[發明專利]一種協同抽采刀柱式老空區及下煤層煤層氣的方法

有效

• 申請號: 201610446453.6
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN106089290B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 馮國瑞;李振;杜獻杰;高強;張鈺亭;戚庭野;郭軍;白錦文;康立勛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F16/00;E21B43/00;E21B43/26;E21B43/12
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種協同抽采刀柱式老空區及下煤層煤層氣的方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）根據礦井采掘情況、煤層柱狀圖以及井上下對照圖已有地質采掘資料初步確定井下上部煤層已開挖的刀柱式開采老空區參數以及下部煤層與上部老空區之間的距離；所述老空區參數包括柱采區域的范圍、數目以及煤柱數目、大小、分布大體位置；

2）綜合運用物理勘探手段結合已有地質、采掘資料對已開挖的老空區進行現場勘測，獲得下部煤層與上部老空區的實際距離D，并對上部刀柱式開采形成的老空區的柱采區域和煤柱從左到右分別依次進行編號；

3)獲得上部煤層刀柱式老空區每個柱采區域開采所引起的底板破壞深度，并依據每個柱采區域對應的編號對底板破壞深度依次分別編號為d₁,…d_n；

4）取底板破壞深度d₁,…d_n中的最小值d_i，若D≦d_i，則由地面向上部老空區底板和下部煤層頂板之間的中間巖層處施工水平井；若D﹥d_i時，則由地面向上部老空區底板破壞深度最小值處施工水平井；

水平井由井下向地面延伸處依次分為水平井水平段、造斜段、水平井垂直段以及水平井地面端，其中水平井地面端連接四通分為三條支路：抽采管、壓裂管、注流管，抽采管一側支路連有閥門Ⅰ，注流管一側支路連有閥門Ⅱ，壓裂管一側支路連有閥門Ⅴ，水平井近地面端進行密封，地面設有密封裝置；

5）打開閥門Ⅰ由抽采管對水平井進行第一次煤層氣抽采，記錄此時單位時間內煤層氣抽采量Q₁；

6）當單位時間內煤層氣抽采量下降至Q₁的20%~40%時，降低抽采壓力繼續進行煤層氣抽采，當單位時間內煤層氣抽采量再次下降至Q₁的20%~40%時，再次降低抽采壓力進行煤層氣抽采，循環上述降壓抽采過程，直至抽采壓力降低至比大氣壓低80~100kpa；

7）當單位時間內煤層氣抽采量下降至Q₁的10%時，關閉閥門Ⅰ，打開閥門Ⅱ由注流管向水平井內注入溫度為32~50℃、壓力為8~12MPa的超臨界CO₂ 8~36小時，之后關閉地面上閥門Ⅱ，靜待12~48小時，之后再次打開閥門Ⅰ進行煤層氣抽采；

8）當單位時間內煤層氣抽采量再次下降至原始抽采量Q₁的20%以下時，關閉閥門Ⅰ，打開閥門Ⅴ，由水平井井口的壓裂管下放分段壓裂設備，對水平井水平段與下部煤層之間的層間巖層以及下部煤層實施定向壓裂；

9）自老空區另一側邊界煤柱處施工一口排采直井，所述排采直井與水平井水平段連通；對再次壓裂后的水平井以及排采直井進行清洗，并在排采直井中設置排采設備，排采設備由井下到地面部分依次設有抽油泵、抽油管，抽油管內設有抽油桿，地面設置的抽油機通過抽油桿驅動抽油泵對排采直井內的水進行排采；抽油管地面端連接排水管，排采直井近地面端進行密封，在排水管下方設有抽氣管，其中抽油管、排水管排水，抽氣管進行煤層氣抽采；

排采直井地面端設有抽氣管、排水管，抽氣管上設有閥門Ⅲ，排水管上設有閥門Ⅳ，打開閥門Ⅲ、閥門Ⅳ，同時關閉閥門Ⅰ和閥門Ⅱ，由地面抽油機通過抽油桿帶動抽油泵工作，對排采直井進行排水并抽采煤層氣，記錄排采中單位時間煤層氣最大抽采量Q₂；

10）當單位時間內煤層氣抽采量下降至Q₂的20%以下時，關閉閥門Ⅲ、閥門Ⅳ，打開閥門Ⅱ由注流管向水平井內注入溫度為32~50℃、壓力為8~12MPa的超臨界CO₂8~36小時，之后關閉地面上閥門Ⅱ，靜待12~48小時，之后再次打開閥門Ⅲ、閥門Ⅳ進行煤層氣排采；

11）當單位時間內煤層氣抽采量下降至Q₂的10%以下時，停止煤層氣抽采。

2.根據權利要求1所述的協同抽采刀柱式老空區及下煤層煤層氣的方法，其特征在于：上部老空區的底板破壞深度的確定，需要運用現場實測、工程實踐經驗擬合公式、實驗室數值模擬、相似模擬的方式中的任一種或者四種方法相結合來確定，確定破壞深度時取上述方法獲得的最小值作為參考值。