[发明专利]一种地面瓦斯抽采剪切失效钻井水力切割恢复系统及方法

说明书

本发明公开了一种地面瓦斯抽采剪切失效钻井水力切割恢复系统及方法，水力切割恢复系统包括井孔修复部分和地面控制部分；井孔修复部分包括主撑杆和水力切割修复装置，水力切割修复装置包括上定位部、下回转部和水射流喷枪；地面控制部分包括水射流高压泵站、主撑杆回转装置和集中电控单元。本发明根据视频探测反馈的图像数据通过计算机建模确定错断变形区域的深度以及需切除端面和孔壁的具体切割高度和切割方位角后，采用对瓦斯抽采钻井错断变形区域进行水力切割的修复方式，使瓦斯抽采钻井错断变形区域的错断井孔通过水力切割面形成的倾斜过渡通道实现错断变形段的连通，特别适用于对已发生严重错断变形的瓦斯抽采钻井的井孔进行修复。

技术领域

本发明涉及一种水力切割恢复系统及方法，具体是一种适用于对地面瓦斯抽采剪切失效钻井的错断变形区域进行修复、以使地面瓦斯抽采剪切失效钻井恢复抽采能力的水力切割恢复系统及方法，属于煤矿瓦斯灾害防治与高效开发技术领域。

背景技术

煤层瓦斯在煤炭开采过程中会释放到采掘空间中而导致瓦斯超限，从而给矿井生产带来危险隐患、严重制约煤矿的安全生产。瓦斯抽采是矿井瓦斯灾害防治的根本措施，目前煤层瓦斯的开采方法主要有两种：一是通过地面钻井进行负压抽采，二是通过井下钻孔进行负压抽采。其中利用地面瓦斯抽采钻井进行负压抽采的方式基本都是从地面开孔并竖直向下钻孔施工井身，至煤层上方10～30m的位置停钻，井身深度一般都超过300m，然后在钻井井身内设置套管以加固井身、并作为瓦斯从井下流通至地面的唯一流通通道，一般而言，为了降低施工难度，钻井施工均是在采煤工作面回采前完成，地面瓦斯抽采钻井进行负压抽采的方式具有抽采瓦斯流量大、浓度高，对井下采空区瓦斯涌出控制效果好，且不受井下生产开拓布局影响的优点，广泛应用于各大煤矿。

当井下采煤工作面推进经过瓦斯抽采钻井下方的煤层后，采场上覆岩层垮落、下沉，在竖向方向上形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，利用采场上覆岩层运动形成的裂隙通道网络，地面瓦斯抽采钻井可以实现大流量、高浓度的卸压瓦斯抽采。然而，采场上覆岩层运动也会对钻井井身产生剪切、挤压、拉伸等作用力，极易造成井身套管发生剪切、挤压等变形。一旦井身套管发生变形，则抽采的瓦斯气流会在套管变形区域产生较大的局部阻力，从而加大抽采泵的抽采负压、降低抽采流量，进而导致瓦斯抽采能力大幅度降低。数据统计表明，剪切变形是井身套管变形发生概率最大的变形形式，也是导致抽采负压上升、影响瓦斯抽采效果的主要变形形式。若相邻岩层的相对移动量较大，则会导致井身套管剪切变形量增大，甚至会完全破断堵塞瓦斯流动通道、导致瓦斯抽采钻井完全失去抽采能力。

在钻井抽采卸压瓦斯的实际工程应用中，一旦出现因井身套管变形破断导致的流量大幅度下降甚至失去抽采能力后，往往是放弃该瓦斯抽采钻井、将该瓦斯抽采钻井作为废井处理，由于瓦斯抽采钻井施工通常是在采煤工作面回采前完成，因此不仅不能发挥钻井抽采以降低井下瓦斯涌出量的作用，而且造成巨大的经济损失。因此，修复已变形破断的瓦斯抽采钻井的井身错断变形区域，使已变形破断的瓦斯抽采钻井恢复抽采能力，具有显著的经济效益和社会意义。

现有技术中，针对竖直钻井的井身进行修复多见于石油和天然气的开采，由于石油和天然气的开采通常采取向油田注水或注气以补充和合理利用地层能量、提高采收率及开发速度，且石油和天然气开采过程中通常在将含油气岩层压裂处理后高压压入含有陶粒砂的压裂支撑剂进行填充支撑、以使含油气岩层裂隙不因应力释放而闭合，因此石油和天然气的开采不会造成油田上方的上覆岩层垮落下沉，常规的地壳运动通常只会造成生产井井身套管的轻微挤压缩径变形、而不会造成如煤矿瓦斯抽采钻井的大变形剪切破断。因此针对石油和天然气开采的生产井的井身修复多是采用液压控制的滚轮或膨胀机构等修复设备对缩径变形套管进行挤压、使其恢复圆度的方式来进行整形修复，然而针对已剪切破断、甚至完全错位破断的井孔，一方面修复设备不便于进入破断区域，另一方面，即使修复设备进入破断区域，但这种通过扩径整形的修复方式也无法完成错位破断井孔的修复。

发明内容