[发明专利]一种地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法，属于煤矿老空区残留煤层气抽采技术领域。

背景技术

二氧化碳的排减和处置成为当前科学的一个热门研究课题。地质处置被公认为是解决温室气体环境影响问题的有效途径之一。近年来，随着煤层开采技术的不断发展，煤炭开采后遗留下大量老空区，而这些老空区可作为一种优良二氧化碳储存地质体。由于我国煤炭回采率较低，老空区遗煤较多，残留煤体长期释放出数量可观的煤层气资源未被有效利用，最大限度地开采利用煤矿老空区内瓦斯意义重大。目前我国主要采用地面钻井对老空区内残留煤层气进行抽采，抽采效果并不理想。亟待寻求一种既能封存二氧化碳又能高效抽采煤矿老空区残留煤层气资源的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高煤矿老空区瓦斯抽采效率的地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法，并实现了对CO₂的老空区封存。

本发明的地面钻井抽采煤矿老空区残留煤层气的方法，包括第一次钻井并设置套管；第二次钻井至老空区上方的弯曲下沉带内且距裂隙带并向弯曲下沉带内注入水泥砂浆；第三次钻井至老空区上部的冒落带与裂隙带交界处并向钻井内插入抽采管且密封钻井井口；通过抽采管向老空区内注入CO₂ ；CO₂注气结束开始抽采老空区内残留煤层气，抽采管内CH₄浓度低于16%时，停止抽采残留煤层气。

本发明的具体步骤如下：

a、每隔200~300m由地面沿老空区中部向下施工直径为300～400mm，深度为3~5m的钻井。将直径为250～350mm的套管插入至钻井底部，沿套管外侧注入水泥砂浆固定套管。

b、由套管内向下继续施工直径为100～200mm的钻井至老空区上方的弯曲下沉带内且距裂隙带顶部5～10m。

c、套管上端通过法兰与注浆管相连，注浆管的另一端设有第一阀门，并与高压注浆泵连接。打开第一阀门，向弯曲下沉带内注入水泥砂浆形成气体防渗层。

d、由地面沿套管内再次施工直径为100～200mm的钻井至老空区上部的冒落带与裂隙带交界处。由地面向钻井内插入抽采管，密封钻井井口。抽采管上端经第二阀门与三通的端口Ⅰ连接，三通的端口Ⅱ经第三阀门与CO₂储气罐相连，三通的端口Ⅲ经阀门Ⅳ与泵站连接。

e、打开第二阀门、第三阀门，向老空区内注入CO₂，注入24～48h后关闭第二阀门、第三阀门，停止注入CO₂。

f、24～48h后，打开第二阀门和阀门Ⅳ，抽采老空区内残留煤层气，当抽采管内CH₄浓度低于16%时，关闭第二阀门和阀门Ⅳ，停止抽采残留煤层气。

g、重复步骤e和f，直至抽采的CH₄浓度始终低于16%后，关闭第二阀门和阀门Ⅳ。

本发明的有益效果在于：（1）结合套管与注浆管进行注浆，可由高压注浆泵将水泥砂浆直接压至注浆处，实现高效注浆；（2）向弯曲下沉带内注入水泥砂浆充填弯曲下沉带内的裂隙，形成气体防渗层，有效防止老空区内注入的CO₂泄露至地表；（3）巧妙运用CO₂密度大于CH₄以及老空区内破碎煤岩体对CO₂的吸附性更大的特性，在向老空区内注入CO₂的过程中，CO₂不断向老空区下部运移，而老空区内原本吸附的CH₄被置换出，并逐渐向上运移至老空区顶部积聚，此时由钻井将老空区内CH₄抽采出，极大地提高了老空区瓦斯抽采效率；（4）将CO₂封存至煤矿老空区，不仅减少了向大气中排放的CO₂量，缓解温室效应，同时可有效抑制老空区遗煤自然发火现象，增强了矿井安全性；（5）对老空区内原本被遗弃的残留煤层气资源进行抽采，实现了对能源的充分利用。

附图说明

图1是注浆过程示意图。

图2是向老空区注入CO₂示意图。

图3是抽采老空区残留煤层气示意图。

图中：1—地面，2—老空区，3—钻井，4—套管，5—水泥砂浆，

6—弯曲下沉带，7—裂隙带，8—法兰，9—注浆管，10—第一阀门，

11—注浆泵，12— 气体防渗层，13—冒落带，14—抽采管，

15—三通端口Ⅰ，16—三通端口Ⅱ，17—第二阀门，