[发明专利]一种煤层气井上下立体联合抽采方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种煤层气抽采的方法，尤其涉及一种煤层气井上下立体联合抽采的方法。

背景技术

煤层气作为一种清洁能源，其开发利用有利于我国能源结构的调整。由于我国煤储层具有“三低一高”（低饱和度、低渗透性、低储层压力，高变质程度）的特点（袁亮，2013），要提高煤层气开发效率，当务之急是克服以上煤储层特点产生的难题。对于我国煤储层的低渗透性，地面开采时，大多采用水力压裂改造；井下抽采采用卸压的方式，在煤层上方开采保护层或专用抽采巷道抽采煤层瓦斯。煤层气地面开采，目前大都采用直井，且井筒常常穿过煤层，这给后期的煤炭开采带来了潜在的危害。

煤炭开采后，采空区上方由下至上会形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。冒落带中，顶板垮落；裂隙带中成段拆断或产生许多裂隙，但不冒落仍整齐排列，其高度一般为煤层厚度的5~8倍，会形成离层裂隙和竖向破断裂隙，竖向破断裂隙沟通了上下层间煤层气运移的通道（李超，2013）；裂隙带上方直到地表的岩层为弯曲下沉带，这部分岩层不产生裂隙或仅产生极微小的裂隙。

比较而言，采空区抽采则具有明显的优势，它既不需要大规模改造煤储层，又能提高渗透率；同时，采空区煤层气抽采还有利于井下瓦斯治理和煤炭开采。根据相关资料（袁亮，2013；郭亮，2013；秦跃平，2008）可知，煤层气联合抽采技术目前在采空区大多采用直井抽采，井筒终孔位置一般布置在裂隙带下限的1/3处。由于直井的有效卸压面积有限，井筒底部又接近冒落带，煤炭开采后井筒的稳定性也不易保持，最终难以达到“一井多用”的目的。目前煤层气抽采管径一般在200 mm以下，而澳大利亚常用的采空区地面钻井内径通常为200～250 mm，瓦斯抽采效果良好。袁亮等（2013）通过现场试验也证明了大直径地面钻井比普通直径地面钻井更加稳定，保证了出气量。同时，袁亮等（2013）通过数值模拟和现场试验证明，地面钻孔靠近回风巷一侧，抽采效果更好。

目前采用一种更优越的抽采方法，十分重要的显现出来。

发明内容

为了解决现有井上下联合抽采方法的不足，本发明提供了一种煤层气井上下立体联合抽采方法，该一种煤层气井上下立体联合抽采方法根据前人井上下联合抽采的经验、理论基础及现场试验，提出了三区，即未采区、开采区和采空区联合抽采方案。该方案可实现三区立体式抽采，同时也提高了井下抽采效率，能够实现井上下联合抽采和“一井多用”的目标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种煤层气井上下立体联合抽采方法，包括垂直井、水平井与垂直井对接、水平井水平段、冒落带、弯曲下沉带、水平井、裂隙带、回风巷、进风巷、分隔处、煤层、密封装置、井下抽采钻孔、采空区，在地面施工直立的垂直井和沿煤层开采方向的水平井，垂直井井筒底部和水平井水平段均位于裂隙带与弯曲下沉带的过渡区，该区距煤层顶板的高度一般为煤层厚度的5~8倍，在垂直井底部扩径，降低水平井与直井在此处的对接难度，该垂直井和水平井的抽采管径均大于200 mm，该抽采井的水平井的水平段与煤层之间有顶板冒落和水力压裂产生的裂缝相连通，将水平井水平段按煤炭设计的每次放顶长度分成若干段，按照设计的分隔长度，相邻分隔段之间保留一定的宽度，水力压裂时，避免将相邻分隔段之间压穿。直井1和水平井6抽采管的直立段端部与负压抽采设备相密封连接进行负压抽采。

该抽采井的设计位置为：在采空区上方形成的裂隙带与弯曲下沉带过渡区，该区距煤层顶板的高度一般为煤层厚度的5~8倍，平面图中，该井布置位置应选在回风巷和进风巷之间，并靠近回风巷一侧；其抽采井的布置密度应根据探测到的煤层被抽采范围确定，根据水平井能达到的抽采效果范围确定，经探测，根据其他地质情况，该抽采范围应定在200 m~300 m半径范围内。

在本发明中，抽采煤层气顺序包括：①.工作面规划和圈定阶段抽采、②.工作面采前预抽、③.采空区形成后边采边抽三个阶段。

①.工作面规划和圈定阶段抽采是利用压裂裂缝及煤层部分卸压对煤层及煤层上方围岩中气体进行抽采，在图4中，水平井井口密闭，仅用直井抽采，抽采方式为负压抽采，直到工作面开始回采；