CN207048740U - 一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤矿采空区瓦斯地面抽采技术领域，具体一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构。解决了同时排出采空区积水和抽采采空区瓦斯的技术问题，包括井深结构部分和设备部分，其中井深结构部分包括设置在最上层的一开套管，一开套管底部连接二开套管，二开套管设置在含水层的深度位置，二开套管底部连接三开筛管，三开筛管设置在采空区及裂隙带的深度位置，三开筛管的底部设置在井底位置；设备部分包括设置在一开套管、二开套管以及三开筛管内的油管，油管顶部设有出水口，油管下部设有排水泵，油管底部设有吸水口，一开套管顶部为井口，井口位置处设有油管悬挂及密封装置，瓦斯抽采泵与井口连通。本实用新型节约钻井和运行维护成本。

Description

一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构

技术领域

本实用新型属于煤矿采空区瓦斯地面抽采技术领域，具体是一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构。

背景技术

煤矿瓦斯主要成分是CH₄（甲烷），是一种与煤炭伴生的清洁、高效能源。在采煤后形成的采空区中，仍然赋存有大量的瓦斯，可供继续抽采利用。由于CH₄（甲烷）密度低于空气，通常优先积聚在顶板裂隙带内及采空区上部，通过地面钻井方式抽采相比井下抽采，具有抽采浓度高、利用简便、成本低等优势，是一个具有广阔发展前景的新兴领域。英国、德国、美国已形成了相关产业，而我国尚处于起步和探索阶段，煤与煤层气共采国家重点实验室正在开发相关技术。

采空区内瓦斯主要以游离态和吸附态存在，赋存于采空区内裂隙空间和残留煤炭中，储层压力很低，仅为kPa级。CH₄（甲烷）在浓度和压力梯度驱动下从残煤中自然解吸，是采空区游离态瓦斯补给的主要途径。采空区内残煤一旦被积水淹没，其自然解吸过程将极大削弱直至停止，导致瓦斯抽采井产量迅速下降直至不产气。因此，必须排出采空区内积水，才能实现连续、稳定产气。以往需要在矿井不同位置分别施工单独的排水井和瓦斯抽采井，钻井投资和后期运行维护成本较高。

发明内容

本发明为了解决同时排出采空区积水和抽采采空区瓦斯的技术问题，提供了一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构。

本实用采取以下技术方案：一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构，包括井深结构部分和设备部分，其中井深结构部分包括设置在最上层的一开套管，一开套管底部连接二开套管，二开套管设置在含水层的深度位置，二开套管底部连接三开筛管，三开筛管设置在采空区及裂隙带的深度位置，三开筛管的底部设置在井底位置；设备部分包括设置在一开套管、二开套管以及三开筛管内的油管，油管顶部设有出水口，油管下部设有排水泵，油管底部设有吸水口，一开套管顶部为井口，井口位置处设有油管悬挂及密封装置，瓦斯抽采泵与井口连通。

一开套管的直径大于二开套管的直径。二开套管的直径大于三开筛管的直径。

采用三开钻井工艺：一开钻至地表松散层下的稳固基岩层后下入套管固井；二开钻遇采空区上方裂隙后立即止钻，判断标准是钻井循环介质（钻井液或压缩空气）漏失止钻，然后下入井内窥视仪查明裂隙带上方含水层的数量、深度，随后从二开孔底向上依次填入0.5m长木塞、黄沙封堵，黄沙填入的深度直至最下面一层含水层下方1m处，形成人工井底，然后从人工井底直至地表下入二开套管固井，达到封固全部含水层的目的；三开钻透二开底部黄沙、木塞后继续向采空区钻井，依次钻穿裂隙带、冒落带、采空区空间，直至煤层底板以下15m完钻。随后从二开套管底部内2m处直至孔底下入筛管完井。筛管起到保护孔壁、防止坍塌的作用，筛管的孔眼作为井筒与裂隙带、采空区连通的通道，同时作为积水、瓦斯流通通道。

在抽采井完井后，根据采空区内积水量和所需排水量的不同，在孔内下入抽油泵、电潜泵或螺杆泵抽排采空区积水，积水经泵抽排后沿油管排至地表，达到排水目的。采空区和裂隙带内瓦斯，则经由筛管孔眼、油管外壁与套管内壁之间的环形空间，由地表的负压抽采设备抽取，达到采气目的。通过以上步骤，实现气水分采、一井两用的目的。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：1、避免了单独施工抽水井和瓦斯抽采井，用一种井型达到了两种井型的效果，节约钻井和运行维护成本；2、可有效地封固采空区裂隙带上方含水层，避免采空区上覆含水岩层涌水流入采空区；3、可解决采空区内冒落碎石堆积带来的塌孔堵塞问题，保持井筒稳固，实现井筒与裂隙带、采空区空间的持续有效连通；4、井筒内下入排水泵排水的同时，在地面利用负压设备抽采采空区内积聚瓦斯，实现气水分离、气水共采。

综合来说，该井身结构设计合理，可同时实现采空区积水抽排井和采空区瓦斯抽采井两类井的功能，以一口井达到两口井的使用效果，有效降低投资成本。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图中1-一开套管，2-二开套管，3-三开筛管，4-含水层，5-采空区及裂隙带，6-采空区积水，7-井底，a-，b-油管悬挂及密封装置，c-井口，d-瓦斯抽采泵，e-油管，f-排水泵，g-吸水口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构，包括井深结构部分和设备部分，其中井深结构部分包括设置在最上层的一开套管1，一开套管1底部连接二开套管2，二开套管2设置在含水层4的深度位置，二开套管2底部连接三开筛管3，三开筛管3设置在采空区及裂隙带5的深度位置，三开筛管3的底部设置在井底7位置；设备部分包括设置在一开套管1、二开套管2以及三开筛管3内的油管e，油管e顶部设有出水口a，油管e下部设有排水泵f，油管e底部设有吸水口g，一开套管1顶部为井口c，井口c位置处设有油管悬挂及密封装置b，瓦斯抽采泵d与井口c连通。一开套管1的直径大于二开套管2的直径。二开套管2的直径大于三开筛管3的直径。

采用三开钻井工艺。

具体步骤是：

一开：采用D311.15mm钻头，钻至地表松散层下的稳固基岩层内10m，以避免套管下陷、松散层坍塌、渗水，然后下入D273.05mm套管固井；

二开：采用D241.3mm钻头，钻遇采空区上方裂隙后立即止钻。特别是在钻至煤层顶板以上100m后要放慢钻速，注意观察漏失。判断是否钻遇裂隙带的标准是钻井循环介质（钻井液或压缩空气）发生显著漏失。然后下入井内窥视仪查明裂隙带上方含水层的数量、深度，随后从二开孔底向上依次填入0.5m长木塞、黄沙封堵，黄沙填入的深度直至最下面一层含水层下方1m处，形成人工井底，然后从人工井底直至地表下入D193.7mm套管固井，达到封固全部含水层的目的；

三开：采用D171.5mm钻头，钻透二开底部黄沙、木塞后继续向采空区钻井，依次钻穿裂隙带、冒落带、采空区空间，直至煤层底板以下15m完钻。随后从二开套管底部内2m处直至孔底，下入D139.7mm筛管完井。筛管起到保护孔壁、防止坍塌的作用，筛管的孔眼作为井筒与裂隙带、采空区连通的通道。

为保证筛管顺利下入，钻至煤层底板以下15m后将钻具和钻头提至二开套管内，分别于1小时、6小时、12小时后下钻探底，如遇阻，则从遇阻深度继续通井至井底，以确保井壁处于相对稳定状态。如井壁能保持12小时稳定（下钻探底不遇阻），则全部提出钻具开始下入D139.7mm筛管完井。

完井后，根据采空区内积水量和所需排水量的不同，在孔内下入抽油泵、电潜泵或螺杆泵抽排采空区积水，积水经泵抽排后沿油管排至地表，达到排水目的。采空区和裂隙带内瓦斯，则经由筛管孔眼、油管外壁与套管内壁之间的环形空间，由地面的负压抽采设备抽取，达到采气目的。通过以上步骤，实现气水分采、一井两用的目的。

表1 井身结构钻套参数

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构，其特征在于：包括井深结构部分和设备部分，其中井深结构部分包括设置在最上层的一开套管（1），一开套管（1）底部连接二开套管（2），二开套管（2）设置在含水层（4）的深度位置，二开套管（2）底部连接三开筛管（3），三开筛管（3）设置在采空区及裂隙带（5）的深度位置，三开筛管（3）的底部设置在井底（7）位置；设备部分包括设置在一开套管（1）、二开套管（2）以及三开筛管（3）内的油管（e），油管（e）顶部设有出水口（a），油管（e）下部设有排水泵（f），油管（e）底部设有吸水口（g），一开套管（1）顶部为井口（c），井口（c）位置处设有油管悬挂及密封装置（b），瓦斯抽采泵（d）与井口（c）连通。

2.根据权利要求1所述的排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构，其特征在于：一开套管（1）的直径大于二开套管（2）的直径。

3.根据权利要求2所述的排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构，其特征在于：二开套管（2）的直径大于三开筛管（3）的直径。