[發明專利]一種煤層氣井上下立體聯合抽采方法

有效

• 申請號: 201410257662.7
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104131831B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 吳財芳;劉小磊;李騰;周琦忠;張曉陽;霍戰波;劉強;王宇航
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

技術領域

本發明是關于一種煤層氣抽采的方法，尤其涉及一種煤層氣井上下立體聯合抽采的方法。

背景技術

煤層氣作為一種清潔能源，其開發利用有利于我國能源結構的調整。由于我國煤儲層具有“三低一高”（低飽和度、低滲透性、低儲層壓力，高變質程度）的特點（袁亮，2013），要提高煤層氣開發效率，當務之急是克服以上煤儲層特點產生的難題。對于我國煤儲層的低滲透性，地面開采時，大多采用水力壓裂改造；井下抽采采用卸壓的方式，在煤層上方開采保護層或專用抽采巷道抽采煤層瓦斯。煤層氣地面開采，目前大都采用直井，且井筒常常穿過煤層，這給后期的煤炭開采帶來了潛在的危害。

煤炭開采后，采空區上方由下至上會形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。冒落帶中，頂板垮落；裂隙帶中成段拆斷或產生許多裂隙，但不冒落仍整齊排列，其高度一般為煤層厚度的5~8倍，會形成離層裂隙和豎向破斷裂隙，豎向破斷裂隙溝通了上下層間煤層氣運移的通道（李超，2013）；裂隙帶上方直到地表的巖層為彎曲下沉帶，這部分巖層不產生裂隙或僅產生極微小的裂隙。

比較而言，采空區抽采則具有明顯的優勢，它既不需要大規模改造煤儲層，又能提高滲透率；同時，采空區煤層氣抽采還有利于井下瓦斯治理和煤炭開采。根據相關資料（袁亮，2013；郭亮，2013；秦躍平，2008）可知，煤層氣聯合抽采技術目前在采空區大多采用直井抽采，井筒終孔位置一般布置在裂隙帶下限的1/3處。由于直井的有效卸壓面積有限，井筒底部又接近冒落帶，煤炭開采后井筒的穩定性也不易保持，最終難以達到“一井多用”的目的。目前煤層氣抽采管徑一般在200?mm以下，而澳大利亞常用的采空區地面鉆井內徑通常為200～250?mm，瓦斯抽采效果良好。袁亮等（2013）通過現場試驗也證明了大直徑地面鉆井比普通直徑地面鉆井更加穩定，保證了出氣量。同時，袁亮等（2013）通過數值模擬和現場試驗證明，地面鉆孔靠近回風巷一側，抽采效果更好。

目前采用一種更優越的抽采方法，十分重要的顯現出來。

發明內容

為了解決現有井上下聯合抽采方法的不足，本發明提供了一種煤層氣井上下立體聯合抽采方法，該一種煤層氣井上下立體聯合抽采方法根據前人井上下聯合抽采的經驗、理論基礎及現場試驗，提出了三區，即未采區、開采區和采空區聯合抽采方案。該方案可實現三區立體式抽采，同時也提高了井下抽采效率，能夠實現井上下聯合抽采和“一井多用”的目標。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：該一種煤層氣井上下立體聯合抽采方法，包括垂直井、水平井與垂直井對接、水平井水平段、冒落帶、彎曲下沉帶、水平井、裂隙帶、回風巷、進風巷、分隔處、煤層、密封裝置、井下抽采鉆孔、采空區，在地面施工直立的垂直井和沿煤層開采方向的水平井，垂直井井筒底部和水平井水平段均位于裂隙帶與彎曲下沉帶的過渡區，該區距煤層頂板的高度一般為煤層厚度的5~8倍，在垂直井底部擴徑，降低水平井與直井在此處的對接難度，該垂直井和水平井的抽采管徑均大于200?mm，該抽采井的水平井的水平段與煤層之間有頂板冒落和水力壓裂產生的裂縫相連通，將水平井水平段按煤炭設計的每次放頂長度分成若干段，按照設計的分隔長度，相鄰分隔段之間保留一定的寬度，水力壓裂時，避免將相鄰分隔段之間壓穿。直井1和水平井6抽采管的直立段端部與負壓抽采設備相密封連接進行負壓抽采。

該抽采井的設計位置為：在采空區上方形成的裂隙帶與彎曲下沉帶過渡區，該區距煤層頂板的高度一般為煤層厚度的5~8倍，平面圖中，該井布置位置應選在回風巷和進風巷之間，并靠近回風巷一側；其抽采井的布置密度應根據探測到的煤層被抽采范圍確定，根據水平井能達到的抽采效果范圍確定，經探測，根據其他地質情況，該抽采范圍應定在200?m~300?m半徑范圍內。

在本發明中，抽采煤層氣順序包括：①.工作面規劃和圈定階段抽采、②.工作面采前預抽、③.采空區形成后邊采邊抽三個階段。

①.工作面規劃和圈定階段抽采是利用壓裂裂縫及煤層部分卸壓對煤層及煤層上方圍巖中氣體進行抽采，在圖4中，水平井井口密閉，僅用直井抽采，抽采方式為負壓抽采，直到工作面開始回采；