專利名稱：地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法。
背景技術(shù)：
煤層開采時(shí)，由于回采過程中回采率不可能達(dá)到100%，必然在采空區(qū)內(nèi)殘留大量 的浮煤。同時(shí)，采空區(qū)邊界也存在的一定厚度的煤柱，浮煤及煤柱的甲烷解吸致使采空區(qū) 內(nèi)集聚有較高濃度的煤層氣。此外，在開采影響范圍內(nèi)的煤層受采動(dòng)影響后所產(chǎn)生的卸壓 煤層氣也將通過采動(dòng)裂隙進(jìn)入采空區(qū)。在工作面或采區(qū)全部開采結(jié)束后，為減少采空區(qū)內(nèi) 煤層氣涌向采掘空間或涌向礦井而對(duì)生產(chǎn)和安全產(chǎn)生影響，同時(shí)也為了有效利用煤層氣資 源，需對(duì)采空區(qū)或已經(jīng)封閉的舊巷進(jìn)行煤層氣抽采。由于受采動(dòng)冒落影響，煤巖的透氣性大大增強(qiáng)。煤層氣主要成份是甲烷，密度較空 氣小，游離、解吸出的煤層氣將由冒落帶，沿豎向發(fā)育的裂隙帶向水平離層帶運(yùn)移，絕大多 數(shù)的煤層氣將儲(chǔ)存在水平離層帶下，形成煤層氣聚集區(qū)。隨著時(shí)間的推移，冒落帶將逐漸壓 實(shí)，豎向裂隙和水平離層裂隙也有部分閉合，采空區(qū)達(dá)到新的應(yīng)力平衡。煤礦采動(dòng)區(qū)煤層氣的抽采現(xiàn)有技術(shù)大多是采用井下穿層鉆孔、順層鉆孔、采空區(qū) 埋管等工藝對(duì)煤層氣進(jìn)行抽采，井下鉆孔施工及埋管工程量大，鉆孔利用率不高，采空區(qū)內(nèi) 的埋管也容易被冒落的頂板巖層砸彎、砸斷而阻斷抽采，為解決該問題出現(xiàn)了運(yùn)用地面鉆 井抽采采動(dòng)區(qū)煤層氣的方法，但仍然存在幾點(diǎn)不足①煤層采動(dòng)過程中容易引起采場(chǎng)上覆 巖層的位移變化，使鉆井套管易于受到破壞；②沒有合理的鉆孔布孔位置選取原則，使鉆井 易于受到破壞，并且無法確保有足夠氣源，對(duì)煤層氣的開發(fā)效果不佳；③井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及完 井方式選擇不合理，容易在鉆孔過程中發(fā)生鉆井事故，也容易造成鉆井抽采效率低、經(jīng)濟(jì)性 差。因此，需探索一種新的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，克服上述不足，以 對(duì)煤層氣進(jìn)行穩(wěn)定、高效的抽采，并減少鉆井施工過程中事故的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，其目的是通 過該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)的煤層氣進(jìn)行穩(wěn)定、高效的抽采，同時(shí)，使鉆井受到破壞的 可能性降低。本發(fā)明的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，包括以下步驟1)布孔根據(jù)已有采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)開采圖紙、煤層和上覆巖層參數(shù)來選擇采動(dòng)穩(wěn)定 區(qū)地面鉆井的布孔點(diǎn)，布孔點(diǎn)沿傾向分布于采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)兩邊邊緣，布孔點(diǎn)沿走向的間距為 200 300m ；2)鉆井與固井，在選定的布孔點(diǎn)鉆井，包括以下步驟a. 一開使用Φ311. 15mm的鉆頭從地面鉆進(jìn)到基巖面以下20m，向孔內(nèi)下入 D244. 5X10. 03的石油套管I護(hù)孔，然后對(duì)井壁與套管I的外壁之間的環(huán)形空間進(jìn)行水泥封固；b. 二開使用Φ215. 9mm的鉆頭鉆進(jìn)到裂隙帶以上IOm時(shí)停鉆，向井內(nèi)下入N80、 D177.8X9. 19的套管II護(hù)孔，然后對(duì)井壁與套管II的外壁之間的環(huán)形空間進(jìn)行水泥封 固；c.三開使用Φ 152mm的鉆頭鉆進(jìn)到采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)的煤層頂板冒落帶或施工至裂隙 帶且風(fēng)壓減小至施鉆前風(fēng)壓的60%時(shí)停鉆，完成裸眼完井方式的鉆井施工。進(jìn)一步，所述步驟c中，停鉆后再向孔內(nèi)下入D139. 7 X 9. 17的篩管進(jìn)行完井，篩管 上端伸出三開孔頂端IOm以上，完成襯管完井方式的鉆井施工；進(jìn)一步，所述步驟a、b、c中控制鉆孔的傾斜度，每IOOm頂角偏斜不大于1°，全井 最大井斜小于2°，井底最大水平偏移不超過IOm;進(jìn)一步，所述步驟a中，套管I安裝過程中在管外設(shè)置扶正器進(jìn)行扶正，所述步驟 b中，套管II安裝過程中在管外設(shè)置扶正器進(jìn)行扶正；進(jìn)一步，所述步驟a和步驟b中均采用A級(jí)水泥進(jìn)行封固，在地面見返流的水泥漿 后終止封固；進(jìn)一步，所述水泥中加有速凝劑。發(fā)明的有益效果本發(fā)明的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，包括布孔和 鉆井、固井、完井步驟，其中，布孔步驟采取合理的布孔原則，可有效降低鉆井受到破壞的幾 率和提高鉆井的利用率，以最少的鉆井?dāng)?shù)達(dá)到最佳的抽采效果；同時(shí)，鉆井采用三次開井的 方式，選擇合理的井身參數(shù)，并采用裸眼完井和襯管完井兩種完井工藝，使鉆井結(jié)構(gòu)和施工 工藝合理，也可有效提高抽采效率，并降低鉆井受到破壞的可能性，減少鉆井施工過程中事 故的發(fā)生。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。附圖為本發(fā)明的鉆井結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式附圖為本發(fā)明的鉆井結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示本實(shí)施例的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定 區(qū)煤層氣的方法，包括以下步驟1)布孔根據(jù)已有采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)開采圖紙和煤層、上覆巖層參數(shù)來選擇采動(dòng)穩(wěn)定區(qū) 地面鉆井的布孔點(diǎn)，布孔點(diǎn)沿傾向分布于采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)兩邊邊緣，采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)沿傾向的兩邊 邊緣的上覆巖層相對(duì)于采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)中部的覆巖更不易發(fā)生塌陷等情況，穩(wěn)定性較高，選擇 此處作為布孔點(diǎn)，一方面可提高鉆孔施工過程中的安全性，另一方面可有效降低鉆井受到 破壞的幾率，布孔點(diǎn)沿走向的間距為200 300m，根據(jù)鉆井的抽采半徑布孔，可增加鉆井抽 采覆蓋面，并提高抽采效率；2)鉆井在選定的布孔點(diǎn)鉆井，采用潛孔錘鉆頭空氣鉆進(jìn)工藝進(jìn)行鉆井，使用壓 縮空氣作為循環(huán)介質(zhì)，包括以下步驟a. 一開使用Φ 311. 15mm的鉆頭從地面1鉆進(jìn)到基巖面2以下20m，向井內(nèi)下入 J55或N80等型號(hào)、規(guī)格為D244. 5X10. 03的套管I 5護(hù)孔，然后對(duì)井壁與套管I 5的外壁之間的環(huán)形空間采用加入有速凝劑的A級(jí)水泥進(jìn)行水泥封固；b. 二開使用Φ215. 9mm的鉆頭鉆進(jìn)到裂隙帶3以上IOm時(shí)停鉆，向井內(nèi)下入N80、 D177.8X9. 19的套管116護(hù)孔，在管外設(shè)置扶正器進(jìn)行扶正，防止傾斜，然后對(duì)井壁與套管 II 6的外壁之間的環(huán)形空間采用加入有速凝劑的A級(jí)水泥進(jìn)行封固，在地面見返流的水泥 漿后終止封固，步驟a和b中，采用高標(biāo)號(hào)水泥進(jìn)行封固，可有效提高鉆井的強(qiáng)度；c.三開使用Φ 152mm的鉆頭鉆進(jìn)到采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)4的煤層頂板冒落帶或施工至裂 隙帶且風(fēng)壓減小至施鉆前風(fēng)壓的60%時(shí)停鉆，停鉆后再向井內(nèi)下入D139. 7X9. 17的篩管 7，篩管7上端伸出三開孔頂端IOm以上，完成鉆井施工；當(dāng)然，經(jīng)過判斷本段巖層強(qiáng)度較高 時(shí)，停鉆后不下篩管進(jìn)行裸眼完井，也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。步驟a、b、c中控制鉆孔的傾斜度，每IOOm頂角偏斜不大于1°，全井最大井斜小 于2°，井底最大水平偏移不超過10m。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，其特征在于包括以下步驟1)布孔根據(jù)已有采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)開采圖紙、煤層和上覆巖層參數(shù)來選擇采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)地面鉆井的布孔點(diǎn)，布孔點(diǎn)沿傾向分布于采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)兩邊邊緣，布孔點(diǎn)沿走向的間距為200～300m；2)鉆井、固井和完井，在選定的布孔點(diǎn)鉆井，包括以下步驟a.一開使用φ311.15mm的鉆頭從地面鉆進(jìn)到基巖面以下20m，向孔內(nèi)下入D244.5×10.03的石油套管I護(hù)孔，然后對(duì)井壁與套管I的外壁之間的環(huán)形空間進(jìn)行水泥封固；b.二開使用φ215.9mm的鉆頭鉆進(jìn)到裂隙帶以上10m時(shí)停鉆，向井內(nèi)下入N80、D177.8×9.19的套管II護(hù)孔，然后對(duì)井壁與套管II的外壁之間的環(huán)形空間進(jìn)行水泥封固；c.三開使用φ152mm的鉆頭鉆進(jìn)到采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)的煤層頂板冒落帶或施工至裂隙帶且風(fēng)壓減小至施鉆前風(fēng)壓的60％時(shí)停鉆，完成裸眼完井方式的鉆井施工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，其特征在于所述 步驟c中，停鉆后再向孔內(nèi)下入D139. 7X9. 17的篩管進(jìn)行完井，篩管上端伸出三開頂端IOm 以上，完成襯管完井方式的鉆井施工。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，其特征在于 所述步驟a、b、c中控制鉆孔的傾斜度，每IOOm頂角偏斜不大于Γ，全井最大井斜小于 2°，井底最大水平偏移不超過10m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，其特征在于所述 步驟a中，套管I安裝過程中在管外設(shè)置扶正器進(jìn)行扶正，所述步驟b中，套管II安裝過程 中在管外設(shè)置扶正器進(jìn)行扶正。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，其特征在于所述 步驟a和步驟b中均采用A級(jí)水泥進(jìn)行封固，在地面見返流的水泥漿后終止封固。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，其特征在于所述 水泥中加有速凝劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地面鉆井抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)煤層氣的方法，包括布孔和鉆井、固井、完井步驟，其中，布孔步驟采取合理的布孔原則，可有效降低鉆井受到破壞的幾率和提高鉆井的利用率，以最少的鉆井?dāng)?shù)達(dá)到最佳的抽采效果；同時(shí)，鉆井采用三開鉆井的方式，選擇合理的井身參數(shù)，并采用裸眼完井或襯管完井兩種完井工藝，使鉆井結(jié)構(gòu)和施工工藝合理，也可有效提高抽采效率，并降低鉆井受到破壞的可能性，減少鉆井事故的發(fā)生。
文檔編號(hào)E21B33/138GK101915072SQ201010244459
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者孫東玲, 孫海濤, 李日富, 林府進(jìn), 胡千庭, 陳金華 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院