CN110541727A - 一种煤层瓦斯地面治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤层瓦斯地面治理方法，以解决煤层瓦斯治理措施欠缺，以及水平井开采效率低的问题。该煤层瓦斯地面治理方法包括以下步骤：对备采的井田范围进行勘探，预设矿井开采时大巷、采煤工作面以及采煤工作面两侧巷道的布局路线；沿所述大巷、两侧巷道的布局路线设定水平井的井眼轨道；在所述两侧巷道之间的采煤工作面内，设定丛式水平井的井眼轨道；按照所述水平井的井眼轨道、所述丛式水平井的井眼轨道分别钻水平井、丛式水平井，井壁不稳定时用泥浆对井壁加强，成井后，分别对水平井、丛式水平井的水平段实施冲击波的作业；完成水平井、丛式水平井所有水平段的冲击波作业后，将水平井、丛式水平井投入排采。

Description

一种煤层瓦斯地面治理方法

技术领域

本发明属于能源开采领域，具体涉及一种煤层瓦斯地面治理方法。

背景技术

我国煤炭资源十分丰富，煤储量达1万亿吨以上，是世界最大的煤炭生产国和消费国，煤炭中的煤层气是一种高热、洁净、方便的新型能源。2015 年国土资源部组织的“煤层气资源动态评价”显示煤层气总资源量约为30万亿方，可采资源量约为12.5万亿方，在世界煤层气资源量中排名第三，约占全球资源储量的11.2％-13.7％。

但是，大约三分之一的煤炭(产量约10亿吨以上)产自高瓦斯和高瓦斯突出矿井，煤炭产生的瓦斯(煤层气)灾害是我国煤矿伤亡、损失最大以及发生最频繁的重大恶性事故，严重威胁着矿井的安全生产。煤层气还是造成温室效应、破坏臭氧层等大气环境污染之源，其温室效应是等体积二氧化碳的20～24倍，对大气臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。

煤矿瓦斯治理方案通常依靠煤矿井设置的抽风系统将瓦斯抽采，但瓦斯抽采总体效果不佳，抽采率低，存在部分瓦斯不能及时抽采的问题，不仅不利于煤矿安全生产，同时造成了瓦斯资源的浪费。

我国煤层气开采长期得不到快速有效发展的主要问题为：一是缺乏煤层增透的适用技术。二是是煤层气储层以松软煤层居多，采用清水钻水平井容易出现塌孔的问题；采用泥浆钻井时通过泥浆可将孔壁支撑，保证了成井，但同时泥浆会将孔壁堵塞，形成空井。

发明内容

本发明的目的是针对煤层瓦斯治理措施欠佳，水平井存在塌孔或空井的问题，而提供了一种煤层瓦斯地面治理方法，形成在地面治理煤矿瓦斯的方法，同时提高煤层气的产量。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种煤层瓦斯地面治理方法，其特殊之处在于，包括以下步骤；

S1，对备采的井田范围进行勘探，预设矿井开采时大巷、采煤工作面以及采煤工作面两侧巷道的布局路线；

S2，沿所述大巷、两侧巷道的布局路线设定水平井的井眼轨道；

S3，在所述两侧巷道之间的采煤工作面内，设定丛式水平井的井眼轨道；

S4，按照所述水平井的井眼轨道、所述丛式水平井的井眼轨道分别钻水平井、丛式水平井，井壁不稳定时用泥浆对井壁加强，成井后，分别对水平井、丛式水平井的水平段实施冲击波的作业；

S5，完成水平井、丛式水平井所有水平段的冲击波作业后，将水平井、丛式水平井投入排采。

优选的，所述可控冲击波装备产生的冲击波峰值压力小80MPa。

优选的，上述冲击波作业具体包括；

1，将筛管下入所述水平段；

2，根据所述水平段煤层的物理力学性质、参数和断层情况，将所述水平段分为若干个待作业煤层区段，并确定可控冲击波装备的作业方案；

3，将可控冲击波装备送进所述水平段最深的待作业煤层区段，此时可控冲击波装备位于筛管内；

4，按照所述作业方案并以逐层上返的方式对待作业煤层区段实施冲击波作业；

5，完成所有煤层区段的冲击波作业后，起出可控冲击波装备。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的一种煤层瓦斯地面治理方法，在煤炭开采之前对备采的井田进行煤层气水平井的布置，通过水平井可将煤矿中的煤层气(瓦斯)从地面进行抽采，沿采煤工作面布置丛式水平井，丛式水平井在冲击波作业后可在采煤工作面内形成缝网，进而保证采煤工作面内的煤层气全部都能得以抽采，本发明设置的多口煤层气水平井、丛式水平井在瓦斯抽采完毕后再采煤，解决了煤矿瓦斯治理问题，保障了煤矿的生产安全，同时也避免了瓦斯资源的浪费。

2.本发明采用的强度可控的可控冲击波装备，增透效果好，通过筛管对井壁的支撑，不会出现塌孔的问题，强度可控的冲击波首先解除钻井泥浆对井壁的堵塞，然后对煤层起增透作用，在煤层中创造新的裂缝，多口煤层气水平井、丛式水平井周边形成的裂缝构成缝网，打通了煤层的解吸、渗流能力，该方式较普通水平井的开采方式效率更高，水平井、丛式水平井的布置方式也更有利于将煤层气全部都能得以抽采。

3.沿预设大巷、两侧巷道的布局路线钻通的水平井，掩护了大巷、两侧巷道的掘进，沿工作面推进方向布置的水平井、丛式水平井解决采煤工作面内瓦斯抽采问题，同时进一步提高了煤矿开采时的安全性。

4.丛式水平井与水平井相比较，大大减少了钻井成本，并能满足煤矿煤层气的整体开发要求；丛式水平井可加快煤层气开发速度，节约钻井成本，且便于完井后煤层气的集中管理，减少集输流程，节省了人力、物力的成本。

附图说明

图1为水平井在采煤工作面的布置图；

图2为丛式水平井在采煤工作面的布置图；

图3可控冲击波装备的波形图；

图4为水平井实施冲击波作业的截面图；

图5本发明煤层瓦斯地面治理方法的流程图。

附图标记如下：

1-煤层，2-筛管，3-采煤工作面，4-大巷，5-水平井，6-可控冲击波装备， 7-井口，8-井口装置，9-两侧巷道，10-丛式水平井。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：

一种煤层瓦斯地面治理方法，如图1至图5所示，包括以下步骤：

S1，对备采的井田范围进行勘探，预设矿井开采时大巷4、采煤工作面3 以及采煤工作面3两侧巷道9的布局路线；

如图1所示，按照备采的井田煤矿区域地形特点、煤矿的各项属性参数，设定煤炭开采时的采煤工作面3区域，以及采煤工作面3两侧巷道9、大巷4 的布局路线。

S2，沿所述大巷4、两侧巷道9的布局路线设定水平井5的井眼轨道；

设定水平井5水平段的井眼轨道以及井口位置，井眼轨道位于设定的采煤工作面3两侧巷道9、大巷4的布局路线上，沿预设两侧巷道9、大巷4的布局路线钻通的水平井5，可以掩护两侧巷道9、大巷4的掘进。

S3，在所述两侧巷道4之间的采煤工作面3内，设定丛式水平井10的井眼轨道；

如图2所示，煤矿的工作面为位于两侧巷道9之间，在两侧巷道9之间即水平井5之间设定丛式水平井10的井眼轨道；

丛式水平井10是指在一个采煤工作面3上，钻出若干口甚至数十口井，各井的井口相距不到数米，各井井底则伸向不同方位，还可在一个井口钻延伸方向不同的水平段。丛式水平井10可大大减少钻井成本，并能满足煤矿煤层气的整体开发要求，丛式水平井10可同时加快煤层气开发速度。

沿工作面推进方向布置的丛式水平井10解决了采煤工作面3内瓦斯抽采的问题，进一步提高了煤矿开采时的安全性。

S4，根据煤矿的煤层1物理力学性质、参数和断层情况，确定步骤S3中设定的水平井5井口位置和丛式水平井10井口7位置。

S5，通过设定的水平井5井眼轨道和对应的水平井5井口7位置，分别钻水平井5，在钻井的过程中，井壁不稳定时用泥浆对井壁加强。

通过设定的丛式水平井10井眼轨道和对应的丛式水平井10井口位置，分别钻丛式水平井10，在钻井的过程中，井壁不稳定时用泥浆对井壁加强。

S6，成井后，分别对所述水平井5、丛式水平井10的水平段实施冲击波作业。

水平井5、丛式水平井10在冲击波作业后可在采煤工作面3内形成缝网，进而保证采煤工作面3内的煤层气全部都能得以抽采，在瓦斯抽采完毕后再采煤，解决了煤矿瓦斯治理问题。

所述冲击波作业具体以下步骤包括：

1，下入筛管2以将水平井5、丛式水平井10井壁支撑。

2，根据水平井5、丛式水平井10水平段的煤层1的物理力学性质、参数和断层情况，将水平段分为若干个待作业煤层区段，并确定可控冲击波装备6 的作业方案；可控冲击波装备6的作业方案包括：作业强度、作业位置，以及每个位置的冲击次数；

本实施例的可控冲击波装备6所输出的冲击波波形图如图2所示。采用峰值压力小于80MPa的可控冲击波，增透效果好，且适用于松软的煤层1。

3，将井口装置8、油管及其控制管线安装到位后，并对其各部件、各联接部分，按其额定工作压力进行试压，确保井口装置8、油管能够正常工作。

4，将可控冲击波装备6送进水平段最深的待作业煤层区段，此时可控冲击波装备6位于筛管2内；

5，按照所述作业方案并以逐层上返的方式对待作业煤层区段实施冲击波作业；

可控冲击波装备6位于筛管2内，其冲击波输出窗口对准最深的作业点，冲击波首先解除钻井泥浆对井壁的堵塞作用，并创造裂缝，沟通煤层1与井筒；冲击波在解除泥浆堵塞时，损失部分能量，剩余能量仅对煤层1起增透作用，不足以伤害煤层1，也不会发生塌孔的问题；

完成上一煤层区段的冲击波作业后，通过油管上提可控冲击波装备6井下工具串，使可控冲击波装备6位于相邻的待改造煤层区段，并进行冲击波作业。

6，完成所有煤层区段的冲击波作业后，起出可控冲击波装备6井下工具串，拆卸井口装置8，并依次拆除各工具，收工具。

S7，完成水平井5、丛式水平井10所有水平段的冲击波作业后，按要求下生产管柱完井，将水平井5、丛式水平井10投入排采。

水平井5、丛式水平井10后期的煤层气产量较低时，可通过可控冲击波装备6对煤层1进行多次冲击，冲击波可作用到煤层1深部，提高煤层1的解吸、渗流能力，抑制煤层1的再吸附能力，进而提高了煤层1气井的产量和产能，使得水平井5、丛式水平井10煤层气得以充分的抽采。

煤层气抽采完毕后，即可进入煤炭开采的阶段，这一阶段，瓦斯已经全部抽采完毕，不需要设置抽风系统等其他抽采措施，该煤层1瓦斯地面治理方法通过水平井5、丛式水平井10在瓦斯抽采完毕后再采煤，解决了煤矿瓦斯治理问题，保障了煤矿的生产安全，避免了瓦斯资源的浪费，同时开采煤层气的效率也得到了大大的提升。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种煤层瓦斯地面治理方法，其特征在于：包括以下步骤；

S1，对备采的井田范围进行勘探，预设矿井开采时大巷（4）、采煤工作面（3）以及采煤工作面（3）两侧巷道（9）的布局路线；

S2，沿所述大巷（4）、两侧巷道（9）的布局路线设定水平井（5）的井眼轨道；

S3，在所述两侧巷道（4）之间的采煤工作面（3）内，设定丛式水平井（10）的井眼轨道；

S4，按照所述水平井（5）的井眼轨道、所述丛式水平井（10）的井眼轨道分别钻水平井（5）、丛式水平井（10），井壁不稳定时用泥浆对井壁加强，成井后，分别对水平井（5）、丛式水平井（10）的水平段实施冲击波作业；

S5，完成水平井（5）、丛式水平井（10）所有水平段的冲击波作业后，将水平井（5）、丛式水平井（10）投入排采。

2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯地面治理方法，其特征在于：其特征在于：所述可控冲击波装备（6）产生的冲击波峰值压力小80MPa。

3.根据权利要求2所述的一种煤层瓦斯地面治理方法，其特征在于：其特征在于：所述冲击波作业具体包括；

1，将筛管（2）下入所述水平段；

2，根据所述水平段煤层（1）的物理力学性质、参数和断层情况，将所述水平段分为若干个待作业煤层区段，并确定可控冲击波装备（6）的作业方案；

3，将可控冲击波装备（6）送进所述水平段最深的待作业煤层区段，此时可控冲击波装备（6）位于筛管（2）内；

4，按照所述作业方案并以逐层上返的方式对待作业煤层区段实施冲击波作业；

5，完成所有煤层区段的冲击波作业后，起出可控冲击波装备（6）。