，所述压裂方式为笼统压裂、裸眼封隔器分段压裂和水力喷射分段压裂中的一种；
具体地，所述压裂介质为纯氮气、氮气泡沫液体和活性水中的一种。
在上述技术方案中，步骤S3中，所述瓦斯抽放孔包括竖向抽放孔和横向抽放孔，所述竖向抽放孔设置在临近目标煤层的上、下岩石巷道或已开采的采煤巷道向压裂改造的目标煤层上，所述横向抽放孔设置在目标煤层采煤巷道工作面上。
在上述技术方案中，，步骤S1中，所述待瓦斯消突的区域为瓦斯含量不小于8m3/t，且瓦斯压力不小于0.74MPa的煤储层。
在上述技术方案中，步骤S1中，根据所述井下巷道与最大地应力方向的夹角确定所述井下钻井的井口位置和井底位置。
优选地，在上述技术方案中，步骤S2中，所述井下钻井的方式为裸眼完井、筛管完井、套管不固井和套管固井完井中的一种。
在上述技术方案中，步骤S3中，还包括，在瓦斯的完全抽排后，对瓦斯抽排效果的监测与检验。
优选地，在上述技术方案中，步骤S3中，所述监测的指标包括消突过程中瓦斯含量变化及抽采总量，所述检验的指标包括煤层瓦斯含量和压力。
本发明的优点：
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；本发明的瓦斯消突方法通过将井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合，提供一种全新的瓦斯综合治理和消突的技术体系，利用井下钻井和地面压裂，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，在煤层中形成大的人工裂缝网络体系，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，此外，在巷道上合理布置钻孔，沟通压裂过的目标煤层与巷道之间的瓦斯运移高速通道，通过井下巷道进行负压抽采，建立井下钻井、地面压裂、井下负压抽采的快速消突方法，直到煤层瓦斯含量和压力到达安全开采标准以下为止；该方法能快速高效排出煤层气，促进矿井的正常采挖，提高矿井采挖过程的安全性，具有重要的理论和实际意义。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的井下钻井地面压裂井下抽采的瓦斯消突方法的整体结构的剖面图；
图2为本发明实施例所提供的井下钻井地面压裂井下抽采的瓦斯消突方法的整体结构的俯视图；
图3为本发明实施例所提供的煤矿井下钻顺层井地面压裂井下抽采的瓦斯治理整体结构的剖面图；
图4为本发明实施例所提供的煤矿井下钻顺层井地面压裂井下抽采的瓦斯治理整体结构的俯视图；
图中：
井下穿层井1，瓦斯抽排孔2，巷道抽采管线3，岩石巷道或已开采的采煤巷道4，煤层压裂裂缝波及区域5，井下顺层井6，目标煤层采煤巷7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
若未特别指明，本发明实施例中所用的设备、仪表和材料等均可市售获得，若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本发明实施例提供了一种井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合的瓦斯消突方法，如图1-4所示，具体包括如下步骤：
S1、根据煤矿地质资料和煤矿采矿进度要求，选择瓦斯含量不小于8m3/t，且瓦斯压力不小于0.74MPa的煤储层，作为待瓦斯消突的区域，根据煤矿生产要求和井下巷道实际情况布置井下井位，钻井固井。
具体地，所述井下钻井的井口位置和井底位置均由井下巷道与最大地应力方向的夹角决定，且需要综合考虑煤矿开采的需要和生产安全的要求合理布置。
详细地，顺煤层钻井井眼轨迹应平行于采煤巷道布置，其水平段走向平行于采煤巷道，长度不大于采煤巷道长度；穿层钻井通过顶底板岩巷钻进，钻穿煤层1-3m；沿煤层顶板钻井，距煤层3-5m，或沿顶板与煤层交界面钻井，井眼轨迹基本平行煤层，井眼长度小于采煤巷道长度。
具体地，所述井下钻井的方式为裸眼完井、筛管完井、套管不固井和套管固井完井中的一种。
详细地，所述井下钻井的井身结构设计和固井质量要满足压裂的需要。
S2、将压裂管线铺设至目标煤层区域，对煤层进行地面压裂，改造目标煤层。
具体地，在铺设压裂管线时，可以将压裂管线铺设在煤矿的现有采煤巷道中，也可以从地面钻井到目标煤层中央采区后，再将压裂管线铺设在该钻井内。
详细地，所述压裂管线的类型和铺设方式由目标煤层的预测施工压力和压裂管线的摩阻共同决定。
具体地，在地面压裂过程中，根据煤层地质资料和井下钻井类型，优化压裂施工方式。
详细地，所述压裂方式为笼统压裂、裸眼封隔器分段压裂和水力喷射分段压裂中的一种。
详细地，所述压裂介质为纯氮气、氮气泡沫液体和活性水中的一种；如果采用纯氮气作为压裂介质，压裂施工工程中不加砂，如果采用氮气泡沫液体或活性水作为压裂介质，压裂可以加砂，也可以不加砂。
所述地面压裂通过逐层压裂施工，提高煤层透气性，并实现压裂井井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移的通道。
S3、在井下钻瓦斯抽放孔，以瓦斯抽放孔和井下压裂过的井建立瓦斯地下快速抽排系统，完成瓦斯的完全抽排。
具体地，所述瓦斯抽放孔包括竖向抽放孔和横向抽放孔，所述竖向抽放孔设置在临近目标煤层的上、下岩石巷道或已开采的采煤巷道向压裂改造的目标煤层上，所述横向抽放孔设置在目标煤层采煤巷道工作面上。
在煤层中压裂形成的裂缝网络体系通过瓦斯排放钻孔、井下压裂井与巷道连通，建立煤层瓦斯与巷道的快速运移通道，通过负压抽排，加速瓦斯解吸、排出。
此外，在完成瓦斯的完全抽排后，对瓦斯抽排效果进行监测与检验。具体地，所述监测的指标包括消突过程中瓦斯含量变化及抽采总量，所述检验的指标包括煤层瓦斯含量和压力，通过监测检验上述各指标，确定是否到达安全开采标准以下。
本发明实施例的瓦斯消突方法通过将井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合，提供一种全新的瓦斯综合治理和消突的技术体系，利用井下钻井和地面压裂，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，在煤层中形成大的人工裂缝网络体系，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，此外，在巷道上合理布置钻孔，沟通压裂过的目标煤层与巷道之间的瓦斯运移高速通道，通过井下巷道进行负压抽采，建立井下钻井、地面压裂、井下负压抽采的快速消突方法，直到煤层瓦斯含量和压力到达安全开采标准以下为止；该方法能快速高效排出煤层气，促进矿井的正常采挖，提高矿井采挖过程的安全性，具有重要的理论和实际意义。
最后，上文中已经用一般性说明及具体实施方案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 (6)
1.一种井下钻井、地面压裂和井下抽采相结合的瓦斯消突方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在待瓦斯消突的区域的井下巷道布置井下井位，钻井固井；
顺煤层钻井井眼轨迹平行于采煤巷道布置，其水平段走向平行于采煤巷道，长度不大于采煤巷道长度；穿层钻井通过顶底板岩巷钻进，钻穿煤层1-3m；沿煤层顶板钻井，距煤层3-5m，或沿顶板与煤层交界面钻井，井眼轨迹基本平行煤层，井眼长度小于采煤巷道长度；
所述井下钻井的完井方式为裸眼完井、筛管完井、套管不固井和套管固井完井中的一种；
S2、将压裂管线铺设在所述井下巷道或从地面到目标煤层区域的钻井的井筒内，将地面压裂设备、压裂管线和井下井连接，利用地面压裂设备对井下井所穿遇的煤层进行压裂；
S3、在所述井下巷道井下井的压裂区域钻瓦斯抽放孔，所述瓦斯抽放孔包括竖向抽放孔和横向抽放孔，所述竖向抽放孔的孔口设置在临近目标煤层的上、下岩石巷道或在已建的采煤巷道，钻向压裂改造的目标煤层，所述横向抽放孔孔口设置在目标煤层采煤巷道上，钻向压裂改造的目标煤层；
将所述瓦斯抽放孔、井下压裂过的井与煤矿瓦斯抽放系统连通，通过负压抽排，加速瓦斯解吸、排出。
2.根据权利要求1所述的瓦斯消突方法，其特征在于，步骤S2中，根据所述目标煤层区域的预测施工压力和压裂管线的摩阻确定所述压裂管线的类型和辅设方式。
3.根据权利要求1-2任一项所述的瓦斯消突方法，其特征在于，步骤S2中，所述地面压裂具体为，通过逐层逐段压裂施工，建立瓦斯运移的通道；压裂方式为普通压裂、裸眼封隔器分段压裂和水力喷射分段压裂中的一种；所述压裂介质为纯氮气、氮气泡沫液体和活性水中的一种。
4.根据权利要求1所述的瓦斯消突方法，其特征在于，步骤S1中，所述待瓦斯消突的区域为瓦斯含量不小于8m3/t，且瓦斯压力不小于0.74MPa的煤储层。
5.根据权利要求1所述的瓦斯消突方法，其特征在于，步骤S3中，还包括，在瓦斯的抽排后，对瓦斯抽排效果的监测与检验。
6.根据权利要求5所述的瓦斯消突方法，其特征在于，步骤S3中，监测的指标包括消突过程中瓦斯含量指标和抽采总量，检验的指标包括煤层瓦斯含量和压力。
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