專利名稱：地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，屬于煤巖體滲透性改善與煤層氣抽采方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤層氣既是引發(fā)瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出的災(zāi)害源，又是一種清潔能源。我國(guó)埋深2000m以淺范圍內(nèi)，煤層氣資源量約為31萬(wàn)億方儲(chǔ)量，滲透率一般小于I X 10-3 iim2，普遍屬于低滲透煤儲(chǔ)層，煤層氣難以被抽采。從防止煤與瓦斯防突和抽采治理角度看，抽采措施分為地面抽采和井下抽采兩種，而地面抽采和井下抽采一般是各自單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。目前，我國(guó)的地面煤層氣抽采技術(shù)在沁水盆地、鄂爾多斯盆地和遼寧阜新盆地等多個(gè)礦區(qū)取得了較好效果。地面煤層氣抽采技術(shù)以地面垂直井水力壓裂加支撐劑和地面水平井(包括羽狀水平分支井和U型井等)為主。地面垂直井施工成本低，工藝簡(jiǎn)單，占據(jù)了地面抽采井的絕大部分，但地面垂直井因煤層鉆遇率低，鉆井后的固井和完井后的水力壓裂改造都會(huì)對(duì)煤層造成不同程度的傷害，且煤層傷害很難恢復(fù)。同時(shí)由于煤巖體為塑性體，煤巖體與支撐劑的剛度相差較大，壓裂裂縫的延伸長(zhǎng)度和寬度有限，抽采效果并不理想。地面水平井在煤層中進(jìn)尺長(zhǎng)，與煤巖體接觸面積大，尤其水平井避免了固井和水力壓裂作業(yè)，煤層氣的產(chǎn)量和進(jìn)尺成一定的線性關(guān)系，理論上應(yīng)該有較好效果。但從目前的應(yīng)用效果看，既有成功的實(shí)例也有失敗的例子，這可能與施工地面水平井需要詳實(shí)的勘探資料、精確的地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)、復(fù)雜的鉆井工藝和較高的鉆井成本等諸多因素有關(guān)，尤其在煤層厚度薄、煤質(zhì)堅(jiān)硬和夾矸厚及層數(shù)多的情況下，限制了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。為此，“煤層氣不同開(kāi)發(fā)方式的應(yīng)用現(xiàn)狀及適應(yīng)條件分析”(煤田地質(zhì)與勘探.2010, Vol.38，N0.2)對(duì)煤層氣不同開(kāi)發(fā)方式適應(yīng)條件進(jìn)行了詳細(xì)論述。另外，由于煤層產(chǎn)狀起伏，地面水平井水平段隨地層起伏而在鉆孔中產(chǎn)生流動(dòng)阻力及滯水，鉆孔內(nèi)積水不利煤層氣降壓解吸。同時(shí)地面水平井還需施工與之配套的抽采垂直井，地面水平井煤層水平段施工完成后，除與垂直井交叉點(diǎn)以遠(yuǎn)的煤層水平段外，其余孔段被封堵廢棄，造成較大浪費(fèi)和成本增加。因此，怎樣以較低的經(jīng)濟(jì)成本來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層氣的高效抽采就成為了人們努力探索的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題為提供一種把地面垂直井與井下順層長(zhǎng)鉆孔相結(jié)合，以較低經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)高效抽采煤層氣的方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，包括以下步驟:
a、地上施工一個(gè)或多個(gè)地面垂直井到達(dá)至少一層目標(biāo)抽采煤層；
b、按照目標(biāo)抽米煤層的分布施工井下煤層氣抽放巷；
C、在所述的煤層氣抽放巷中向一層目標(biāo)抽采煤層中鉆預(yù)定深度的順層長(zhǎng)鉆孔；
d、退鉆到鉆具不受頂壓時(shí)，向鉆具內(nèi)通入25 35MPa的高壓水，鉆具原地旋轉(zhuǎn)，通過(guò)高壓水射流在垂直順層長(zhǎng)鉆孔軸線的平面上形成一豎向大裂縫；
e、繼續(xù)退鉆，在退鉆過(guò)程中，降低水壓到l(Tl5MPa，對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔的孔壁進(jìn)行沖洗，鉆具退后一段距離后停住，用步驟d中的方法施工一新的豎向大裂縫；
f、重復(fù)步驟e，使順層長(zhǎng)鉆孔上形成多個(gè)豎向大裂縫，且位于順層長(zhǎng)鉆孔孔口部位的豎向大裂縫距孔口有一設(shè)定距離，以使順層長(zhǎng)鉆孔的孔口部位留有至少5m的封孔長(zhǎng)度；
g、停止高壓水射流，退出鉆具，并用封孔材料對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔封孔；
h、目標(biāo)抽采煤層為多層時(shí)，依次在每層目標(biāo)抽采煤層中按步驟c g鉆出帶豎向大裂縫的順層長(zhǎng)鉆孔；
1、對(duì)地面垂直井下套管、固井、安裝煤層氣抽放泵，與地面煤層氣抽放管路連接，利用地面煤層氣抽放系統(tǒng)對(duì)一層或多層目標(biāo)抽米煤層實(shí)施煤層氣抽放；
步驟c和步驟h中所述的順層長(zhǎng)鉆孔與至少一個(gè)地面垂直井交匯貫通。進(jìn)一步的，重復(fù)步驟c g，在每層目標(biāo)抽采煤層中均形成兩個(gè)以上帶豎向大裂縫的順層長(zhǎng)鉆孔；然后在每層目標(biāo)抽采煤層中均鉆一個(gè)或多個(gè)連接孔；所述連接孔將其所在目標(biāo)抽采煤層中的多條順層長(zhǎng)鉆孔連通，或?qū)⑵渌谀繕?biāo)抽采煤層中的多條順層長(zhǎng)鉆孔與地面垂直井連通，使得每條順層長(zhǎng)鉆孔均直接或間接的與至少一個(gè)地面垂直井交匯貫通；所述連接孔的孔口處用封孔材料封孔。為了排水，在所述每層目標(biāo)抽采煤層上，順層長(zhǎng)鉆孔的下方，斜向上或斜向下鉆排水鉆孔，斜向上鉆出的排水鉆孔孔口處安裝有排水裝置，斜向下鉆出的排水鉆孔孔口處封孔，排水鉆孔軸線斜向上或斜向下的坡度不小于5%。1%。，排水鉆孔與順層長(zhǎng)鉆孔軸線之間的距離以豎向大裂縫的最大影響松動(dòng)圈確定，或?yàn)樨Q向大裂縫直徑的0.5^3倍。所述斜向下鉆出的 排水鉆孔與一個(gè)地面垂直井交匯貫通。所述的排水鉆孔在目標(biāo)抽采煤層中沿底板施工或在底板內(nèi)施工。同一目標(biāo)抽采煤層中同一豎向平面上布置有多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔時(shí)，僅在靠近底板的順層長(zhǎng)鉆孔下方布置排水鉆孔。在所述步驟c之前對(duì)地面垂直井上與順層長(zhǎng)鉆孔交匯的區(qū)域?qū)嵤┒囱〝U(kuò)大。所述位于同一目標(biāo)抽采煤層中的多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔為平行設(shè)置，或?yàn)榻徊嬖O(shè)置。所述連接孔為在目標(biāo)抽采煤層中單獨(dú)鉆出，或?yàn)閺捻槍娱L(zhǎng)鉆孔中斜向鉆出。所述相鄰兩個(gè)平行設(shè)置的順層長(zhǎng)鉆孔之間的間距為其上豎向大裂縫直徑的5-8倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。1、本發(fā)明提供了一種地面垂直井與井下順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，充分發(fā)揮了地面垂直井對(duì)煤層地質(zhì)條件、煤層層數(shù)和厚度等要求低，井下順層長(zhǎng)鉆孔鉆進(jìn)距離遠(yuǎn)，與煤巖體接觸范圍大等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兩種方法都具有工藝成熟、成本低、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，可以較低經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層氣的高效抽采。2、本發(fā)明既可采用地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合布置方法對(duì)煤巖體煤層氣實(shí)施抽放，也可用于對(duì)已施工地面垂直井實(shí)施增產(chǎn)改造。3、本發(fā)明通過(guò)對(duì)煤層沉積結(jié)構(gòu)、割離特點(diǎn)和煤層夾矸分布對(duì)煤層氣滲透性的影響分析，在充分考慮煤巖滲透性各向異性的基礎(chǔ)上有針對(duì)性地布置煤層氣抽采鉆孔，通過(guò)在垂直順層長(zhǎng)鉆孔軸線的豎向平面施工豎向大裂縫，溝通煤巖不同分層層理和割離之間的聯(lián)系，尤其是溝通了煤層夾矸對(duì)不同煤巖分層煤層氣運(yùn)移的阻隔，改變了煤層抽放鉆孔的氣體流動(dòng)方式，使原先抽放鉆孔周邊單一的徑向運(yùn)移方式，施工的豎向大裂縫后變?yōu)閺较蜻\(yùn)移和沿煤巖分層層理運(yùn)移兩種方式，使煤層氣在煤層中的運(yùn)移盡可能沿著煤層層理或裂隙最大的方向運(yùn)移，優(yōu)化了煤層氣滲透路徑，建立了鉆孔徑向擴(kuò)散和煤基質(zhì)孔隙一割離一層理一豎向大裂縫一鉆孔兩種的煤層氣抽采通道，改善了煤層滲透率，提高了單孔單位時(shí)間煤層氣抽放量和抽放效率，使抽放效果達(dá)到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了以地質(zhì)理論為指導(dǎo)的煤層鉆孔布置方法。4、采用一定壓力水射流對(duì)鉆孔豎向大裂隙間隔區(qū)間孔壁洗孔，可消弱鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程中施工和鉆井液對(duì)孔壁的污染，同時(shí)可增加部分孔壁淺表裂隙，消弱鉆孔周?chē)摹捌咳?yīng)”，增大鉆孔的有效影響半徑和鉆孔抽放煤壁暴露面積，提高了抽放效率。5、本發(fā)明中一個(gè)地面垂直井可與多層目標(biāo)抽采煤層中的井下順層長(zhǎng)鉆孔匹配與組合，優(yōu)化了抽采井的布置方式，也不需要另外布置井下抽采系統(tǒng)，實(shí)用性強(qiáng)，工期短，成本低。6、本發(fā)明在靠近煤層底板的順層長(zhǎng)鉆孔下方單獨(dú)布置排水鉆孔，實(shí)現(xiàn)了排水與排氣分離，且由于排水鉆孔與順層長(zhǎng)鉆孔豎向大裂縫的最大影響松動(dòng)圈連通，可有效快速排出順層長(zhǎng)鉆孔特別是豎向大裂縫下半平面內(nèi)的積水，使煤層氣達(dá)到快速排水降壓而發(fā)生解吸，提高抽放效率。7、本發(fā)明中的排水鉆孔可斜向上鉆出，也可斜向下鉆出，斜向上鉆出時(shí)，排水鉆孔的孔口處為出水口 ；斜向下鉆出時(shí)，與地面垂直井交匯貫通，以地面垂直井為排水通道；實(shí)現(xiàn)方式靈活多樣，可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，容易實(shí)現(xiàn)，效果顯著。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1為本發(fā)明方法實(shí)施時(shí)單個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔和地面垂直井交匯的剖面示意圖。圖2為圖1中單個(gè)帶豎向大裂縫順層長(zhǎng)鉆孔的具體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的柱狀圖例。圖4為按本發(fā)明方法施工完成后地面垂直井和帶豎向大裂縫順層長(zhǎng)鉆孔的平面布置示意圖。圖5為本發(fā)明方法實(shí)施時(shí)單個(gè)地面垂直井與兩層目標(biāo)抽采煤層中順層長(zhǎng)鉆孔交匯的剖面示意圖。圖6為按本發(fā)明公開(kāi)的方法施工后同一豎向平面內(nèi)布置兩個(gè)以上順層長(zhǎng)鉆孔時(shí)排水鉆孔的布置方法示意圖。圖中:1為目標(biāo)抽采煤層，2為地面垂直井，3為順層長(zhǎng)鉆孔，4為煤層氣抽放巷，5為豎向大裂縫，6為連接孔，7為頂板，8為底板，9為光亮煤，10為半亮煤，11為半暗煤，12為暗煤,13為夾砰,14為排水鉆孔。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2、圖3、圖5所示，本發(fā)明地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，包括以下步驟:a、地上施工一個(gè)或多個(gè)地面垂直井2到達(dá)至少一層目標(biāo)抽采煤層I;
b、按照目標(biāo)抽米煤層I的分布施工井下煤層氣抽放巷4；
C、在所述的煤層氣抽放巷4中向一層目標(biāo)抽采煤層I中鉆預(yù)定深度的順層長(zhǎng)鉆孔3 ；
d、退鉆到鉆具不受頂壓時(shí)，向鉆具內(nèi)通入25 35MPa的高壓水，鉆具原地旋轉(zhuǎn)，通過(guò)高壓水射流在垂直順層長(zhǎng)鉆孔3軸線的平面上形成一豎向大裂縫5 ；
e、繼續(xù)退鉆，在退鉆過(guò)程中，降低水壓到l(Tl5MPa，對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔3的孔壁進(jìn)行沖洗，鉆具退后一段距離后停住，用步驟d中的方法施工一新的豎向大裂縫5 ；
f、重復(fù)步驟e，使順層長(zhǎng)鉆孔3上形成多個(gè)豎向大裂縫5，且位于順層長(zhǎng)鉆孔3孔口部位的豎向大裂縫5距孔口有一設(shè)定距離，以使順層長(zhǎng)鉆孔3的孔口部位留有至少5m的封孔長(zhǎng)度；
g、停止高壓水射流，退出鉆具，并用封孔材料對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔3封孔；
h、目標(biāo)抽采煤層I為多層時(shí)，依次在每層目標(biāo)抽采煤層I中按步驟c g鉆出帶豎向大裂縫5的順層長(zhǎng)鉆孔3 ；
1、對(duì)地面垂直井2下套管、固井、安裝煤層氣抽放泵，與地面煤層氣抽放管路連接，利用地面煤層氣抽放系統(tǒng)對(duì)一層或多層目標(biāo)抽米煤層I實(shí)施煤層氣抽放；
步驟c和步驟h中所述的順層長(zhǎng)鉆孔3與至少一個(gè)地面垂直井2交匯貫通。本發(fā)明的一個(gè)地面垂直井2可與多層目標(biāo)抽采煤層I的井下順層長(zhǎng)鉆孔3相匹配或組合，優(yōu)化了抽采井布置方式，也不需要另外布置井下抽采系統(tǒng)，實(shí)用性強(qiáng)，工期短，成本低。 進(jìn)一步的，如圖4所示，重復(fù)步驟c g，在每層目標(biāo)抽采煤層I中均形成兩個(gè)以上帶豎向大裂縫5的順層長(zhǎng)鉆孔3 ;然后在每層目標(biāo)抽采煤層I中均鉆一個(gè)或多個(gè)連接孔6 ；所述連接孔6將其所在目標(biāo)抽采煤層I中的多條順層長(zhǎng)鉆孔3連通，或?qū)⑵渌谀繕?biāo)抽采煤層I中的多條順層長(zhǎng)鉆孔3與地面垂直井2連通，使得每條順層長(zhǎng)鉆孔3均直接或間接的與至少一個(gè)地面垂直井2交匯貫通；所述連接孔6的孔口處用封孔材料封孔。如圖5、圖6所示，為了排水，在所述每層目標(biāo)抽采煤層I上，順層長(zhǎng)鉆孔3的下方，斜向上或斜向下鉆排水鉆孔14，斜向上鉆出的排水鉆孔14孔口處安裝有排水裝置，斜向下鉆出的排水鉆孔14孔口處封孔，排水鉆孔14軸線斜向上或斜向下的坡度不小于5%。 8%0，排水鉆孔14與順層長(zhǎng)鉆孔3軸線之間的距離以豎向大裂縫5的最大影響松動(dòng)圈確定，或?yàn)樨Q向大裂縫5直徑的0.5^3倍。所述斜向下鉆出的排水鉆孔14與一個(gè)地面垂直井2交匯貫通。所述的排水鉆孔14在目標(biāo)抽采煤層I中沿底板8施工或在底板8內(nèi)施工。同一目標(biāo)抽采煤層I中同一豎向平面上布置有多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔3時(shí)，僅在靠近底板8的順層長(zhǎng)鉆孔3下方布置排水鉆孔14。排水鉆孔14為普通鉆孔，排水鉆孔14與靠近目標(biāo)抽采煤層I底板8的順層長(zhǎng)鉆孔3的裂隙影響帶溝通，且排水鉆孔14要保持出水口處位置最低，以利于積水的排出。排水鉆孔14為斜向上鉆出時(shí)，排水鉆孔14的孔口處為出水口 ；排水鉆孔14為斜向下鉆出時(shí)，與地面垂直井2交匯貫通，以地面垂直井2為排水通道，排水鉆孔14與地面垂直井2連通處為出水口。排水鉆孔14還可以先斜向上鉆再斜向下鉆最后與地面垂直井2交匯貫通，且孔口處安裝排水裝置，這樣鉆出的排水鉆孔14的排水方法結(jié)合了上述兩種排水鉆孔14的排水方法，其兩頭都是出水口。所述位于同一目標(biāo)抽采煤層I中的多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔3為平行設(shè)置，或?yàn)榻徊嬖O(shè)置。所述連接孔6為在目標(biāo)抽采煤層I中單獨(dú)鉆出，或?yàn)閺捻槍娱L(zhǎng)鉆孔3中斜向鉆出。所述相鄰兩個(gè)平行設(shè)置的順層長(zhǎng)鉆孔3之間的間距為其上豎向大裂縫5直徑的5-8 倍。所述順層長(zhǎng)鉆孔3的直徑可取$ 75 100mm。其上豎向大裂縫5的寬度為20_40mm，半徑為500-1000mm ;在現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)目標(biāo)抽采煤層I中的順層長(zhǎng)鉆孔3施工豎向大裂縫5時(shí)，高壓水射流的流量為120 200L/min，鉆具的旋轉(zhuǎn)速度為5(Tl00 r/min，豎向大裂縫5的切割時(shí)間可根據(jù)孔口返渣情況確定，觀察孔口返渣變小時(shí)停止切割，一般為1(T20 min，然后降低水壓，勻速旋轉(zhuǎn)退鉆。一個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔3中相鄰兩個(gè)豎向大裂縫5之間的間距根據(jù)目標(biāo)抽采煤層I煤層氣含量、煤層氣壓力、鉆孔抽放時(shí)間綜合確定，根據(jù)現(xiàn)有煤礦井下實(shí)際情況，一般可取為8 10m，即所述鉆具退后一次為8 10m，同時(shí)，退鉆速度為l 3m /min。本發(fā)明方法可根據(jù)目標(biāo)抽采煤層I堅(jiān)硬程度及夾矸層數(shù)、厚度與分布情況，在所述高壓水中增加磨料，磨料采用7(Tl20目石英砂，石英砂在高壓水和石英砂混合物中體積占5%，形成高壓噴砂水射流，增加豎向大裂縫5半徑。每個(gè)鉆孔的封孔長(zhǎng)度均需大于5m。位于順層長(zhǎng)鉆孔3孔口部位的豎向大裂縫5距孔口的距離為15 20m。為了減少井下順層長(zhǎng)鉆孔3和地面垂直井2的交匯難度和增加抽采效率，在所述步驟c之前可對(duì)地面垂直井2上與順層長(zhǎng)鉆孔3交匯的區(qū)域?qū)嵤┒囱〝U(kuò)大。如圖2所示，位于頂板7和底板8之間的目標(biāo)抽采煤層I由一層或多層的光亮煤
9、半亮煤10、半暗煤11、暗煤12和夾矸13組成，其中，又分布有各種割理，本發(fā)明所公開(kāi)方法中的豎向大裂縫5很好的導(dǎo)通了不同的層理和割理，改善了目標(biāo)抽采煤層I的滲透性。本發(fā)明方法可以是全新施工，也可以是對(duì)原有地面垂直井2進(jìn)行增產(chǎn)改造。如果井下順層長(zhǎng)鉆孔3和地面垂直井2可同時(shí)實(shí)施交匯，為了減少交匯難度和增加抽采效率，可對(duì)交匯區(qū)實(shí)施洞穴擴(kuò)大；如果井下煤層氣抽放巷4距離最近的地面垂直井2很遠(yuǎn)，無(wú)法同時(shí)完成井下順層長(zhǎng)鉆孔3和地面垂直井2的施工交匯，可首先施工地面垂直井2并進(jìn)行水力壓裂加支撐劑，對(duì)目標(biāo)抽采煤層I先進(jìn)行煤層氣抽放，等條件具備后，即煤層氣抽放巷4打通到地面垂直井2附近時(shí)，再?gòu)拿簩託獬榉畔?中施工順層長(zhǎng)鉆孔3與地面垂直井2溝通，對(duì)目標(biāo)抽采煤層I實(shí)施滲透性改造，提高煤層氣的抽采效率，對(duì)目標(biāo)抽采煤層I進(jìn)行二次抽米。實(shí)施實(shí)例I
地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，參照?qǐng)D1和圖4所示方式布置地面垂直井2和順層長(zhǎng)鉆孔3。預(yù)抽采盤(pán)區(qū)井下已施工煤層氣抽放巷4，目標(biāo)抽采煤層I厚度為
2.5m，為了在規(guī)定時(shí)間，使預(yù)抽區(qū)塊煤層氣含量降到8m3/t以下，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)有施工隊(duì)伍、施工機(jī)具和地面臨近抽放管路的布置情況，采用地面垂直井2與井下順層長(zhǎng)鉆孔3聯(lián)合抽放的方法。先施工地面垂直井2，地面垂直井2上目標(biāo)抽采煤層I段采用洞穴擴(kuò)大。同時(shí)，在煤層氣抽放巷4中采用千米鉆機(jī)在目標(biāo)抽采煤層I中鉆進(jìn)順層長(zhǎng)鉆孔3，順層長(zhǎng)鉆孔3直徑096_。在鉆孔達(dá)到預(yù)定深度后，用清水清洗鉆桿通道，退鉆，在鉆孔底部第一個(gè)豎向大裂縫5設(shè)計(jì)位置，鉆桿原位旋轉(zhuǎn)，增加液壓，應(yīng)用高壓水射流豎向大裂縫切割裝置，在垂直順層長(zhǎng)鉆孔3軸線平面切割豎向大裂縫5，造縫壓力可取25 35 MPa,切割時(shí)間1(T20 min，旋轉(zhuǎn)速度60r/min，另外，可根據(jù)目標(biāo)抽采煤層I堅(jiān)硬程度及夾矸層數(shù)、厚度與分布情況，對(duì)水射流增加磨料，磨料采用7(TllO目石英砂，石英砂在高壓水和石英砂混合物中體積占5%左右，形成高壓噴砂水射流，增加豎向大裂縫5半徑?，F(xiàn)場(chǎng)豎向大裂縫5切割時(shí)間可根據(jù)孔口返渣情況確定，觀察孔口返渣變小時(shí)，降低水壓，停止豎向大裂縫5切害I]，完成第一個(gè)豎向大裂縫5。降低水壓，勻速旋轉(zhuǎn)退鉆，退鉆速率為f 3m /min，壓力控制在15 MPa左右，邊退鉆邊對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔3孔壁采用水射流沖洗，退鉆ClOm后，到達(dá)第二個(gè)造縫位置，鉆桿原位旋轉(zhuǎn)，重新增加水流壓力，進(jìn)行第二個(gè)豎向大裂縫5的施工，施工參數(shù)同前，由此完成第二個(gè)豎向大裂縫5后，降壓，邊退鉆邊對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔3孔壁沖洗，依此類推，按照設(shè)計(jì)的豎向大裂縫5間距，從里到外依次施工所有豎向大裂縫5和沖洗除孔口封孔段外的所有孔壁，直至距孔口 15m處完成最后一個(gè)豎向大裂縫5，所述豎向大裂縫5直徑大小約為100(T2000mm;在目標(biāo)抽采煤層I中鉆兩個(gè)以上帶豎向大裂縫5的順層長(zhǎng)鉆孔3，然后在目標(biāo)抽采煤層I中鉆一個(gè)或多個(gè)連接孔6，連接孔6將多條順層長(zhǎng)鉆孔3連通，或?qū)⒌孛娲怪本?與多條順層長(zhǎng)鉆孔3連通，使得每條順層長(zhǎng)鉆孔3均直接或間接的與至少一個(gè)地面垂直井2交匯貫通；將順層長(zhǎng)鉆孔3和連接孔6的孔口處用封孔材料封孔，封孔長(zhǎng)度大于5 8m。為了減少順層長(zhǎng)鉆孔3內(nèi)和豎向大裂縫5下半圓內(nèi)積水，在順層長(zhǎng)鉆孔3下方按不小于5%。 8%。的坡度斜向上施工排水鉆孔14，排水鉆孔14與順層長(zhǎng)鉆孔3軸線之間的距離為2.5d (d為豎向大裂縫5的直徑)，排水鉆孔14施工完成后，在孔口處安裝排水裝置。排水鉆孔14也可按不小于5%。1%。的坡度斜向下施工，并與地面垂直井2交匯貫通，排水鉆孔14的孔口處封孔，地下水直接排入地面垂直井2內(nèi)。目標(biāo)抽采煤層I中同一豎向平面上布置有多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔3時(shí)，僅在靠近底板8的順層長(zhǎng)鉆孔3下方布置排水鉆孔14 (見(jiàn)圖6)。對(duì)地面垂直井2下套管、固井、安裝煤層氣抽放泵，與地面煤層氣抽放管路連接，利用地面煤層氣抽放系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)抽米煤層I實(shí)施煤層氣抽放。上述過(guò)程中，多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔3平行布置，相鄰兩個(gè)平行的順層長(zhǎng)鉆孔3之間的間距按其上豎向大裂縫5直徑的5-8倍確定。連接孔6是根據(jù)順層長(zhǎng)鉆孔組布置間距、長(zhǎng)度及地面垂直井2的位置從不同位置按不同角度施工的，將多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔3連通，能夠較均勻地溝通目標(biāo)抽采煤層I中順層長(zhǎng)鉆孔組的各個(gè)長(zhǎng)度區(qū)間。實(shí)施實(shí)例2
應(yīng)用順層長(zhǎng)鉆孔3改造煤巖體滲透性，提高地面垂直井2抽采煤層氣產(chǎn)能，參照?qǐng)D1和圖4。某預(yù)抽盤(pán)區(qū)目標(biāo)抽采煤層I厚度為2.5m,先前已使用地面垂直井水力壓裂加支撐劑技術(shù)對(duì)盤(pán)區(qū)實(shí)施抽采，但抽采效果不理想，不能滿足開(kāi)采煤層煤層氣含量小于8m3/t的要求，同時(shí)根據(jù)井下采煤開(kāi)采進(jìn)度要求，需加快對(duì)開(kāi)采盤(pán)區(qū)進(jìn)行預(yù)抽放，為此，從井下施工煤層氣抽放巷4，并從煤層氣抽放巷4中施工順層長(zhǎng)鉆孔組，使順層長(zhǎng)鉆孔3溝通地面垂直井2壓裂區(qū)域，同時(shí)對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔3使用水射流施工垂直鉆孔軸向的豎向大裂縫5，改善煤層氣的滲透性。順層長(zhǎng)鉆孔3豎向大裂縫5直徑大小約為100(T2000mm，沿順層長(zhǎng)鉆孔3軸線布置，豎向大裂縫5間距在8 10m之間，帶豎向大裂縫5的順層長(zhǎng)鉆孔組、連接孔6和排水鉆孔14的布置與具體施工方法及參數(shù)同實(shí)施實(shí)例1，所有與地面垂直井2連接的順層長(zhǎng)鉆孔組、連接孔6及排水鉆孔14施工完成后，利用排水鉆孔14排放順層長(zhǎng)鉆孔3內(nèi)地下水，并利用地面垂直井2原有抽放管道，對(duì)預(yù)抽放盤(pán)區(qū)進(jìn)行抽放，達(dá)到了在規(guī)定時(shí)間煤層氣含量小于8m3/t的要求，取得了較好的抽放效果。實(shí)施實(shí)例3
地面垂直井2與多個(gè)目標(biāo)抽采煤層I的順層長(zhǎng)鉆孔3相連通，利用順層長(zhǎng)鉆孔3改造多層煤巖體的滲透性，提高抽采煤層氣產(chǎn)能，參照?qǐng)D4和圖5。每個(gè)目標(biāo)抽采煤層I的順層長(zhǎng)鉆孔3、連接孔6和排水鉆孔14的布置方式和施工方法參見(jiàn)實(shí)施實(shí)例2和實(shí)施實(shí)例1，不同之處僅僅是，多層目標(biāo)抽采煤層I的順層長(zhǎng)鉆孔3均與地面垂直井2相連通。這樣可以減少地面垂直井2的施工，減少成本和工期。
權(quán)利要求
1.地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于包括以下步驟: a、地上施工一個(gè)或多個(gè)地面垂直井(2)到達(dá)至少一層目標(biāo)抽采煤層(I)； b、按照目標(biāo)抽米煤層(I)的分布施工井下煤層氣抽放巷(4)； C、在所述的煤層氣抽放巷(4)中向一層目標(biāo)抽采煤層(I)中鉆預(yù)定深度的順層長(zhǎng)鉆孔(3)； d、退鉆到鉆具不受頂壓時(shí)，向鉆具內(nèi)通入25 35MPa的高壓水，鉆具原地旋轉(zhuǎn)，通過(guò)高壓水射流在垂直順層長(zhǎng)鉆孔(3)軸線的平面上形成一豎向大裂縫(5); e、繼續(xù)退鉆，在退鉆過(guò)程中，降低水壓到l(Tl5MPa，對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔(3)的孔壁進(jìn)行沖洗，鉆具退后一段距離后停住，用步驟d中的方法施工一新的豎向大裂縫(5)； f、重復(fù)步驟e，使順層長(zhǎng)鉆孔(3)上形成多個(gè)豎向大裂縫(5)，且位于順層長(zhǎng)鉆孔(3)孔口部位的豎向大裂縫(5)距孔口有一設(shè)定距離，以使順層長(zhǎng)鉆孔(3)的孔口部位留有至少5m的封孔長(zhǎng)度； g、停止高壓水射流，退出鉆具，并用封孔材料對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔(3)封孔； h、目標(biāo)抽采煤層(I)為多層時(shí)，依次在每層目標(biāo)抽采煤層(I)中按步驟c g鉆出帶豎向大裂縫(5)的順層 長(zhǎng)鉆孔(3);地面垂直井(2)下套管、固井、安裝煤層氣抽放泵，與地面煤層氣抽放管路連接，利用地面煤層氣抽放系統(tǒng)對(duì)一層或多層目標(biāo)抽米煤層(I)實(shí)施煤層氣抽放； 步驟c和步驟h中所述的順層長(zhǎng)鉆孔(3)與至少一個(gè)地面垂直井(2)交匯貫通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于:重復(fù)步驟c g，在每層目標(biāo)抽采煤層(I)中均形成兩個(gè)以上帶豎向大裂縫(5)的順層長(zhǎng)鉆孔(3 );然后在每層目標(biāo)抽采煤層(I)中均鉆一個(gè)或多個(gè)連接孔(6 );所述連接孔(6 )將其所在目標(biāo)抽采煤層(I)中的多條順層長(zhǎng)鉆孔(3)連通，或?qū)⑵渌谀繕?biāo)抽采煤層(I)中的多條順層長(zhǎng)鉆孔(3)與地面垂直井(2)連通，使得每條順層長(zhǎng)鉆孔(3)均直接或間接的與至少一個(gè)地面垂直井(2)交匯貫通；所述連接孔(6)的孔口處用封孔材料封孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于:在所述每層目標(biāo)抽采煤層(I)上，順層長(zhǎng)鉆孔(3)的下方，斜向上或斜向下鉆排水鉆孔(14)，斜向上鉆出的排水鉆孔(14)孔口處安裝有排水裝置，斜向下鉆出的排水鉆孔(14)孔口處封孔，排水鉆孔(14)軸線斜向上或斜向下的坡度不小于5%。 8%。，排水鉆孔(14)與順層長(zhǎng)鉆孔(3)軸線之間的距離以豎向大裂縫(5)的最大影響松動(dòng)圈確定，或?yàn)樨Q向大裂縫(5)直徑的0.5 3倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于:所述斜向下鉆出的排水鉆孔(14)與一個(gè)地面垂直井(2)交匯貫通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于:所述的排水鉆孔(14)在目標(biāo)抽采煤層(I)中沿底板(8)施工或在底板(8)內(nèi)施工。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于:同一目標(biāo)抽采煤層(I)中同一豎向平面上布置有多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔(3)時(shí)，僅在靠近底板(8 )的順層長(zhǎng)鉆孔(3 )下方布置排水鉆孔(14 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的順層長(zhǎng)鉆孔割縫洗孔一體化抽采煤層氣方法，其特征在于:在所述步驟c之前對(duì)地面垂直井(2)上與順層長(zhǎng)鉆孔(3)交匯的區(qū)域?qū)嵤┒囱〝U(kuò)大。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于:所述位于同一目標(biāo)抽采煤層(I)中的多個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔(3)為平行設(shè)置，或?yàn)榻徊嬖O(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于:所述連接孔(6)為在目標(biāo)抽采煤層(I)中單獨(dú)鉆出，或?yàn)閺捻槍娱L(zhǎng)鉆孔(3)中斜向鉆出。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，其特征在于:所述相鄰兩個(gè)平行設(shè)置的順層長(zhǎng)鉆孔(3)之間的間距為其上豎向大裂縫(5)直徑的5-8倍 。
全文摘要
本發(fā)明地面垂直井與順層長(zhǎng)鉆孔聯(lián)合抽采煤層氣方法，屬于煤巖體滲透性改善與煤層氣抽采方法技術(shù)領(lǐng)域；要解決的問(wèn)題為提供一種把地面垂直井與井下順層長(zhǎng)鉆孔相結(jié)合，以較低經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)高效抽采煤層氣的方法；采用的技術(shù)方案為a、施工地面垂直井；b、施工井下煤層氣抽放巷；c、向目標(biāo)抽采煤層中鉆與地面垂直井交匯的順層長(zhǎng)鉆孔；d、向鉆具內(nèi)通入高壓水，原地旋轉(zhuǎn)，形成一豎向大裂縫；e、繼續(xù)退鉆，退后一段距離后停住，用步驟d中的方法施工一新的豎向大裂縫；f、重復(fù)步驟e，使順層長(zhǎng)鉆孔上形成多個(gè)豎向大裂縫；g、退出鉆具，對(duì)順層長(zhǎng)鉆孔封孔；I、將地面垂直井與地面煤層氣抽放管路連接，實(shí)施煤層氣抽放；本發(fā)明抽采效率高、實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)E21B43/00GK103104222SQ201310040300
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者李建軍, 韓文梅, 毛虎平, 董彥莉, 白培康, 程志, 劉亞玲, 魏月娟, 薛建英, 靳小俊, 劉蘭, 朱晉華, 韓云山, 耿少波, 王萬(wàn)月, 張洪萍, 史秀琴 申請(qǐng)人:中北大學(xué)