一種地面鉆井抽采煤礦老空區(qū)殘留煤層氣的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地面鉆井抽采煤礦老空區(qū)殘留煤層氣的方法，屬于煤礦老空區(qū)殘留煤層氣抽采技術領域。
【背景技術】
[0002]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(huán)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(fā)展，煤炭開采后遺留下大量老空區(qū)，而這些老空區(qū)可作為一種優(yōu)良二氧化碳儲存地質體。由于我國煤炭回采率較低，老空區(qū)遺煤較多，殘留煤體長期釋放出數(shù)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(qū)內瓦斯意義重大。目前我國主要采用地面鉆井對老空區(qū)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(qū)殘留煤層氣資源的方法。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種提高煤礦老空區(qū)瓦斯抽采效率的地面鉆井抽采煤礦老空區(qū)殘留煤層氣的方法，并實現(xiàn)了對0)2的老空區(qū)封存。
[0004]本發(fā)明的地面鉆井抽采煤礦老空區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)內注入CO2 ;co2注氣結束開始抽采老空區(qū)內殘留煤層氣，抽采管內014濃度低于16%時,停止抽米殘留煤層氣。
[0005]本發(fā)明的具體步驟如下:
a、每隔200~300m由地面沿老空區(qū)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。
[0006]b、由套管內向下繼續(xù)施工直徑為100?200mm的鉆井至老空區(qū)上方的彎曲下沉帶內且距裂隙帶頂部5?10m。
[0007]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。
[0008]d、由地面沿套管內再次施工直徑為100?200mm的鉆井至老空區(qū)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。
[0009]e、打開第二閥門、第三閥門，向老空區(qū)內注入CO2,注入24?48h后關閉第二閥門、
第三閥門，停止注入CO2。
[0010]f、24?48h后，打開第二閥門和閥門IV，抽采老空區(qū)內殘留煤層氣，當抽采管內CHJi度低于16%時，關閉第二閥門和閥門IV，停止抽采殘留煤層氣。
[0011]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。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:(I)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(xiàn)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(qū)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(qū)內破碎煤巖體對CO 2的吸附性更大的特性，在向老空區(qū)內注入CO 2的過程中，0)2不斷向老空區(qū)下部運移，而老空區(qū)內原本吸附的CH4被置換出，并逐漸向上運移至老空區(qū)頂部積聚，此時由鉆井將老空區(qū)內CH4抽采出，極大地提高了老空區(qū)瓦斯抽采效率；(4)將CO2封存至煤礦老空區(qū)，不僅減少了向大氣中排放的CO 2量，緩解溫室效應，同時可有效抑制老空區(qū)遺煤自然發(fā)火現(xiàn)象，增強了礦井安全性；(5)對老空區(qū)內原本被遺棄的殘留煤層氣資源進行抽采，實現(xiàn)了對能源的充分利用。
【附圖說明】
[0013]圖1是注漿過程示意圖。
[0014]圖2是向老空區(qū)注入0)2示意圖。
[0015]圖3是抽采老空區(qū)殘留煤層氣示意圖。
[0016]圖中:I一地面，2—老空區(qū)，3—鉆井，4一套管，5—水泥砂漿，
6—彎曲下沉帶，7—裂隙帶，8—法蘭，9一注漿管，10—第一閥門，
11 一注楽■泵，12一氣體防滲層，13一冒落帶，14一抽米管，
15—三通端口 I，16—三通端口 II，17—第二閥門，
18—002儲氣_，19一二通端口 III，20一第二閥 I ]，21—栗站。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發(fā)明的實例作進一步描述:
本發(fā)明的一種地面鉆井抽采煤礦老空區(qū)殘留煤層氣的方法:
每隔200~300m由地面(I)沿老空區(qū)(2)中部向下施工直徑為300?400mm，深度為3?5m的鉆井(3)。將直徑為250?350mm的套管(4)插入至鉆井(3)底部，沿套管⑷外側注入水泥砂漿(5)固定套管(4)。由套管(4)內向下繼續(xù)施工直徑為100?200_的鉆井
(3)至老空區(qū)(2)上方的彎曲下沉帶(6)內且距裂隙帶(7)頂部5?10m。套管(4)上端通過法蘭(8)與注漿管(9)相連，注漿管(9)的另一端設有第一閥門(10)，并與高壓注漿泵(11)連接。打開第一閥門(10)，向彎曲下沉帶￠)內注入水泥砂漿(5)形成氣體防滲層
(12)。由地面(I)沿套管(4)內再次施工直徑為100?200mm的鉆井(3)至老空區(qū)(2)上部的冒落帶(13)與裂隙帶(7)交界處。由地面(I)向鉆井(3)內插入抽采管(14)，密封鉆井⑶井口。抽采管(14)上端與三通端口 I (15)連接，三通端口 II (16)經第二閥門(17)與CO2儲氣罐(18)相連，三通端口III (19)經第三閥門(20)與泵站(21)連接。打開第二閥門(17)，向老空區(qū)⑵內注入CO2，注入過程中，由于0)2密度大于CH4，且老空區(qū)⑵內遺留的破碎煤巖對0)2的吸附性更強，CO2不斷向老空區(qū)(2)下部運移，老空區(qū)(2)內原本吸附的CHjJ置換出，并運移至老空區(qū)(2)頂部積聚。注入24?48h后關閉第二閥門(17)，停止注入C02。24?48h后，打開第三閥門(20)，抽采老空區(qū)(2)內殘留煤層氣，當抽采管
(14)內014濃度低于16%時，關閉第三閥門(20)，停止抽采殘留煤層氣。重復步驟e和f， 直至抽采的CH4濃度始終低于16%后，關閉第三閥門(20)。
【主權項】
1.一種地面鉆井抽采煤礦老空區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)內注入CO2 ;C02注氣結束開始抽采老空區(qū)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。
2.根據(jù)權利要求1所述一種地面鉆井抽采煤礦老空區(qū)殘留煤層氣的方法，其特征是具體操作步驟如下: a、每隔200?300m由地面(I)沿老空區(qū)(2)中部向下施工直徑為300?400mm，深度為3?5m的鉆井(3);將直徑為250?350mm的套管(4)插入至鉆井(3)底部，向套管(4)與井壁之間澆注水泥砂漿(5)，使套管(4)與井壁連接為一體； b、由套管(4)內向下施工直徑為100?200mm的鉆井(3)至老空區(qū)(2)上方的彎曲下沉帶(6)內且距裂隙帶(7)頂部5?1m; C、套管(4)上端通過法蘭(8)與注漿管(9)相連，注漿管(9)的另一端設有第一閥門(10)，并與高壓注漿泵(11)連接；打開第一閥門(10)，向彎曲下沉帶(6)內注入水泥砂漿(5)形成氣體防滲層(12); d、由地面(I)沿套管(4)內施工直徑為100?200mm的鉆井(3)至老空區(qū)(2)上部的冒落帶(13)與裂隙帶(7)交界處；由地面(I)向鉆井(3)內插入抽采管(14)，密封鉆井(3)井口 ；抽采管(14)上端與三通管的一個端口連接，三通管的另外兩個端口分別通過第二閥門(17)連接CO2儲氣罐、通過第三閥門(20)連接泵站(21)； e、打開第二閥門(17)，向老空區(qū)(2)內注入CO2,24?48h后關閉第二閥門(17)，停止注入CO2; f、24?48h后，打開第三閥門(20)，抽采老空區(qū)(2)內殘留煤層氣，當抽采管(14)內CHJi度低于16%時，關閉第三閥門(20)，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，關閉第三閥門(20)。
【專利摘要】一種地面鉆井抽采煤礦老空區(qū)殘留煤層氣的方法。首先由地面沿老空區(qū)中部向下施工深度為3~5m的鉆井，在鉆井內插入套管，由套管內向下繼續(xù)施工鉆井至彎曲下沉帶內。沿鉆井向彎曲下沉帶內注入水泥砂漿，形成氣體防滲層，防止注入老空區(qū)內的CO2向地面泄露。由地面沿套管內再次施工鉆井至冒落帶與裂隙帶交界處。向鉆井內插入抽采管，并由抽采管向冒落帶內注入CO2，由于CO2密度大于CH4，且老空區(qū)內遺留的破碎煤巖對CO2的吸附性更強，CO2不斷向老空區(qū)下部運移，老空區(qū)內原本吸附的CH4被置換出，并運移至老空區(qū)頂部積聚，再由鉆井進行抽采。本方法可極大地提高老空區(qū)內瓦斯抽采效率，同時可對CO2進行封存減少溫室氣體。
【IPC分類】E21B43-00
【公開號】CN104695908
【申請?zhí)枴緾N201510055379
【發(fā)明人】胡勝勇, 高嬙, 張祥, 陳春諫
【申請人】太原理工大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月3日