[发明专利]一种用于瓦斯抽采钻井的冷热交替增产方法有效

专利信息
申请号: 201410507175.1 申请日: 2014-09-28
公开(公告)号: CN104314609A 公开(公告)日: 2015-01-28
发明(设计)人: 胡胜勇;李振;冯国瑞;白锦文;戚庭野;张玉江;郭军;张钰亭 申请(专利权)人: 太原理工大学
主分类号: E21F7/00 分类号: E21F7/00;E21B43/26
代理公司: 太原科卫专利事务所(普通合伙) 14100 代理人: 朱源
地址: 030024 *** 国省代码: 山西;14
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 瓦斯 钻井 冷热 交替 增产 方法
【说明书】:

技术领域

发明为一种用于瓦斯抽采钻井的冷热交替增产方法,涉及一种扩展煤体裂隙、提高瓦斯抽采量的方法。

背景技术

20世纪70年代,美国率先在世界上开展地面钻井抽采瓦斯工程,由于美国煤层透气性好,地面预抽瓦斯获得极大成功,至2004年,瓦斯产量达500亿m3;此外,澳大利亚、德国、前苏联和英国等国先后利用地面钻井技术抽采瓦斯,取得了不错的效果。我国在20世纪70年代末期开始进行地面钻井抽放瓦斯试验,主要在抚顺、阳泉、焦作和白沙等矿区施工了40多个地面预抽钻井,并开展了水力压裂试验,但瓦斯抽采效果不佳。

80年代末期,我国借鉴美国的成功经验,开展了煤层气地面勘探和开发的试验工作。在全国近20年的试验中,瓦斯抽采整体效果较差。美国地面钻井预抽瓦斯的经验表明,煤层气地面开发选区通常要求煤层的渗透率不低于9.87×10-15m2,而我国由于含煤地层一般都经历了成煤后的强烈构造运动,煤层内生裂隙系统遭到破坏,塑变性大大增强,因而成为低透气性的高可塑性结构,造成煤层渗透率普遍较低,通常都小于9.87×10-15m2,因此煤层的低渗透性是限制我国利用地面钻井预抽瓦斯效果的主要原因。

为了提高煤层渗透性,一般采用水力压裂技术进行煤层增透处理,但相关研究结果表明:水力致裂产生的裂缝主要沿垂直于最小主应力方向扩展,所产生的裂隙数量少,难以形成较长裂缝,未能对煤层储存产生体破裂效果,同时还存在压裂流体压力高的缺点。目前该技术在我国大部分矿区的应用效果还不太理想,相关的技术工艺有待进一步研究,同时也亟待开发新的地面钻井瓦斯增产方法,丰富我国的地面钻井高效抽采煤层瓦斯的技术体系。

发明内容

针对我国煤层孔裂隙发育程度低、具有的渗透率相对较低这一瓦斯抽采劣势,本发明提供了一种有效扩展煤体裂隙、提高瓦斯抽采量的方法。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:通过冷热交替改变水的存在状态,利用其热胀冷缩体积变大从而使煤体裂隙膨胀扩展。

一种用于瓦斯抽采钻井的冷热交替增产方法,具体实施步骤如下:

1)将地面钻井施工至超过煤层底板0.5~1m,依次向地面钻井内送入瓦斯抽采管、注气管,瓦斯抽采管送至煤层底板,注气管送至超过封孔段底部;其中瓦斯抽采管连有阀门Ⅰ,注气管连有阀门Ⅱ;

2)注水:打开阀门Ⅱ通过注气管向地面钻井内注入足量5~10MPa清水,使水进入地面钻井周边煤层中的裂隙中;

3)排水:打开阀门Ⅰ并保持阀门Ⅱ开启,通过注气管将1~2MPa的压缩空气注入地面钻井内,将地面钻井内的清水经瓦斯抽采管排出;

4)注冷:关闭阀门Ⅰ,打开阀门Ⅱ通过注气管向地面钻井内注入5~10MPa冷空气,注冷时间为1~3d,使地面钻井内的温度降至-20℃~-50℃;

5)关闭阀门Ⅱ,并保持2~5d,使煤层中水充分遇冷结冰,使裂隙遇冷继续发育、扩展;

6)注热:分别打开阀门Ⅰ、阀门Ⅱ,并通过注气管向地面钻井内注入温度为100℃~200℃的5~10MPa氮气,注入1~3d,使裂隙中冰热化成水蒸气并从瓦斯抽采管排出;

7) 分别关闭阀门Ⅰ和阀门Ⅱ,并保持2~5d,使裂隙中冰充分解冻;

8) 分别打开阀门Ⅰ和阀门Ⅱ,冷却3~5d,使地面钻井内温度降至常温;

9) 打开阀门Ⅰ和阀门Ⅱ, 通过注气管向地面钻井内注入5~10MPa压缩空气,使钻井内水分排出;

10) 关闭阀门Ⅱ,开始经地面钻井抽采煤层中的瓦斯;

11)当瓦斯抽采管内瓦斯流量低于5m3/min时,重复步骤2~9。

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