[发明专利]用于从地面通到地下矿层的方法和系统

说明书

本申请是第200510096639.5号发明专利申请的分案申请，该申请是2001年7月20日提交的专利申请号为99815570.5的、题为“用于从地面通到地下矿层的方法和系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总的涉及地下矿层的开采，更具体地涉及用于从地面通到地下矿层的方法和系统。

背景技术

许多年来，发现了含有大量夹带的甲烷气体的煤的地下矿层，这些煤的地下矿层局限于从煤层中得到甲烷气体的生产中。但是，大量的问题阻碍了更广泛的开发和使用储存在煤层中的甲烷气体。从煤层中得到甲烷气体的首要问题是在煤层可能延伸至几千英亩的较大区域时，煤层在深度上相当浅，从几英寸到几米变化。因此，尽管煤层常常相当通到地面，但钻入到煤层中用于获得甲烷气体的竖直井仅能引流围绕煤层的相当小的半径范围。另外，对于经常用来从岩层中增加甲烷气体产量的压裂和其他方法，煤层是不可修复的。其结果是，一旦生产从煤层中的竖直井可容易排放出的气体，进一步的生产在容量上就受到了限制。此外，煤层经常与地下水相关，为生产甲烷必须从煤层中排放地下水。

已尝试水平钻井图形用来延伸暴露于用于引出气体的钻孔的煤层的数量。但是，这样的水平钻井技术需要使用一圆弧形的(radiused)井眼，该井眼难以从煤层中去除夹带的水。从地下井中抽取水的最有效的方法-抽吸杆泵在水平的或圆弧形的井眼中不能很好地工作。

关于地面生产来自煤层中的气体的另一问题是由于煤层的多孔性造成的欠平衡钻井状态所引起的困难。在竖直的和水平的地面钻井操作中，利用钻井流体将钻屑从井眼移送到地面。钻井流体在岩层上施加一流体静压，如果它超过岩层所能承受的流体静压，这将致使钻井流体丧失到岩层中。这使得所夹带的细小岩屑进入到岩层中，从而易于阻塞产生气体所需的孔、裂缝和裂痕。

地面生产来自煤层的甲烷气体的这些困难的结果，在开采之前必须从煤层中排除的甲烷气体已通过使用地下方法从煤层中排除。尽管使用地下方法可从煤层中容易地去除水并消除欠平衡钻井状况，但它们仅能够通过当前的开采操作通到暴露的有限量的煤层。例如，在进行长壁开采时，地下钻井设备用来钻削从正在被开采的面进入到而后将被开采的相邻面的水平孔。地下钻井设备的局限限制了这些水平孔的到达范围，由此限制了能够有效排放的区域。此外，下一个面的脱气在当前面的开采中限制了脱气时间。其结果是，必须钻削许多水平孔以在有限的时期内去除气体。另外，在较高的气体含量或气体通过煤层较多迁移的情况下，需要中止或延迟开采，直到下一个面能够被充分地脱气。这些生产上的延迟增加了与使煤层脱气相关的成本。

发明内容

本发明提供了用于从地面通到地下矿层的一改进的方法和系统，该方法或系统基本消除或减少了与现有系统和方法相关的缺点和问题。具体讲，本发明提供了带有与一水平空腔井相交的排放图形的一联接的井(articulated well)。该排放图形提供了从地面到较大地下区域的通路，同时竖直空腔井允许有效地取出和/或生产夹带的水、碳氢化合物及其它矿藏。

按照本发明的一个实施例，用于从地面通到地层的一方法包括从地面到该地层钻削出一基本竖直的井。从地面到该地层钻削出一联接的井。该联接的井在地面处水平偏离基本竖直的井，并在邻近地层的汇合处贯穿该基本竖直的井。通过联接的井钻削从汇合处进入到地层中的一基本水平的排放图形。

按照本发明的另一方面，该基本水平的排放图形可以包括一羽状图形，该羽状图形具有从该基本竖直的井延伸的、界定被该排放图形覆盖的一区域的第一端至该区域的一远端的一基本水平的对角井眼。第一组基本水平的边侧井眼彼此间隔开地在该对角井眼的第一侧上从该对角井眼延伸至位于该区域的周边。第二组基本水平的边侧井眼彼此间隔开地在该对角井眼的相对的第二侧上从该对角井眼延伸至该区域的周边。

按照本发明的另一方面，用于对一地层进行、以进行开采的一方法使用了基本竖直的井和联接的井以及该排放图形。水通过该排放图形从地层排放到基本竖直井的汇合处。通过该基本竖直的井将水从汇合处泵送到地面。通过基本竖直的井和联接的井中的至少一个从该地层生产气体。在完成脱气之后，通过该排放图形将水和其他添加剂注入到地层中来对该地层进行。

按照本发明的另一方面，设置一泵定位装置，以将一井下泵精确地定位在井眼的空腔中。