[發(fā)明專利]順層長鉆孔割縫洗孔一體化抽采煤層氣方法

有效

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• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103075181A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建軍;劉蘭;靳小俊;董彥莉;白培康;薛建英;劉亞玲;韓云山;程志;魏月娟;耿少波;朱晉華;王萬月;張洪萍;史秀琴
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明順層長鉆孔割縫洗孔一體化抽采煤層氣方法，屬于井下改善煤巖體滲透性抽采煤層氣方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

只要開采煤炭，就會有煤層氣(瓦斯)涌出，煤層氣(瓦斯)是威脅煤礦安全生產(chǎn)和礦工生命的主要災害之一，同時煤層氣又是一種清潔能源，開發(fā)利用煤層氣對保證煤礦安全生產(chǎn)、保護環(huán)境、改善能源結(jié)構(gòu)等都具有重大經(jīng)濟和社會效益。我國埋深2000m以淺范圍內(nèi)，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，為從井下有效抽采煤層氣，采用了諸多工程措施對煤巖體進行強化改造。例如：大直徑密集鉆孔開采、開采解放層、穿層鉆孔和鉆孔兩側(cè)水力割縫等技術(shù)，但總體收效甚微，普通鉆孔周圍會形成應力集中帶，使得煤層透氣性降低，阻礙了煤層氣的滲透。開采解放層對單一煤層不適用。穿層鉆孔煤層鉆遇率低，而且需開拓底板巖巷。《煤炭學報》2001.vol26，No5“低滲透煤儲層煤層氣開采有效技術(shù)途徑的研究”一文認為提高低滲透煤儲層滲透性的唯一有效途徑是使煤層卸壓。鉆孔兩側(cè)水力割縫如公開專利號zl03122734.1和zl200910182119.4，提出在鉆孔兩側(cè)水平方向形成一條具有一定深度的扁平縫槽，用于改善儲層滲透性和防治煤與瓦斯突出問題。該技術(shù)把煤巖體看作均質(zhì)巖體，沒有考慮煤巖體的結(jié)構(gòu)特點，尤其是煤巖體的沉積結(jié)構(gòu)特點(如層理和割理)和夾矸對煤層滲透性的影響。我國煤層中普遍發(fā)育有1～3層夾矸，夾矸厚度140～500mm，甚至可達1m，橫向沉積穩(wěn)定，連續(xù)性好，夾矸為炭質(zhì)泥巖，滲透率極低，遇水膨脹且易于變形，水平割縫卸壓產(chǎn)生的豎向裂隙在遇到煤層夾矸時可能不能很好延伸，同時，煤層底板為泥巖，并具有明顯的膨脹性，水平割縫的高度一般只有20-30mm，割縫寬度較大時，隨著煤層后期的變形，割縫在上覆巖體重力和底板底鼓產(chǎn)生的向上力的聯(lián)合作用下，在一定程度上擠壓變形，滲透性減低，另外，要完成水平割縫，必須對噴嘴實施水平定向，施工難度很大，而且從現(xiàn)有公開資料可知，水平割縫是先在煤層中打一個鉆孔，然后再采用專用割縫裝置利用高壓水射流對鉆孔兩側(cè)的煤體進行切割，如遇煤層塌孔，割縫裝置很難再進入，無法鉆進和割縫一次完成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為提供一種充分考慮了煤巖體的結(jié)構(gòu)特點，使得順層長鉆孔井壁應力分散、影響范圍大，抽采效率高的順層長鉆孔割縫洗孔一體化抽采煤層氣方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：順層長鉆孔割縫洗孔一體化抽采煤層氣方法，包括以下步驟：

a、用鉆機通過鉆具在擬抽放煤層氣的煤層中鉆預定深度的順層長鉆孔；

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

c、繼續(xù)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b中的方法施工一新的豎向大裂縫；

d、重復步驟c，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(shè)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；

e、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；

f、用煤層氣抽采系統(tǒng)抽采煤層氣。

進一步的，重復步驟a～f，在煤層中形成兩個以上的順層長鉆孔，相鄰順層長鉆孔上的豎向大裂縫沿順層長鉆孔深度方向交錯排列或平齊排列。

所述豎向大裂縫的寬度為20-40mm，半徑為500-1000mm。

所述鉆具退后一次為8～10m，即相鄰兩個豎向大裂縫之間的間距為8～10m。

所述高壓水中混合有70～120目的石英砂，所述石英砂在高壓水和石英砂混合物中體積占5％。

所述步驟d中位于順層長鉆孔孔口部位的豎向大裂縫距孔口的距離為15～20m。

所述步驟c、步驟d、步驟e中的退鉆速度為1～3m/min。

在所述煤層上，順層長鉆孔的下方，斜向上鉆排水鉆孔，排水鉆孔的孔口處安裝有排水裝置，排水鉆孔軸線的坡度不小于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。

所述的排水鉆孔在煤層中沿底板施工或在底板內(nèi)施工。

同一豎向平面上布置有多個順層長鉆孔時，僅在靠近底板的順層長鉆孔下方布置排水鉆孔。