[发明专利]煤矿采空区地层重构与水平井钻完井方法

说明书

本发明涉及煤矿区瓦斯抽采领域，尤其涉及一种煤矿采空区地层重构与水平井钻完井方法。本发明采用地层重建方法克服了未垮落密实、未垮落的采空区水平井钻井施工难度，具有施工时间短、钻井效率高的特点，达到高效穿采空区钻进的目的；本发明采用地层重建方法，能够降低过采空区水平井钻井施工风险，提高施工成功率和施工效率，降低了大孔径钻孔的成本；本发明能够克服采空区井段固井压漏地层，具有对采空区井段分级固井的功能，降低固井施工风险，提高采空区井段的完井效果，确保后续水平井施工安全可靠。

技术领域

本发明涉及煤矿区瓦斯抽采领域，尤其涉及一种煤矿采空区地层重构与水平井钻完井方法。

技术背景

水平井在地面瓦斯抽放中具有影响范围大、抽采效率高、经济效益高的优势。随着煤矿完成对上组煤的采掘，下组煤的瓦斯地面抽采过程中需要解决穿采空区的钻完井施工问题。目前穿采空区的钻完井方法主要有采用注浆封堵、空气钻进加下套管等方式，注浆封堵方式适用于采掘完成时间较长的地层，当采空区上覆地层垮落后充填较密实，缝隙较小，可采用水泥浆等液态封堵材料对缝隙充填。而空气钻进加下套管方法则适用于采空区垮落充填不完全的地层，此时液态材料无法封堵和充填，而空气钻进加下套管方法需要扩大井眼直径，同时对井斜和井壁稳定性要求较高，当下组煤距离上组煤垂直距离较近时，水平井必须以大井斜穿越采空区，目前的方法难以保证穿越采空区的钻井质量，且钻井过程中漏失严重、封堵难度大，施工时间长、钻井效率低，加大了水平井施工风险和成本。

综上所述，目前穿采空区的水平井钻完井方法存在施工难度大、施工时间长、钻井效率低，穿越采空区成功率低、施工风险和成本高的特点，难以达到高效穿采空区钻进的目的。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿采空区地层重构与水平井钻完井方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿采空区地层重构与水平井钻完井方法，降低穿采空区水平井钻井施工风险，提高施工成功率和施工效率，实现高效穿采空区的地面煤层气水平井钻完井新技术。

为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿采空区地层重构与水平井钻完井方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：水平井一开钻进，钻进至基岩以下10-20m，提钻后下入表层套管、水泥固井，水泥返至地面；

步骤2：水平井二开采用定向钻具钻至采空区裂隙带上部时，提高泥浆密度和粘度继续强钻至采空区，并用钻头下探采空区深度H；

步骤3：起钻后再次下入光钻杆至接近采空区底板位置；

步骤4：按照重构层段所需体积，采用钻杆内输送方式投送骨料；

步骤5：下入带水力喷射钻头的钻具进行骨料堆型整理，使得每段骨料堆积均匀高度为h；

步骤6：下入注浆复合管柱，注入高强速凝材料，充填骨料孔隙空间重构第1段地层；

步骤7：采用逐段重构方法，由下往上重复步骤3、步骤4、步骤5和步骤6的程序，直至完成整个采空区人工地层重构；

步骤8：采空区地层重构结束后，继续二开钻进至下组煤水平段见煤点；若穿采空区仍有渗漏，采用步骤6方法封堵直至不渗漏为止；

步骤9：二开完钻后，下入技术套管，采用分级固井方法完成穿采空区井段的固井施工，水平井穿越采空区钻完井结束。

其中，步骤4中钻杆内输送方法，通过钻杆向采空区投送骨料为粒径1-2cm、圆球度＜0.5的石子，采用每次投送0.5m³后开泵使用泥浆进行推送，且投送过程中反复上提-下放钻杆，防止骨料在钻杆内外堆积，使得骨料沿着钻柱钻进轨迹方向均匀堆积，提高地层构建效果，同时防止钻杆内堵塞和钻杆外埋钻。