[發明專利]地面垂直井與順層長鉆孔聯合抽采煤層氣方法

有效

• 申請號: 201310040300.8
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103104222A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 李建軍;韓文梅;毛虎平;董彥莉;白培康;程志;劉亞玲;魏月娟;薛建英;靳小俊;劉蘭;朱晉華;韓云山;耿少波;王萬月;張洪萍;史秀琴
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花

技術領域

本發明地面垂直井與順層長鉆孔聯合抽采煤層氣方法，屬于煤巖體滲透性改善與煤層氣抽采方法技術領域。

背景技術

煤層氣既是引發瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出的災害源，又是一種清潔能源。我國埋深2000m以淺范圍內，煤層氣資源量約為31萬億方儲量，滲透率一般小于1×10-3μm²，普遍屬于低滲透煤儲層，煤層氣難以被抽采。從防止煤與瓦斯防突和抽采治理角度看，抽采措施分為地面抽采和井下抽采兩種，而地面抽采和井下抽采一般是各自單獨實現。目前，我國的地面煤層氣抽采技術在沁水盆地、鄂爾多斯盆地和遼寧阜新盆地等多個礦區取得了較好效果。地面煤層氣抽采技術以地面垂直井水力壓裂加支撐劑和地面水平井（包括羽狀水平分支井和U型井等）為主。地面垂直井施工成本低，工藝簡單，占據了地面抽采井的絕大部分，但地面垂直井因煤層鉆遇率低，鉆井后的固井和完井后的水力壓裂改造都會對煤層造成不同程度的傷害，且煤層傷害很難恢復。同時由于煤巖體為塑性體，煤巖體與支撐劑的剛度相差較大，壓裂裂縫的延伸長度和寬度有限，抽采效果并不理想。地面水平井在煤層中進尺長，與煤巖體接觸面積大，尤其水平井避免了固井和水力壓裂作業，煤層氣的產量和進尺成一定的線性關系，理論上應該有較好效果。但從目前的應用效果看，既有成功的實例也有失敗的例子，這可能與施工地面水平井需要詳實的勘探資料、精確的地質導向系統、復雜的鉆井工藝和較高的鉆井成本等諸多因素有關，尤其在煤層厚度薄、煤質堅硬和夾矸厚及層數多的情況下，限制了其進一步推廣應用。為此，“煤層氣不同開發方式的應用現狀及適應條件分析”(煤田地質與勘探.2010,Vol.38,?No.2)對煤層氣不同開發方式適應條件進行了詳細論述。另外，由于煤層產狀起伏，地面水平井水平段隨地層起伏而在鉆孔中產生流動阻力及滯水，鉆孔內積水不利煤層氣降壓解吸。同時地面水平井還需施工與之配套的抽采垂直井，地面水平井煤層水平段施工完成后，除與垂直井交叉點以遠的煤層水平段外，其余孔段被封堵廢棄，造成較大浪費和成本增加。因此，怎樣以較低的經濟成本來實現對煤層氣的高效抽采就成為了人們努力探索的方向。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題為提供一種把地面垂直井與井下順層長鉆孔相結合，以較低經濟成本實現高效抽采煤層氣的方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：地面垂直井與順層長鉆孔聯合抽采煤層氣方法，包括以下步驟：

a、地上施工一個或多個地面垂直井到達至少一層目標抽采煤層；

b、按照目標抽采煤層的分布施工井下煤層氣抽放巷；

c、在所述的煤層氣抽放巷中向一層目標抽采煤層中鉆預定深度的順層長鉆孔；

d、退鉆到鉆具不受頂壓時，向鉆具內通入25~35MPa的高壓水，鉆具原地旋轉，通過高壓水射流在垂直順層長鉆孔軸線的平面上形成一豎向大裂縫；

e、繼續退鉆，在退鉆過程中，降低水壓到10~15MPa，對順層長鉆孔的孔壁進行沖洗，鉆具退后一段距離后停住，用步驟d中的方法施工一新的豎向大裂縫；

f、重復步驟e，使順層長鉆孔上形成多個豎向大裂縫，且位于順層長鉆孔孔口部位的豎向大裂縫距孔口有一設定距離，以使順層長鉆孔的孔口部位留有至少5m的封孔長度；

g、停止高壓水射流，退出鉆具，并用封孔材料對順層長鉆孔封孔；

h、目標抽采煤層為多層時，依次在每層目標抽采煤層中按步驟c～g鉆出帶豎向大裂縫的順層長鉆孔；

I、對地面垂直井下套管、固井、安裝煤層氣抽放泵，與地面煤層氣抽放管路連接，利用地面煤層氣抽放系統對一層或多層目標抽采煤層實施煤層氣抽放；

步驟c和步驟h中所述的順層長鉆孔與至少一個地面垂直井交匯貫通。

進一步的，重復步驟c～g，在每層目標抽采煤層中均形成兩個以上帶豎向大裂縫的順層長鉆孔；然后在每層目標抽采煤層中均鉆一個或多個連接孔；所述連接孔將其所在目標抽采煤層中的多條順層長鉆孔連通，或將其所在目標抽采煤層中的多條順層長鉆孔與地面垂直井連通，使得每條順層長鉆孔均直接或間接的與至少一個地面垂直井交匯貫通；所述連接孔的孔口處用封孔材料封孔。

為了排水，在所述每層目標抽采煤層上，順層長鉆孔的下方，斜向上或斜向下鉆排水鉆孔，斜向上鉆出的排水鉆孔孔口處安裝有排水裝置，斜向下鉆出的排水鉆孔孔口處封孔，排水鉆孔軸線斜向上或斜向下的坡度不小于5‰~8‰，排水鉆孔與順層長鉆孔軸線之間的距離以豎向大裂縫的最大影響松動圈確定，或為豎向大裂縫直徑的0.5~3倍。