[发明专利]一种垮落式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法

权利要求书

1.一种垮落式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据矿井采掘情况、煤层柱状图以及井上下对照图已有地质采掘资料，同时运用物理勘探手段对已开挖的老空区进行现场勘测，明确获得上部已开挖的老空区参数，下部煤层与上部老空区之间的距离D，所述老空区参数包括老空区开挖范围、空洞、煤柱分布情况；

2) 由地面向垮落式老空区底板与下部煤层之间的中间岩层处施工水平井；

水平井由井下向地面延伸处依次分为水平井水平段、造斜段、水平井垂直段以及水平井地面端，其中水平井地面端通过三通分两条支路：抽采管和压裂管，其中抽采管上设有阀门Ⅰ，压裂管上设有阀门Ⅱ，对水平井垂直段近地面端进行密封形成密封段Ⅰ，地面设有密封装置Ⅰ；

3）由压裂管下放分段压裂设备，对水平井水平段与上部垮落式老空区底板之间的层间岩层实施定向压裂；

4）打开阀门Ⅰ由抽采管对水平井进行第一次煤层气抽采，记录此时单位时间内煤层气抽采量为Q₁；

5）当单位时间内煤层气抽采量下降至Q₁的20%~40%时，关闭阀门Ⅰ，停抽12~36小时，之后再次打开阀门Ⅰ，同时降低抽采压力继续进行煤层气抽采；当单位时间内煤层气抽采量再次下降至Q₁的20%~40%时，再次关闭阀门Ⅰ，停抽12~36小时，之后再次打开阀门Ⅰ，再次降低抽采压力进行煤层气抽采；循环上述停抽-降压抽采的过程，直至抽采压力降低至比大气压低80~100kpa；

6）当单位时间内煤层气抽采量下降至Q₁的10%以下时，关闭阀门Ⅰ，由压裂管下放分段压裂设备，对水平定向井水平段与下部煤层之间的层间岩层以及下部煤层实施定向压裂；

7）自老空区另一侧边界煤柱处施工一口排采直井，所述排采直井与水平井水平段连通；在排采直井处安设排采设备，排采设备由井下到地面部分依次设有抽油泵、抽油管，抽油管内设有抽油杆，地面设置的抽油机通过抽油杆驱动抽油泵对排采直井内的水进行排采；抽油管地面端连接排水管，排采直井近地面端进行密封，在排水管下方设有抽气管，其中抽油管、排水管排水，抽气管进行煤层气抽采；

排采直井地面端设有抽气管、排水管，抽气管上设有阀门Ⅲ，排水管上设有阀门Ⅳ，打开阀门Ⅲ、阀门Ⅳ，同时关闭阀门Ⅰ和阀门Ⅱ，由地面抽油机通过抽油杆带动抽油泵工作，对排采直井进行排水并抽采煤层气，记录排采中单位时间煤层气最大抽采量Q₂；

8）当单位时间内煤层气抽采量下降至Q₂的20%以下时，关闭阀门Ⅲ、阀门Ⅳ，打开阀门Ⅱ由压裂管向水平井内注入10~30MPa的CO₂气体8~36小时，之后关闭地面上阀门Ⅱ，静待12~48小时，之后再次打开阀门Ⅰ进行煤层气排采；

9）当单位时间内煤层气抽采量再次下降至Q₂的20%以下时，再次关闭阀门Ⅲ、阀门Ⅳ，打开阀门Ⅱ由压裂管向水平井内注入温度为32~50℃、压力为8~20MPa的超临界CO₂ 24~72小时，关闭阀门Ⅱ，静待12~48小时，之后再次打开阀门Ⅲ、阀门Ⅳ进行煤层气排采；

10）当单位时间内煤层气抽采量下降至Q₂的10%以下时，停止煤层气抽采。

2.根据权利要求书1所述的垮落式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法，其特征在于：所述的水平井垂直段从老空区边界煤柱中穿过，与边界煤柱端部的水平距离为10~60米，造斜段造斜点选取则由已确定的水平井水平段、水平井垂直段层位以及现场钻井工艺决定。

3.根据权利要求书1所述的垮落式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法，其特征在于：所述定向压裂具体方式为套管限流压裂、多级封隔器分段压裂、定向水力喷射分段压裂技术中的一种。

4.根据权利要求1所述的垮落式老空区及下煤层煤层气联合开采的方法，其特征在于：所述排采直井从老空区另一侧边界煤柱中穿过，与边界煤柱端部的水平距离为10~60米，施工垂深至下部煤层底板以下4~10米范围内。