[發明專利]一種地面鉆井抽采煤礦老空區殘留煤層氣的方法

有效

• 申請號: 201510055379.0
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104695908B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 胡勝勇;高嬙;張祥;陳春諫
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 盧茂春

技術領域

本發明涉及一種地面鉆井抽采煤礦老空區殘留煤層氣的方法，屬于煤礦老空區殘留煤層氣抽采技術領域。

背景技術

二氧化碳的排減和處置成為當前科學的一個熱門研究課題。地質處置被公認為是解決溫室氣體環境影響問題的有效途徑之一。近年來，隨著煤層開采技術的不斷發展，煤炭開采后遺留下大量老空區，而這些老空區可作為一種優良二氧化碳儲存地質體。由于我國煤炭回采率較低，老空區遺煤較多，殘留煤體長期釋放出數量可觀的煤層氣資源未被有效利用，最大限度地開采利用煤礦老空區內瓦斯意義重大。目前我國主要采用地面鉆井對老空區內殘留煤層氣進行抽采，抽采效果并不理想。亟待尋求一種既能封存二氧化碳又能高效抽采煤礦老空區殘留煤層氣資源的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高煤礦老空區瓦斯抽采效率的地面鉆井抽采煤礦老空區殘留煤層氣的方法，并實現了對CO₂的老空區封存。

本發明的地面鉆井抽采煤礦老空區殘留煤層氣的方法，包括第一次鉆井并設置套管；第二次鉆井至老空區上方的彎曲下沉帶內且距裂隙帶并向彎曲下沉帶內注入水泥砂漿；第三次鉆井至老空區上部的冒落帶與裂隙帶交界處并向鉆井內插入抽采管且密封鉆井井口；通過抽采管向老空區內注入CO₂ ；CO₂注氣結束開始抽采老空區內殘留煤層氣，抽采管內CH₄濃度低于16%時，停止抽采殘留煤層氣。

本發明的具體步驟如下：

a、每隔200~300m由地面沿老空區中部向下施工直徑為300～400mm，深度為3~5m的鉆井。將直徑為250～350mm的套管插入至鉆井底部，沿套管外側注入水泥砂漿固定套管。

b、由套管內向下繼續施工直徑為100～200mm的鉆井至老空區上方的彎曲下沉帶內且距裂隙帶頂部5～10m。

c、套管上端通過法蘭與注漿管相連，注漿管的另一端設有第一閥門，并與高壓注漿泵連接。打開第一閥門，向彎曲下沉帶內注入水泥砂漿形成氣體防滲層。

d、由地面沿套管內再次施工直徑為100～200mm的鉆井至老空區上部的冒落帶與裂隙帶交界處。由地面向鉆井內插入抽采管，密封鉆井井口。抽采管上端經第二閥門與三通的端口Ⅰ連接，三通的端口Ⅱ經第三閥門與CO₂儲氣罐相連，三通的端口Ⅲ經閥門Ⅳ與泵站連接。

e、打開第二閥門、第三閥門，向老空區內注入CO₂，注入24～48h后關閉第二閥門、第三閥門，停止注入CO₂。

f、24～48h后，打開第二閥門和閥門Ⅳ，抽采老空區內殘留煤層氣，當抽采管內CH₄濃度低于16%時，關閉第二閥門和閥門Ⅳ，停止抽采殘留煤層氣。

g、重復步驟e和f，直至抽采的CH₄濃度始終低于16%后，關閉第二閥門和閥門Ⅳ。

本發明的有益效果在于：（1）結合套管與注漿管進行注漿，可由高壓注漿泵將水泥砂漿直接壓至注漿處，實現高效注漿；（2）向彎曲下沉帶內注入水泥砂漿充填彎曲下沉帶內的裂隙，形成氣體防滲層，有效防止老空區內注入的CO₂泄露至地表；（3）巧妙運用CO₂密度大于CH₄以及老空區內破碎煤巖體對CO₂的吸附性更大的特性，在向老空區內注入CO₂的過程中，CO₂不斷向老空區下部運移，而老空區內原本吸附的CH₄被置換出，并逐漸向上運移至老空區頂部積聚，此時由鉆井將老空區內CH₄抽采出，極大地提高了老空區瓦斯抽采效率；（4）將CO₂封存至煤礦老空區，不僅減少了向大氣中排放的CO₂量，緩解溫室效應，同時可有效抑制老空區遺煤自然發火現象，增強了礦井安全性；（5）對老空區內原本被遺棄的殘留煤層氣資源進行抽采，實現了對能源的充分利用。

附圖說明

圖1是注漿過程示意圖。

圖2是向老空區注入CO₂示意圖。

圖3是抽采老空區殘留煤層氣示意圖。

圖中：1—地面，2—老空區，3—鉆井，4—套管，5—水泥砂漿，

6—彎曲下沉帶，7—裂隙帶，8—法蘭，9—注漿管，10—第一閥門，

11—注漿泵，12— 氣體防滲層，13—冒落帶，14—抽采管，

15—三通端口Ⅰ，16—三通端口Ⅱ，17—第二閥門，