[发明专利]地面压裂井下水平钻孔抽放煤层气方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种井下开采煤层气的方法，具体是井下采用抽放钻孔开采煤层气的方法。

背景技术

煤是以固定碳为主要成分的有机岩矿，含有一定量的挥发份物质，灰分在煤层中占有相当的比例，煤层气是泥碳混合物在煤化作用过程中生成的，其主要以吸附形式储存于煤岩之中，部分以溶解、游离状态储存于煤层水和煤层空隙、裂隙中。宏观的单一煤层是由众多更薄的煤层和夹矸构成，薄煤层、夹矸之间存在较大物性差异；煤岩的孔隙度极低，煤层中广泛发育垂向、成组型裂缝，但是裂缝的连通性较差，这使得煤层气开发较为困难，必须要通过水力压裂改造才可能实现其高效开发。煤层压裂的基本原理是利用水动力在井眼形成高压，当压力超过煤层抗压强度后，煤层裂缝张开并开始延伸。受围岩制约，裂缝在纵向上被限制在一定范围内；受煤层结构影响，裂缝在横向上沿煤层主裂缝和次裂缝在一定面积范围内延伸，主裂缝面延伸较长，次裂缝面也有一定宽度，压裂结果是在煤层中形成大量“T”型裂缝，人造裂缝将煤层原生和次生裂缝有效连通，裂缝效应改善煤层的渗流特性，提高煤层渗流能力。煤层压裂后，地面上利用专用排水设备，连续不断地对煤层进行排水降压，当煤层压力降到临界解吸压力后，在压力差与浓度差的双重作用下煤层甲烷脱离煤岩表面的吸附，进入到煤层孔隙和裂隙中，按照常规天然气的规律产出。

利用常规直井地面压裂抽排能够开发煤层气，但仍有其局限性，直井穿透煤层的有效距离有限，其开发煤层气效果会受影响；为此，采用了水平井及多分枝“鱼骨状”井来提高煤层气开发效果，但两种方法成本较高，对后期的作业措施及管理都会带来很大的不便；此外，地面抽采过程周期长，煤层气解吸速率慢，不利于采煤采气一体化的进程。

此外，人们从瓦斯抽采从钻孔层位、抽采目的考虑，提出了煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术，该技术主要包括顶板高位钻孔、沿煤层钻孔和穿层钻孔。该工艺目的性强，能够减少瓦斯突出风险。但由于煤层本身连通性较差，单纯地下钻孔抽排煤层气仍不能有效提高其开发作用距离。

 

发明内容

本发明的目的是解决传统的矿井瓦斯抽采模式对煤质松软、塌孔严重、煤层渗透率低的煤层进行瓦斯抽采钻孔施工难度大的问题，同时为加强矿井瓦斯抽放工作，保证矿井安全生产，提高井下钻孔透气性及瓦斯抽采效率，提供一种地面压裂井下水平钻孔抽放煤层气方法。

为解决以上问题，本发明采用的技术方案是：

一种地面压裂井下水平钻孔抽放煤层气方法，包括以下步骤：

1）布井设计

在距离巷道掘进面至少350m，或距离井下瓦斯抽放钻孔至少150m完成钻井及压裂施工，排液完毕后封井，等待井下实施瓦斯抽放钻孔，井间距为200～300m，煤层气井布置在距离回风巷30-50m；

2）地面钻井

对煤矿已掘巷道且没有施工井下煤层气抽放钻孔的区域，在地面施工垂直钻孔或定向钻孔，一开钻进至稳定基岩以下终孔，采用常规密度水泥固井；二开钻至见煤停钻，采用常规密度水泥固井；三开钻至目的煤层底板以下完钻；

3）水力压裂

完井后，进行水力加砂压裂，形成高渗透性压裂影响区，排液后对井口进行封堵，待井下钻孔抽放；

4）井下水平长钻孔

在煤矿矿井巷道内，沿主采煤层施工水平定向煤层气抽放钻孔形成水平钻孔影响区，水平钻孔影响区与压裂影响区沟通，实现井下负压抽放压裂影响区和水平钻孔影响区的煤层气开采。

 本发明思路是采用地面钻井，并进行水力加砂压裂，然后封井，在井下巷道内实施水平长钻孔以沟通水力压裂形成的人工裂缝，以此来提高井下瓦斯抽排效果，其特点是先实施地面压裂后实施井下水平长钻孔抽放。

采用本发明方法既可充分发挥压裂技术提高煤层渗透性的优势，又能充分发挥井下水平长钻孔抽采瓦斯的效率，可获得以下四方面的效果：

1) 突破传统煤层气抽采工作制度的束缚，对地质构造复杂、坚固煤层性及低渗煤层瓦斯的开发提供了一种有效的方法。

2) 通过实施压裂施工，提高煤层渗透性，进而提高井下钻孔透气性及瓦斯抽采量。

3)  通过井下负压抽放，能直接快速实现煤层气大规模解吸，解决了地面抽放开采煤层气周期长，气体解吸速率低的特点，适于煤矿开采区的瓦斯抽采。

4) 从安全角度讲，井下抽放能直接降低矿井附近煤层瓦斯含量，目的更为明确，能够减少或消除煤与瓦斯突出的危害。