CN112796730B - 一种多水平跨采区地面钻井井网布设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多水平跨采区地面钻井井网布设方法，首先从井田第一阶段一采区C1的采区上山煤柱与上部井田边界煤柱交界H1处对应的地面上方位置钻设水平井，同时从第一、第二阶段中间的阶段煤柱与第一阶段一采区C1的采区上山煤柱交界H3处对应的地面上方位置钻设多分支井，水平井与多分支井水平段钻设在中部煤层中，抽采煤层气，待抽采量下降至初始的20%后分别进行液氮增透，多次重复抽采，直至通过水平井抽采管抽采煤层气的量达到3m3/min后停止抽采。通过多分支井向第二阶段重复以上布置，最终形成一个覆盖全井田范围的煤层气抽采地面钻井井网。该方法解决了多水平跨残采区条件下多则几十个残采区以及中部整层弃煤的瓦斯抽采问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种多水平跨采区地面钻井井网布设方法，属于矿区开采技术领域。
背景技术
由于长期高强度开采，我国存在着数量众多的残采区。瓦斯作为一种灾害性气体，破坏性极大。此外，瓦斯气体造成的温室效应约为二氧化碳的25~72倍，残采区瓦斯可以通过封闭性较差的井口甚至地表裂缝扩散到大气中，从而加重温室效应。同时，瓦斯也是一种洁净、优质的能源和化工原料，作为一种清洁能源，可以“变废为宝”，改善我国能源结构，防止瓦斯逸散到大气中增大温室效应。
目前针对老空区瓦斯的抽采主要是针对单一工作面老空区瓦斯的抽采，无法兼顾多个老空区。中国专利CN105971563A公布了一种下部刀柱法开采形成的复合老空区煤层气的抽采方法。上述方法为水平井抽采复合条件下老空区瓦斯做出了重要的探索。然而，上述专利存在仅能实现最多两个残采区间的联合抽采，无法实现整个井田范围内数十个残采区煤层气的低成本高效率的联合抽采。目前国内外尚没有针对整个井田范围内多水平跨残采区条件下多则几十个残采区瓦斯地面抽采钻井井网的布设方法。
事实上，当多层煤间隔一定距离时，由于中间煤层厚度较薄而限于当时开采方式方法及采掘技术无法开采，造成了中间薄煤层与整个井田范围内多达数十个残采区群统筹开发、联合抽采难的问题。亟需从全矿井高度提出最经济、最高效的地面钻井井网布设方法。
发明内容
本发明旨在提供一种多水平跨采区地面钻井井网布设方法，从煤层气资源开发利用最大化、同时考虑成本出发，提出一种多水平老空区协同抽采煤层气的方法，解决了上、下部多个老空区以及中部整层弃煤煤层气的协同抽采的问题。
本发明提供了一种多水平跨采区地面钻井井网布设方法，包括以下步骤：
（1）根据煤矿地质勘探资料，在井田范围内平行走向按一定标高将井田划分为数个阶段，然后在每个阶段内沿走向把每个阶段划分为多个具有独立生产系统的采区，从第一阶段一采区C1的采区上山煤柱与上部井田边界煤柱交界H1处对应的地面上方位置钻设水平井，水平井的第一水平段钻设在中部煤层且延伸至第一、第二阶段中间的阶段煤柱与井田左侧边界煤柱交界H2处；同时从第一、第二阶段中间的阶段煤柱与第一阶段一采区C1的采区上山煤柱交界H3处对应的地面上方位置钻设多分支井，多分支井的主井眼布置洞穴直井，分支井眼布置水平井，第二水平段钻设在中部煤层中且延伸至第一阶段一采区C1、二采区C2中部的采区煤柱与井田上部边界煤柱交界H4处；
①水平井的垂直段距离一采区边界30m，造斜点由矿井的地质条件以及井深和所使用的设备工艺决定，地面端由三通分为抽采管和注氮管，其中水平井抽采管支路一侧设置有抽采管阀门，注氮管支路一侧设置有注氮管阀门；
②多分支井的直井段位于第一、第二阶段之间的阶段煤柱中部，分支井眼布置的水平井造斜点由矿井的地质条件以及井深和所使用的设备工艺决定，地面端由三通分为抽采管和注氮管，抽采管支路一侧设置有抽采管阀门，注氮管支路一侧设置有注氮管阀门；
（2）打开水平井、多分支井地面端的抽采管阀门，通过抽采管同时对上山煤柱两侧的多个采空区进行煤层气抽采，分别记录此时单位时间内水平井、多分支井煤层气的抽采量Q1、Q2；
（3）待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q1的20%时，水平井停止抽采，关闭水平井抽采管阀门；打开水平井注氮管阀门，采用防冻循环泵将制备好的液氮连续循环注入到绝热防冻裂钢管中，通过水平段套筒上的小孔压入至煤岩体中进行致裂，12h之后回收氮气，关闭水平井注氮管阀门；打开水平井抽采管阀门，再次由抽采管进行煤层气抽采，记录此时单位时间内水平井内煤层气的抽采量Q3；
多分支井中，待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q2的20%时，多分支井停止抽采，关闭多分支井抽采管阀门；打开多分支井注氮管阀门，采用防冻循环泵将制备好的液氮连续循环注入到绝热防冻裂钢管中，通过水平段套筒上的小孔压入至煤岩体中进行致裂，12h之后回收氮气，关闭多分支井注氮管阀门；打开多分支井抽采管阀门，再次由抽采管进行煤层气抽采，记录此时单位时间内多分支井内煤层气的抽采量Q4；
（4）待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q3的20%时，水平井停止抽采，关闭水平井抽采管阀门；待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q4的20%时，多分支井停止抽采，关闭多分支井抽采管阀门；
（5）密封水平井的井眼和多分支井的分支井眼，利用定向钻进技术在中部煤层中从水平井垂直段重新选取造斜点，钻设第三水平段连通多分支井的洞穴直井，第三水平段钻设时与水平方向夹角5°~10°且向下倾斜，从多分支井井口下放抽水管；
（6）打开水平井抽采管阀门，通过水平井的抽采管抽采煤层气，通过多分支井的抽水管抽中部煤层的矿井水；
（7）当单位时间煤层气抽采量下降为3m³/min时，关闭水平井抽采管阀门，停止煤层气抽采。
上述方案中，水平井的第一水平段、多分支井的第二水平段钻设在中部煤层且向上、下方投影时水平段斜穿过第一阶段一采区内所有采空区。
上述方案中，多分支井直井段位于第一、第二阶段之间的阶段煤柱中部；水平井的垂直段距离一采区边界30m，造斜点由矿井的地质条件以及井深和所使用的设备工艺决定，水平井第一次选取的造斜点与第二次选取的造斜点相隔90m。
上述方案中，水平井的第一水平段、多分支井的第二水平段停止抽采后需要密封水平井井眼、多分支井的分支井眼，防止对第三水平段进行抽采时煤层气逸散。
上述方案中，水平井、多分支井在第一阶段一采区C1煤层气抽采结束之后，可由多分支井重新布置分支井眼用以向第二阶段三采区C3钻设水平段（与第一阶段的布置关于阶段煤柱对称），第一阶段二采区C2与第二阶段三采区C3可按上述方案重复布置，从而构成一个地面钻井井网用以整个井田范围内的煤层气抽采。
上述方案中，布置该井田范围内不局限于两个阶段、四个采区。可将井田范围内平行走向按一定标高将井田划分为数个阶段， 每个阶段内划分多个采区。
本发明的有益效果：
本发明从抽采整个井田范围内煤层气资源的角度出发，将多水平不同阶段内的所有残采区以及中部整层弃煤考虑在内，提出一种地面钻井井网布设的创新方法。该方法有效解决了整个井田范围内多水平跨残采区条件下多则几十个残采区以及中部整层弃煤的瓦斯抽采问题。通过各采区抽采系统的布置，最终实现覆盖整个井田范围内的地面钻井井网的布设，通过几口井就可以实现全矿井整个残采区（40~60个残采区）以及弃煤层以极小的成本在最短的时间内的煤层气抽采，极大的提高了抽采效率，从全矿井的高度上提出最经济、最高效地地面钻井井网布设方法。
附图说明
图1为本发明实施抽采煤层气的俯视图。
图2为本发明实施下阶段抽采煤层气的工作接续俯视图。
图3为本发明实施煤层气抽采的主视图。
图4为图3的左视图。
图中：1、水平井，2、多分支井，3、抽采管，4、注氮管，5、水平井抽采管阀门，6、水平井注氮管阀门，7、多分支井抽采管阀门，8、多分支井注氮管阀门，9、密封段，10、密封装置，11、中部煤层，12、井田边界煤柱，13、上部采空区，14、下部采空区，15、采区上山煤柱，16、第一水平段，17、第二水平段，18、第三水平段，19、阶段煤柱，20、采区煤柱，21、第一阶段，22、第二阶段，23、第一造斜点，24、第二造斜点。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
结合图1~4，说明本发明多水平跨采区地面钻井井网布设方法的具体实施过程，包括以下步骤：
（1）根据煤矿地质勘探资料，在井田范围内平行走向按一定标高将井田划分为两个阶段，然后在每个阶段内沿走向把每个阶段划分为两个具有独立生产系统的采区，从第一阶段一采区C1的采区上山煤柱 15与上部井田边界煤柱12交界H1处对应的地面上方位置钻设水平井1，水平井的第一水平段16钻设在中部煤层且延伸至第一、第二阶段中间的阶段煤柱19与井田左侧边界煤柱交界H2处；同时从第一、第二阶段中间的阶段煤柱19与第一阶段一采区C1的采区上山煤柱15交界H3处对应的地面上方位置钻设多分支井2，多分支井的主井眼布置洞穴直井，分支井眼布置水平井，第二水平段17钻设在中部煤层中且延伸至第一阶段一采区、二采区中部的采区煤柱20与井田上部边界煤柱交界H4处；
①水平井的垂直段距离一采区边界30m，第一造斜点23距中部煤层上方60m，
②地面端由三通分为抽采管和注氮管，其中水平井1抽采管支路一侧设置有水平井抽采管阀门5，注氮管支路一侧设置有水平井注氮管阀门6；多分支井2抽采管支路一侧设置有多分支井抽采管阀门7，注氮管支路一侧设置有多分支井注氮管阀门8；
（2）打开地面端水平井抽采管阀门5、多分支井抽采管阀门7，通过抽采管同时对采区上山煤柱15两侧的多个采空区进行煤层气抽采，分别记录此时单位时间内水平井1、多分支井2煤层气的抽采量Q1、Q2；
（3）待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q1的20%时，水平井停止抽采，关闭水平井抽采管阀门5；打开水平井注氮管阀门6，采用防冻循环泵将制备好的液氮连续循环注入到绝热防冻裂钢管中，通过第一水平段16套筒上的小孔压入至煤岩体中进行致裂，12h之后回收氮气，关闭水平井注氮管阀门6；打开水平井抽采管阀门5，再次由抽采管进行煤层气抽采，记录此时单位时间内水平井内煤层气的抽采量Q3；
待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q2的20%时，多分支井停止抽采，关闭多分支井抽采管阀门7；打开多分支井注氮管阀门8，采用防冻循环泵将制备好的液氮连续循环注入到绝热防冻裂钢管中，通过第二水平段17套筒上的小孔压入至煤岩体中进行致裂，12h之后回收氮气，关闭多分支井注氮管阀门8；打开多分支井抽采管阀门7，再次由抽采管进行煤层气抽采，记录此时单位时间内多分支井内煤层气的抽采量Q4；
（4）待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q3的20%时，水平井1停止抽采，关闭水平井抽采管阀门5；待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q4的20%时，多分支井2停止抽采，关闭多分支井抽采管阀门7；
（5）密封水平井1的井眼和多分支井2的分支井眼，利用定向钻进技术在中部煤层11中从水平井垂直段重新选取造斜点，第二造斜点24位于水平井垂直段且距第一造斜点上方90m处，钻设第三水平段18连通多分支井的洞穴直井，第三水平段18钻设时下倾5°~10°，从多分支井2井口下放抽水管；
（6）打开水平井抽采管阀门5，通过水平井1的抽采管抽采煤层气，通过多分支井2的抽水管抽中部煤层的矿井水；
（7）当单位时间煤层气抽采量下降为3m³/min时关闭水平井抽采管阀门5，停止煤层气抽采。
Claims (8)
1.一种多水平跨采区地面钻井井网布设方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）根据煤矿地质勘探资料，在井田范围内平行走向按一定标高将井田划分为数个阶段，然后在每个阶段内沿走向把阶段划分为多个具有独立生产系统的采区，从第一阶段一采区C1的采区上山煤柱与上部井田边界煤柱交界H1处对应的地面上方位置钻设水平井，水平井的第一水平段钻设在中部煤层且延伸至第一、第二阶段中间的阶段煤柱与井田左侧边界煤柱交界H2处；同时从第一、第二阶段中间的阶段煤柱与第一阶段一采区C1的采区上山煤柱交界H3处对应的地面上方位置钻设多分支井，多分支井的主井眼布置洞穴直井，分支井眼布置水平井，第二水平段钻设在中部煤层中且延伸至第一阶段一采区C1、二采区C2中部的采区煤柱与井田上部边界煤柱交界H4处；
（2）打开水平井、多分支井地面端的抽采管阀门，通过抽采管同时对上山煤柱两侧的多个采空区进行煤层气抽采，分别记录此时单位时间内水平井、多分支井煤层气的抽采量Q1、Q2；
（3）待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q1的20%时，水平井停止抽采，关闭水平井抽采管阀门；打开水平井注氮管阀门，采用防冻循环泵将制备好的液氮连续循环注入到绝热防冻裂钢管中，通过水平段套筒上的小孔压入至煤岩体中进行致裂，12h之后回收氮气，关闭水平井注氮管阀门；打开水平井抽采管阀门，再次由抽采管进行煤层气抽采，记录此时单位时间内水平井内煤层气的抽采量Q3；
多分支井中，待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q2的20%时，多分支井停止抽采，关闭多分支井抽采管阀门；打开多分支井注氮管阀门，采用防冻循环泵将制备好的液氮连续循环注入到绝热防冻裂钢管中，通过水平段套筒上的小孔压入至煤岩体中进行致裂，12h之后回收氮气，关闭多分支井注氮管阀门；打开多分支井抽采管阀门，再次由抽采管进行煤层气抽采，记录此时单位时间内多分支井内煤层气的抽采量Q4；
（4）待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q3的20%时，水平井停止抽采，关闭水平井抽采管阀门；待单位时间内煤层气的抽采量下降至Q4的20%时，多分支井停止抽采，关闭多分支井抽采管阀门；
（5）密封水平井的井眼和多分支井的分支井眼，利用定向钻进技术在中部煤层中从水平井垂直段重新选取造斜点，钻设第三水平段连通多分支井的洞穴直井，第三水平段钻设时与水平方向成夹角5°~10°且向下倾斜，从多分支井井口下放抽水管；
（6）打开水平井抽采管阀门，通过水平井的抽采管抽采煤层气，通过多分支井的抽水管抽中部煤层的矿井水；
（7）当单位时间煤层气抽采量下降为3m³/min时，关闭水平井抽采管阀门，停止煤层气抽采。
2.根据权利要求1所述的多水平跨采区地面钻井井网布设方法，其特征在于：水平井的垂直段距离一采区边界30m，造斜点由矿井的地质条件以及井深和所使用的设备工艺决定，地面端由三通分为抽采管和注氮管，其中水平井抽采管支路一侧设置有抽采管阀门，注氮管支路一侧设置有注氮管阀门。
3.根据权利要求1所述的多水平跨采区地面钻井井网布设方法，其特征在于：多分支井的直井段位于第一、第二阶段之间的阶段煤柱中部，分支井眼布置的水平井造斜点由矿井的地质条件以及井深和所使用的设备工艺决定，地面端由三通分为抽采管和注氮管，抽采管支路一侧设置有抽采管阀门，注氮管支路一侧设置有注氮管阀门。
4.根据权利要求1所述的多水平跨采区地面钻井井网布设方法，其特征在于：水平井的第一水平段、多分支井的第二水平段钻设在中部煤层且向上、下方投影时水平段斜穿过第一阶段一采区内所有采空区。
5.根据权利要求1所述的多水平跨采区地面钻井井网布设方法，其特征在于：多分支井直井段位于第一、第二阶段之间的阶段煤柱中部。
6.根据权利要求1所述的多水平跨采区地面钻井井网布设方法，其特征在于：水平井第一次选取的造斜点与第二次选取的造斜点相隔90m。
7.根据权利要求1所述的多水平跨采区地面钻井井网布设方法，其特征在于：水平井的第一水平段、多分支井的第二水平段停止抽采后需要密封水平井井眼、多分支井的分支井眼，防止对第三水平段进行抽采时煤层气逸散。
8.根据权利要求1所述的多水平跨采区地面钻井井网布设方法，其特征在于：水平井、多分支井在第一阶段一采区C1煤层气抽采结束之后，由多分支井重新布置分支井眼用以向第二阶段三采区C3钻设水平段，第一阶段二采区C2与第二阶段三采区C3可按上述方案重复布置，从而构成一个地面钻井井网用以整个井田范围内的煤层气抽采。
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