[发明专利]井下顺层长钻孔连串造穴抽采煤层气方法

说明书

 

技术领域

本发明属于抽采煤层气方法，具体是一种井下顺层长钻孔连串造穴抽采煤层气方法。

技术背景

井下钻孔抽采煤层气是煤矿瓦斯治理和消除煤与瓦斯突出的主要措施之一，通过抽采降低煤层瓦斯含量，减少巷道掘井和回采工作面回采时的瓦斯涌出量，降低煤与瓦斯突出的危险性。煤矿井下增加抽放煤层气的方法主要是通过增加钻孔密度，缩小钻孔间距，如采用密集钻孔；或改变煤层钻孔布置方式，如由平行钻孔改为交叉钻孔；或者增加抽放钻孔直径；或增加钻孔抽放负压的方法来提高煤层钻孔瓦斯抽放量，其缺点是增加了钻孔的施工量和钻孔进尺量以及工期和费用。在实践中发现，由于煤层渗透性差，裂隙不发育，在井下直接进行钻孔抽采，由于钻孔孔径较小，影响范围有限，瓦斯自然释放的速度和产量效果都比较差，抽采效果有时并不明显。所以本领域技术人员又开发出了在煤层中造穴的技术，通过造穴扩大煤层裸露面积，增大煤层裂隙，从而使煤层气溢出量增加。《中国煤层气》2007年7月，“煤层气造穴技术的实践与研究”一文详细介绍了如何利用高压气体造穴。

裸眼洞穴技术主要用于地面直井抽放，在地面抽放钻孔到达预抽放煤层时，在预抽放煤层段人为地制造裸眼洞穴。如公开专利号zl201010102300.2和zl200610047360.2。现造穴的常用方法有负压造穴、水力射流造穴、机械工具造穴和水力射流+机械式造穴技术。裸眼洞穴技术可以使煤层与井眼最大限度的连通，解除近井地带的污染，增大井眼的有效直径。但该技术仅仅用于地面直井煤层段制造单个洞穴，洞穴的影响范围有限，而且受到煤层厚度等诸多因素限制，造穴的直径也不可能无限扩大，不能很好的发挥洞穴改变煤层渗透性差，裂隙不发育的现状。

发明内容

本发明是为了克服现有的煤层顺层长钻孔孔径小、影响范围小和抽采效率低等不足，提供了一种井下顺层长钻孔连串造穴抽采煤层气方法。

本发明的技术方案如下，一种井下顺层长钻孔连串造穴抽采煤层气方法，煤矿井下钻场施工本煤层顺层长钻孔，在钻孔达到预定深度后，在退钻过程中对钻孔孔壁依次由里到外进行造穴，造穴起始位置位于钻孔底部，最后一个造穴位置为距孔口15~20m之间，钻孔施工完成后，在钻孔内出口处安装煤层气抽放管路，封孔，封孔长度大于5~8m，并把钻孔抽放管路与井下抽放系统相连，利用井下抽放泵站对这个抽放钻孔影响区的煤层气实施抽放。

钻孔开孔位置距煤层底板向上(1/3~1/2)煤厚处开孔，洞穴直径D为煤层厚度的1/4-1/6之间或者根据煤岩力学参数确定，造穴之间的距离为5-10倍的洞穴直径，

本发明优点：（1）本发明提供了一种通过施工本煤层顺层长钻孔并沿钻孔轴线进行间隔造穴的技术，通过连续造穴可以使本煤层中的所有储气区域都得到造穴的影响，从而提高煤层钻孔单孔抽采产能，扩大钻孔抽采范围，改造低渗透煤层渗透性，提高井下煤层气抽采效率。

（2）本发明实现了本煤层顺层长钻孔小孔径与造穴技术有机结合，可以实现钻进成孔与退钻造穴一次完成，避免钻孔塌孔，再进入困难的施工难题，并在退钻的过程中制造沿钻孔轴线分布的多个串珠状分布的洞穴，改变了钻孔轴线径向和洞穴周围一定范围内应力分布，打破了煤储层天然应力系统，使洞穴周围的煤层应力得到释放，在应力重新分布的过程中，钻孔壁和洞穴壁形成切向应力集中，围岩中形成应力塑性松动圈，在此过程中煤层发生张性与剪切破坏，产生新的裂缝，形成洞穴之间的干扰，造成煤层内处于封闭、半封闭状态的煤层裂缝相互沟通，形成大面积气渗流通道，从而改善了煤层的渗透性。

（3）充分利用了本煤层顺层长钻孔小孔径钻进长度长和洞穴孔壁煤层暴露面积大的优点。洞穴位置、洞穴间距和洞穴直径选择合理，可使洞穴之间应力既叠加，又相互作用，增加单孔煤层裸露面积、表面裂隙开启程度和洞穴塑性影响区范围，实现洞穴之间几乎无盲区，从而改造了煤层的渗透性。小孔径钻孔钻进长度长、费用低、施工难度低。钻孔造穴，增加了单孔煤层裸露面积。造穴完成以后的一段时间内，储层岩体在地应力作用下产生向洞穴的不均匀移动(沉降、侧移和破裂)，从而卸除了部分地应力，洞穴围岩中形成应力松动圈，使储层岩体中的原生裂隙张开，裂隙张开的宽度、长度和深度都增大，改善了储层的渗透性；同时洞穴围岩的不均匀变形与破坏，在横向张拉力的作用下产生破裂，形成再生裂隙，尤其使储层中的裂隙不发育层位（如煤层夹肝、暗煤条带）和裂隙发育层位的裂隙得到贯通，煤层裂隙连通进一步改善了储层的渗透性，在洞穴周围形成易于流体流动的汇聚区，提高了煤层气的开采率，同时缩短了抽采时间，提高了抽采效率。