[发明专利]一种协同抽采垮落式老空区及下煤层煤层气的方法

摘要

本发明公开了一种协同抽采垮落式老空区及下煤层煤层气的方法。该方法首先对矿井进行勘测，由地面向老空区底板施工水平井，压入二氧化碳气体清洗，进行煤层气抽采；当煤层气单位时间抽采量下降到Q1的20%~40%，循环停抽‑降低抽采压力并再次抽采的过程；当抽采量下降到Q1的20%以下时，注入二氧化碳驱替并再次抽采；当抽采量再次下降到Q1的20%以下，压裂水平井与下煤层煤岩层，进行煤层气排采；当抽采量下降至Q2的20%以下时，进行超临界二氧化碳驱替；再次抽采直至抽采量下降到的Q2的10%时停抽。该方法实现了协同抽采垮落式老空区及临近薄煤层的煤层气，节约成本并最大限度抽采煤层气资源。

主权项

一种协同抽采垮落式老空区及下煤层煤层气的方法，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，老空区参数包括老空区开挖范围、空洞、煤柱分布情况；2）获得由上部煤层垮落式老空区开挖引起的底板破坏深度d；3）若D≦d则由地面向上部老空区底板和下部煤层顶板之间的中间岩层处施工水平井，打开阀门Ⅱ由注气管向水平井内压入1~2MPa的二氧化碳气体30~60分钟，对水平井进行清洗；若D﹥d时，则由地面向上部老空区底板破坏深度处施工水平井，打开阀门Ⅱ由注气管向水平井内压入1~2MPa的二氧化碳气体30~60分钟，对水平井进行清洗；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Ⅰ和注气管，其中抽采管Ⅰ上设有阀门Ⅰ，注气管上设有阀门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；4）打开阀门Ⅰ由抽采管Ⅰ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20%以下时，关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅱ由注气管向水平井内注入5~20MPa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进行煤层气抽采；7）当单位时间内煤层气抽采量再次下降至Q1的20%以下时，拆卸井口三通及密封装置Ⅰ，由井口下放分段压裂设备，对水平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；8）将水平井垂直段进行垂向延伸，直至延伸至下部煤层底板5~20米范围处；9）由水平井垂直段处安设相关排采设备，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水平井垂直段内的水进行排采；水平井垂直段地面端由四通分为三条支路：排水管、抽采管Ⅱ、注流管，排水管连接井下抽油管，地面端设有阀门Ⅳ，抽采管Ⅱ地面端连有阀门Ⅲ，注流管地面端连有阀门Ⅴ，注流管的井下部分一直延伸到水平井水平段内，且位于水平井水平段内为筛眼段，对水平井垂直段近地面端进行密封形成密封段Ⅱ，地面设有密封装置Ⅱ；打开阀门Ⅲ和阀门Ⅳ，由抽油机通过抽油杆驱动抽油泵对水平井垂直段内的水进行抽采，同时由抽采管Ⅱ进行煤层气抽采，记录排采中单位时间内煤层气最大抽采量Q2；10）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Ⅴ由注流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Ⅳ，静待12~48小时；11）再次打开阀门Ⅲ、阀门Ⅳ，由排采设备再次进行排水降压以及煤层气抽采；12）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。