[发明专利]地面垂直井与顺层长钻孔联合抽采煤层气方法

说明书

技术领域

本发明地面垂直井与顺层长钻孔联合抽采煤层气方法，属于煤岩体渗透性改善与煤层气抽采方法技术领域。

背景技术

煤层气既是引发瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出的灾害源，又是一种清洁能源。我国埋深2000m以浅范围内，煤层气资源量约为31万亿方储量，渗透率一般小于1×10-3μm²，普遍属于低渗透煤储层，煤层气难以被抽采。从防止煤与瓦斯防突和抽采治理角度看，抽采措施分为地面抽采和井下抽采两种，而地面抽采和井下抽采一般是各自单独实现。目前，我国的地面煤层气抽采技术在沁水盆地、鄂尔多斯盆地和辽宁阜新盆地等多个矿区取得了较好效果。地面煤层气抽采技术以地面垂直井水力压裂加支撑剂和地面水平井（包括羽状水平分支井和U型井等）为主。地面垂直井施工成本低，工艺简单，占据了地面抽采井的绝大部分，但地面垂直井因煤层钻遇率低，钻井后的固井和完井后的水力压裂改造都会对煤层造成不同程度的伤害，且煤层伤害很难恢复。同时由于煤岩体为塑性体，煤岩体与支撑剂的刚度相差较大，压裂裂缝的延伸长度和宽度有限，抽采效果并不理想。地面水平井在煤层中进尺长，与煤岩体接触面积大，尤其水平井避免了固井和水力压裂作业，煤层气的产量和进尺成一定的线性关系，理论上应该有较好效果。但从目前的应用效果看，既有成功的实例也有失败的例子，这可能与施工地面水平井需要详实的勘探资料、精确的地质导向系统、复杂的钻井工艺和较高的钻井成本等诸多因素有关，尤其在煤层厚度薄、煤质坚硬和夹矸厚及层数多的情况下，限制了其进一步推广应用。为此，“煤层气不同开发方式的应用现状及适应条件分析”(煤田地质与勘探.2010,Vol.38, No.2)对煤层气不同开发方式适应条件进行了详细论述。另外，由于煤层产状起伏，地面水平井水平段随地层起伏而在钻孔中产生流动阻力及滞水，钻孔内积水不利煤层气降压解吸。同时地面水平井还需施工与之配套的抽采垂直井，地面水平井煤层水平段施工完成后，除与垂直井交叉点以远的煤层水平段外，其余孔段被封堵废弃，造成较大浪费和成本增加。因此，怎样以较低的经济成本来实现对煤层气的高效抽采就成为了人们努力探索的方向。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种把地面垂直井与井下顺层长钻孔相结合，以较低经济成本实现高效抽采煤层气的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：地面垂直井与顺层长钻孔联合抽采煤层气方法，包括以下步骤：

a、地上施工一个或多个地面垂直井到达至少一层目标抽采煤层；

b、按照目标抽采煤层的分布施工井下煤层气抽放巷；

c、在所述的煤层气抽放巷中向一层目标抽采煤层中钻预定深度的顺层长钻孔；

d、退钻到钻具不受顶压时，向钻具内通入25~35MPa的高压水，钻具原地旋转，通过高压水射流在垂直顺层长钻孔轴线的平面上形成一竖向大裂缝；

e、继续退钻，在退钻过程中，降低水压到10~15MPa，对顺层长钻孔的孔壁进行冲洗，钻具退后一段距离后停住，用步骤d中的方法施工一新的竖向大裂缝；

f、重复步骤e，使顺层长钻孔上形成多个竖向大裂缝，且位于顺层长钻孔孔口部位的竖向大裂缝距孔口有一设定距离，以使顺层长钻孔的孔口部位留有至少5m的封孔长度；

g、停止高压水射流，退出钻具，并用封孔材料对顺层长钻孔封孔；

h、目标抽采煤层为多层时，依次在每层目标抽采煤层中按步骤c～g钻出带竖向大裂缝的顺层长钻孔；

I、对地面垂直井下套管、固井、安装煤层气抽放泵，与地面煤层气抽放管路连接，利用地面煤层气抽放系统对一层或多层目标抽采煤层实施煤层气抽放；

步骤c和步骤h中所述的顺层长钻孔与至少一个地面垂直井交汇贯通。

进一步的，重复步骤c～g，在每层目标抽采煤层中均形成两个以上带竖向大裂缝的顺层长钻孔；然后在每层目标抽采煤层中均钻一个或多个连接孔；所述连接孔将其所在目标抽采煤层中的多条顺层长钻孔连通，或将其所在目标抽采煤层中的多条顺层长钻孔与地面垂直井连通，使得每条顺层长钻孔均直接或间接的与至少一个地面垂直井交汇贯通；所述连接孔的孔口处用封孔材料封孔。

为了排水，在所述每层目标抽采煤层上，顺层长钻孔的下方，斜向上或斜向下钻排水钻孔，斜向上钻出的排水钻孔孔口处安装有排水装置，斜向下钻出的排水钻孔孔口处封孔，排水钻孔轴线斜向上或斜向下的坡度不小于5‰~8‰，排水钻孔与顺层长钻孔轴线之间的距离以竖向大裂缝的最大影响松动圈确定，或为竖向大裂缝直径的0.5~3倍。