[發明專利]地面煤層頂板順層水平壓裂井抽采瓦斯方法

有效

• 申請號: 201110008833.9
• 申請日: 2011-01-17
• 公開（公告）號: CN102080526A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 蘇現波;馬耕;孫平;郭紅玉;李伍成;鮮保安;辛新平;陶云奇;王一兵
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/30;E21B7/06;E21B7/04;E21B47/00;E21F7/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

技術領域

本發明涉及一種地面煤層頂板順層水平壓裂井抽采瓦斯方法。

背景技術

世界煤層氣（瓦斯）地面開發經歷了30余年的歷史，基本形成了一套系統的工藝技術。我國在經歷了20余年艱苦探索后，在山西的沁水盆地、河東煤田、遼寧的阜新等地區實現了局部商業化開發。而支撐整個煤層氣行業的是地面垂直井水力壓裂完井工藝，盡管叢式井和水平分支井也在積極的試驗，但苛刻的地質與施工要求，在近期內難以大規模推廣。但無論是上述哪種完井工藝，都要求煤儲層為原生結構或碎裂結構，即要求煤層有足夠的力學強度。因為，只有此類儲層可進行壓裂強化增透。對于碎粒煤和糜棱煤儲層，目前還是地面煤層氣開發的禁區。針對這種構造軟煤，可以實施間接在煤層卸壓、抽采的工藝，即對不可進行本煤層壓裂的煤層，對其頂板或底板圍巖先期鉆不同結構模型的分支水平井，煤層中的瓦斯以擴散形式運移到頂底板裂隙中被抽采。

瓦斯治理方法眾多，如區域治理措施中的保護層開采、地面采動區抽采等，但局限性大，效果差異懸殊。瓦斯治理主要手段為抽采，最常用的是把煤層作為抽采對象。但是，對于原生結構和碎裂煤而言，自身裂隙的連通性較差，且鉆進過程中井田附近存在污染，如果不采取增透措施，抽采效果有限。瓦斯突出煤層往往為滲透性極差、強度極低的碎粒煤和糜棱煤，直接從其中抽采瓦斯不僅鉆進困難，而且抽采效果差，鉆孔抽采半徑非常小、封孔困難，致使抽采瓦斯濃度難以長期穩定。往往以密集布孔、高工程投入為代價進行抽采。

發明內容

本發明提供一種地面煤層頂板順層水平壓裂井抽采瓦斯方法，提高地面鉆井抽采效率、實現區域消突，最大限度降低瓦斯災害。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：地面煤層頂板順層水平壓裂井抽采瓦斯方法，依次包括以下步驟：（1）選擇瓦斯含量大于8?m³/t煤儲層；（2）確定煤層開采產生的裂隙帶位置，以裂隙帶中下部3-7?m處的巖層為水平段的施工層位即水平井布置層位；（3）根據水平段著陸點確定井口和造斜點位置，實現大曲率半徑增斜，造斜率為2~6°/30m，鉆孔方位平行于煤炭回采工作面順槽或垂直于最大主應力方向，水平段長度小于等于工作面的走向長度；（4）井身結構采用三開結構，水平段可以裸眼或下套管—射孔；（5）在選定的巖層內施工水平段；（6）在水平段采用裸眼封隔器或套管封隔器，逐段進行水力壓裂，每段的壓裂長度控制在40~80m，實現井筒與煤層通過壓裂裂縫溝通，建立瓦斯運移的通道；（7）安裝排采設備，利用虛擬儲層進行地面瓦斯抽采；（8）在采中和采后階段換負壓抽采，實現一井多用；（9）效果檢驗，主要指標包括采前、采中和采后瓦斯抽采量及變化。

所述的步驟（6）的虛擬儲層是指煤層的頂底板某個層位的巖層，通過在該層施工鉆孔并進行壓裂，利用該層的壓裂裂縫與煤儲層溝通，瓦斯由煤層解吸后擴散運移到該層裂縫，在由該層裂縫運移至井筒被抽采出，這個間接的抽采瓦斯的巖層就被稱為虛擬儲層。

所述的步驟（2）水平井布置層位為裂隙帶中下部5-6?m的巖層為順層水平井的施工層位。

所述的步驟（6）水力壓裂的水基壓裂液為線性膠、凍膠或清水、活性水或清潔壓裂液。

所述的步驟（4）的裸眼就是地層直接裸露；下套管—射孔是用套管把地層封住，然后采用射孔技術再與地層連通的。

本發明針對高瓦斯煤儲層的瓦斯治理，與傳統瓦斯地面抽采不同，它是通過虛擬儲層模式進行，同時也可以利用采動影響，在采中和采后階段還可以繼續治理瓦斯，對采煤階段瓦斯治理而言，利用水平井布置在裂隙帶的優勢、在負壓作用下大量抽采卸壓瓦斯，同時在采煤結束后還可在采空區繼續抽采瓦斯，為煤礦瓦斯治理服務，真正實現一井多用。

本發明針對各種煤體結構，在由地面向煤層頂板施工順層水平井，然后進行分段壓裂，在虛擬儲層與煤儲層之間建立瓦斯運移產出的通道，加大瓦斯抽采量、使得瓦斯區域抽采的時間大大提前；同時在煤炭開采期和采后也可以利用裂隙帶發育的裂隙繼續抽采，實現瓦斯治理與資源開發利用雙重目的。

附圖說明

圖1為水平井裸眼井身的結構示意圖；

圖2為裸眼封隔分段壓裂圖；

圖3為水平井下套管井身的結構示意圖；

圖4為套管封隔分段壓裂圖。

具體實施方式