[實用新型]一種排水采氣一體化采空區(qū)瓦斯抽采井井身結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720940695.0
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN207048740U
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李超;郭向前;靳華賢;孟召平;張文君;周顯俊;李陽;任鴿;畢利麗;王爭;焦田豐
• 申請（專利權(quán)）人: 山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B7/00
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)14110
• 代理人: 鄭晉周

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于煤礦采空區(qū)瓦斯地面抽采技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種排水采氣一體化采空區(qū)瓦斯抽采井井身結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

煤礦瓦斯主要成分是CH₄（甲烷），是一種與煤炭伴生的清潔、高效能源。在采煤后形成的采空區(qū)中，仍然賦存有大量的瓦斯，可供繼續(xù)抽采利用。由于CH₄（甲烷）密度低于空氣，通常優(yōu)先積聚在頂板裂隙帶內(nèi)及采空區(qū)上部，通過地面鉆井方式抽采相比井下抽采，具有抽采濃度高、利用簡便、成本低等優(yōu)勢，是一個具有廣闊發(fā)展前景的新興領(lǐng)域。英國、德國、美國已形成了相關(guān)產(chǎn)業(yè)，而我國尚處于起步和探索階段，煤與煤層氣共采國家重點實驗室正在開發(fā)相關(guān)技術(shù)。

采空區(qū)內(nèi)瓦斯主要以游離態(tài)和吸附態(tài)存在，賦存于采空區(qū)內(nèi)裂隙空間和殘留煤炭中，儲層壓力很低，僅為kPa級。CH₄（甲烷）在濃度和壓力梯度驅(qū)動下從殘煤中自然解吸，是采空區(qū)游離態(tài)瓦斯補給的主要途徑。采空區(qū)內(nèi)殘煤一旦被積水淹沒，其自然解吸過程將極大削弱直至停止，導(dǎo)致瓦斯抽采井產(chǎn)量迅速下降直至不產(chǎn)氣。因此，必須排出采空區(qū)內(nèi)積水，才能實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定產(chǎn)氣。以往需要在礦井不同位置分別施工單獨的排水井和瓦斯抽采井，鉆井投資和后期運行維護成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決同時排出采空區(qū)積水和抽采采空區(qū)瓦斯的技術(shù)問題，提供了一種排水采氣一體化采空區(qū)瓦斯抽采井井身結(jié)構(gòu)。

本實用采取以下技術(shù)方案：一種排水采氣一體化采空區(qū)瓦斯抽采井井身結(jié)構(gòu)，包括井深結(jié)構(gòu)部分和設(shè)備部分，其中井深結(jié)構(gòu)部分包括設(shè)置在最上層的一開套管，一開套管底部連接二開套管，二開套管設(shè)置在含水層的深度位置，二開套管底部連接三開篩管，三開篩管設(shè)置在采空區(qū)及裂隙帶的深度位置，三開篩管的底部設(shè)置在井底位置；設(shè)備部分包括設(shè)置在一開套管、二開套管以及三開篩管內(nèi)的油管，油管頂部設(shè)有出水口，油管下部設(shè)有排水泵，油管底部設(shè)有吸水口，一開套管頂部為井口，井口位置處設(shè)有油管懸掛及密封裝置，瓦斯抽采泵與井口連通。

一開套管的直徑大于二開套管的直徑。二開套管的直徑大于三開篩管的直徑。

采用三開鉆井工藝：一開鉆至地表松散層下的穩(wěn)固基巖層后下入套管固井；二開鉆遇采空區(qū)上方裂隙后立即止鉆，判斷標(biāo)準(zhǔn)是鉆井循環(huán)介質(zhì)（鉆井液或壓縮空氣）漏失止鉆，然后下入井內(nèi)窺視儀查明裂隙帶上方含水層的數(shù)量、深度，隨后從二開孔底向上依次填入0.5m長木塞、黃沙封堵，黃沙填入的深度直至最下面一層含水層下方1m處，形成人工井底，然后從人工井底直至地表下入二開套管固井，達到封固全部含水層的目的；三開鉆透二開底部黃沙、木塞后繼續(xù)向采空區(qū)鉆井，依次鉆穿裂隙帶、冒落帶、采空區(qū)空間，直至煤層底板以下15m完鉆。隨后從二開套管底部內(nèi)2m處直至孔底下入篩管完井。篩管起到保護孔壁、防止坍塌的作用，篩管的孔眼作為井筒與裂隙帶、采空區(qū)連通的通道，同時作為積水、瓦斯流通通道。

在抽采井完井后，根據(jù)采空區(qū)內(nèi)積水量和所需排水量的不同，在孔內(nèi)下入抽油泵、電潛泵或螺桿泵抽排采空區(qū)積水，積水經(jīng)泵抽排后沿油管排至地表，達到排水目的。采空區(qū)和裂隙帶內(nèi)瓦斯，則經(jīng)由篩管孔眼、油管外壁與套管內(nèi)壁之間的環(huán)形空間，由地表的負壓抽采設(shè)備抽取，達到采氣目的。通過以上步驟，實現(xiàn)氣水分采、一井兩用的目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：1、避免了單獨施工抽水井和瓦斯抽采井，用一種井型達到了兩種井型的效果，節(jié)約鉆井和運行維護成本；2、可有效地封固采空區(qū)裂隙帶上方含水層，避免采空區(qū)上覆含水巖層涌水流入采空區(qū)；3、可解決采空區(qū)內(nèi)冒落碎石堆積帶來的塌孔堵塞問題，保持井筒穩(wěn)固，實現(xiàn)井筒與裂隙帶、采空區(qū)空間的持續(xù)有效連通；4、井筒內(nèi)下入排水泵排水的同時，在地面利用負壓設(shè)備抽采采空區(qū)內(nèi)積聚瓦斯，實現(xiàn)氣水分離、氣水共采。

綜合來說，該井身結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，可同時實現(xiàn)采空區(qū)積水抽排井和采空區(qū)瓦斯抽采井兩類井的功能，以一口井達到兩口井的使用效果，有效降低投資成本。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中1-一開套管，2-二開套管，3-三開篩管，4-含水層，5-采空區(qū)及裂隙帶，6-采空區(qū)積水，7-井底，a-，b-油管懸掛及密封裝置，c-井口，d-瓦斯抽采泵，e-油管，f-排水泵，g-吸水口。

具體實施方式