專利名稱：鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤層氣開采工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于高瓦斯低透性煤層 的鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法。
背景技術(shù)：
煤層中含有大量的煤層氣，又稱為瓦斯，它不僅是寶貴的資源，也是煤礦地下 開采中煤與瓦斯突出潛能的重要組成部分，其主要成分是甲烷。我國(guó)是煤炭資源大國(guó)， 隨著煤炭工業(yè)的高速發(fā)展和規(guī)模驟增，瓦斯涌出量增大，因瓦斯突出、爆炸引起的煤礦 事故迅速上升。然而，煤層氣又是一種優(yōu)質(zhì)、潔凈的燃料，如果得到合理的開發(fā)、回收 和利用，不僅可以減少煤礦事故的發(fā)生，保障煤礦的正常生產(chǎn)，還可以解決我國(guó)能源緊 缺的問題。我國(guó)的煤層氣資源量約36萬(wàn)億立方米，這一數(shù)值與天然氣資源量相當(dāng)。我 國(guó)已成功地實(shí)現(xiàn)開采層抽采煤層氣、鄰近層抽采煤層氣、采空區(qū)抽采煤層氣、圍巖抽采 煤層氣等技術(shù)，并在全國(guó)大、中、小型煤礦區(qū)域防突中得到了廣泛的應(yīng)用，在煤層氣抽 采、防治瓦斯爆炸和減少煤與瓦斯突出方面取得了一些成效。由于我國(guó)煤層賦存地質(zhì)條 件復(fù)雜，瓦斯含量高，煤層的滲透率低，所以在煤層氣抽采方面出現(xiàn)較大的困難，雖然 目前在高瓦斯低滲透性煤層也采用了一些提高煤層開采效率的方法，但各有其特定適應(yīng) 條件。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于高瓦斯低透性煤層的鉆、壓、振三位一體卸壓 開采煤層氣方法，將高壓壓裂方法、振動(dòng)方法與鉆孔施工結(jié)合，對(duì)煤層進(jìn)行壓裂和振動(dòng) 作業(yè)，增加煤層中煤層氣的抽采效率。
本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)措施(步驟)來(lái)實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明將高壓壓裂方法、振動(dòng)方法與鉆孔施工結(jié)合，通過(guò)在煤層設(shè)置壓裂孔和 振動(dòng)孔，驅(qū)動(dòng)煤層中原有的或壓裂后出現(xiàn)的裂縫，擴(kuò)寬并伸展這些裂縫，進(jìn)而在煤層中 產(chǎn)生更多的次生裂縫與裂隙，改善煤層中煤層氣的流動(dòng)狀態(tài)，增加煤層中煤層氣的透氣 性，同時(shí)，根據(jù)機(jī)械振動(dòng)的作用原理，在煤層中實(shí)施振動(dòng)作業(yè)，改變了煤層的物理機(jī)械 性能，減少煤對(duì)煤層氣的吸附量從而增加煤層氣的解吸量，來(lái)提高煤層滲透率，增加煤 層中煤層氣的抽采效率。
(1)首先詳細(xì)了解抽采目標(biāo)煤層的物理特性和地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，必要時(shí)，配合測(cè)地 應(yīng)力等測(cè)試措施；
(2)在所述煤層上選擇一個(gè)或多個(gè)硬度相對(duì)高或密度相對(duì)大的方位作為順層或穿 層振動(dòng)孔孔位，同時(shí)，在每個(gè)振動(dòng)孔孔位周圍適當(dāng)距離布置一個(gè)或多個(gè)壓裂孔孔位；
(3)然后，采用已知工具技術(shù)逐一對(duì)布置的振動(dòng)孔孔位和壓裂孔孔位實(shí)施鉆孔作 業(yè)，壓裂孔進(jìn)入煤層的深度應(yīng)滿足安全封孔要求，所述振動(dòng)孔進(jìn)入煤層的深度應(yīng)由煤層 的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)決定，以封孔振動(dòng)后不誘發(fā)瓦斯突出為前提，振動(dòng)孔的孔徑應(yīng)略大于振動(dòng)設(shè)備外徑；
(4)振動(dòng)孔和壓裂孔打好后，利用安裝桿將防爆或本安型振動(dòng)設(shè)備置入振動(dòng)孔的 孔底，在振動(dòng)設(shè)備的頂端和底端各固定一個(gè)固定裝置，并在振動(dòng)設(shè)備與振動(dòng)孔之間的間 隙內(nèi)注滿耦合劑，然后在振動(dòng)孔的孔口利用密封裝置進(jìn)行密封；
(5)確定振動(dòng)孔密封無(wú)誤后，在壓裂孔上，采用外徑與壓裂孔孔徑相匹配的壓 裂設(shè)備，以高于地層破裂壓力對(duì)煤層進(jìn)行壓裂作業(yè)，當(dāng)壓裂孔內(nèi)壓達(dá)到一定壓力時(shí)，保 持該壓力一段時(shí)間，當(dāng)壓裂孔內(nèi)壓隨煤層裂隙擴(kuò)大降低時(shí)，再次提高壓裂壓力，如此循 環(huán)，直至壓力完全穩(wěn)定后停止；
(6)壓裂結(jié)束后，開啟振動(dòng)設(shè)備使其在振動(dòng)孔內(nèi)以適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)頻率實(shí)施持續(xù)振 動(dòng)作業(yè)，使煤層受到交替變化的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力作用，同時(shí)，在壓裂孔口上換上產(chǎn)氣設(shè) 備，利用常規(guī)方法對(duì)煤層進(jìn)行卸壓抽采煤層氣。
所述振動(dòng)孔和壓裂孔的鉆孔方式視抽采目標(biāo)煤層地質(zhì)條件而定，根據(jù)煤層地應(yīng) 力和機(jī)械強(qiáng)度，振動(dòng)孔和壓裂孔的鉆孔走向可設(shè)計(jì)為直向或曲向；所述振動(dòng)作業(yè)頻率應(yīng) 根據(jù)煤層地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)以達(dá)到煤層氣高增透性為最佳；
本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明的鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法，將高壓壓裂方法、振動(dòng)方 法與鉆孔施工結(jié)合，采用壓裂驅(qū)動(dòng)煤層中原有的或壓裂后出現(xiàn)的裂縫，擴(kuò)寬并伸展這些 裂縫，進(jìn)而在煤層中產(chǎn)生更多的次生裂縫與裂隙，大大改善了煤層中煤層氣的流動(dòng)狀 態(tài)，增加煤層中煤層氣的透氣性，同時(shí)，根據(jù)機(jī)械振動(dòng)的作用原理，在煤層中實(shí)施振動(dòng) 作業(yè)，使煤層受到交替變化的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生疏密相間的縱向振動(dòng)，有利于 煤層氣從微孔隙解吸、擴(kuò)散和流動(dòng)，提高了煤層氣的滲透率，給煤層內(nèi)部卸壓、煤層氣 釋放和流動(dòng)創(chuàng)造了良好的條件，增加煤層氣的抽采效率，從而實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易并可靠地煤層 氣抽采作業(yè)。


圖1為本發(fā)明的鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法鉆孔示意圖中標(biāo)記為1 :煤層；2 :振動(dòng)孔；3 壓裂孔。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明以下將結(jié)合一個(gè)實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述
如圖1所示，本發(fā)明的鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法，具體實(shí)施步 驟如下
(1)首先詳細(xì)了解抽采目標(biāo)煤層1的物理特性和地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，必要時(shí)，配合測(cè) 地應(yīng)力等測(cè)試措施；
(2)在所述煤層1上選擇一個(gè)或多個(gè)硬度相對(duì)高或密度相對(duì)大的方位作為順層或 穿層振動(dòng)孔2孔位，同時(shí)，在每個(gè)振動(dòng)孔2孔位周圍適當(dāng)距離布置一個(gè)或多個(gè)壓裂孔3孔 位；
(3)然后，采用已知工具技術(shù)逐一對(duì)布置的振動(dòng)孔2的孔位和壓裂孔3的孔位實(shí) 施鉆孔作業(yè)，壓裂孔3進(jìn)入煤層的深度應(yīng)滿足安全封孔要求，所述振動(dòng)孔2進(jìn)入煤層1的深度應(yīng)由煤層的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)決定，以封孔振動(dòng)后不誘發(fā)瓦斯突出為前提，振動(dòng)孔2的 孔徑應(yīng)略大于振動(dòng)設(shè)備外徑；
(4)振動(dòng)孔2和壓裂3孔打好后，利用安裝桿將防爆或本安型振動(dòng)設(shè)備置入振動(dòng) 孔2的孔底，在振動(dòng)設(shè)備的頂端和底端各固定一個(gè)固定裝置，并在振動(dòng)設(shè)備與振動(dòng)孔2之 間的間隙內(nèi)注滿耦合劑，然后在振動(dòng)孔2的孔口利用密封裝置進(jìn)行密封；
(5)確定振動(dòng)孔2密封無(wú)誤后，在壓裂孔3上，采用外徑與壓裂孔3孔徑相匹配 的壓裂設(shè)備，以高于地層破裂壓力對(duì)煤層1進(jìn)行壓裂作業(yè)，當(dāng)壓裂孔3內(nèi)壓達(dá)到一定壓 力時(shí)，保持該壓力一段時(shí)間，當(dāng)壓裂孔3內(nèi)壓隨煤層裂隙擴(kuò)大降低時(shí)，再次提高壓裂壓 力，如此循環(huán)，直至壓力完全穩(wěn)定后停止；
(6)壓裂結(jié)束后，開啟振動(dòng)設(shè)備使其在振動(dòng)孔2內(nèi)以適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)頻率實(shí)施持續(xù)振 動(dòng)作業(yè)，使煤層1受到交替變化的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力作用，所述的振動(dòng)頻率應(yīng)根據(jù)煤層1地 質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)以達(dá)到煤層氣高增透性為最佳，同時(shí)，在壓裂孔3 口上換上產(chǎn)氣設(shè)備，利用 常規(guī)方法對(duì)煤層1進(jìn)行卸壓抽采煤層氣。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，所述振動(dòng)孔2和壓裂孔3的鉆孔方式視煤層1地質(zhì)條件而定，根 據(jù)煤層地應(yīng)力和機(jī)械強(qiáng)度，振動(dòng)孔2和壓裂孔3的鉆孔走向可設(shè)計(jì)為直向或曲向；
本發(fā)明的鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法，將高壓壓裂方法、振動(dòng)方 法與鉆孔施工結(jié)合，采用壓裂驅(qū)動(dòng)煤層中原有的或壓裂后出現(xiàn)的裂縫，擴(kuò)寬并伸展這些 裂縫，進(jìn)而在煤層中產(chǎn)生更多的次生裂縫與裂隙，大大改善了煤層中煤層氣的流動(dòng)狀 態(tài)，增加煤層中煤層氣的透氣性，同時(shí)，根據(jù)機(jī)械振動(dòng)的作用原理，在煤層中實(shí)施振動(dòng) 作業(yè)，使煤層受到交替變化的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生疏密相間的縱向振動(dòng)，有利于 煤層氣從微孔隙解吸、擴(kuò)散和流動(dòng)，提高了煤層氣的滲透率，給煤層內(nèi)部卸壓、煤層氣 釋放和流動(dòng)創(chuàng)造了良好的條件，增加煤層氣的抽采效率，從而實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易并可靠地煤層 氣抽采作業(yè)。
權(quán)利要求
1.鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法，包括以下幾個(gè)步驟，其特征在于 步驟1，首先詳細(xì)了解抽采目標(biāo)煤層(1)的物理特性和地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，必要時(shí)，配合測(cè)地應(yīng)力等測(cè)試措施；步驟2，在所述煤層(1)上選擇一個(gè)或多個(gè)硬度相對(duì)高或密度相對(duì)大的方位作為順層 或穿層振動(dòng)孔(2)孔位，同時(shí)，在每個(gè)振動(dòng)孔孔位周圍適當(dāng)距離布置一個(gè)或多個(gè)壓裂孔 ⑶孔位；步驟3，然后，采用已知工具技術(shù)逐一對(duì)布置的振動(dòng)孔(2)的孔位和壓裂孔(3)的孔 位實(shí)施鉆孔作業(yè)，壓裂孔(3)進(jìn)入煤層(1)的深度應(yīng)滿足安全封孔要求，所述振動(dòng)孔(2) 的孔徑應(yīng)略大于振動(dòng)設(shè)備外徑，振動(dòng)孔(2)進(jìn)入煤層(1)的深度應(yīng)由煤層(1)的地質(zhì)構(gòu)造 特點(diǎn)決定，以封孔振動(dòng)后不誘發(fā)瓦斯突出為前提；步驟4，振動(dòng)孔(2)和壓裂孔(3)打好后，利用安裝桿將防爆或本安型振動(dòng)設(shè)備置入 振動(dòng)孔(2)的孔底，在振動(dòng)設(shè)備的頂端和底端各固定一個(gè)固定裝置，并在振動(dòng)設(shè)備與振 動(dòng)孔(2)之間的間隙內(nèi)注滿耦合劑，然后在振動(dòng)孔(2)的孔口利用密封裝置進(jìn)行密封；步驟5，確定振動(dòng)孔(2)密封無(wú)誤后，在壓裂孔(3)上，采用外徑與壓裂孔(3)孔徑 相匹配的壓裂設(shè)備，以高于地層破裂壓力對(duì)煤層(1)進(jìn)行壓裂作業(yè)，當(dāng)壓裂孔(3)內(nèi)壓達(dá) 到一定壓力時(shí)，保持該壓力一段時(shí)間，當(dāng)壓裂孔(3)內(nèi)壓隨煤層裂隙擴(kuò)大降低時(shí)，再次 提高壓裂壓力，如此循環(huán)，直至壓力完全穩(wěn)定后停止；步驟6，壓裂結(jié)束后，開啟振動(dòng)設(shè)備使其在振動(dòng)孔(2)內(nèi)以適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)頻率實(shí)施持續(xù) 振動(dòng)作業(yè)，所述振動(dòng)作業(yè)的頻率應(yīng)根據(jù)煤層(1)地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)以達(dá)到煤層氣高增透性為 最佳，同時(shí)，在壓裂孔口上換上產(chǎn)氣設(shè)備，利用常規(guī)方法對(duì)煤層(1)進(jìn)行卸壓抽采煤層 氣。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法，其特征在于所 述振動(dòng)孔(2)和壓裂孔(3)的鉆孔方式視抽采目標(biāo)煤層(1)地質(zhì)條件而定，根據(jù)煤層地應(yīng) 力和機(jī)械強(qiáng)度，振動(dòng)孔⑵和壓裂孔⑶的鉆孔走向可設(shè)計(jì)為直向或曲向。
全文摘要
本發(fā)明的鉆、壓、振三位一體卸壓開采煤層氣方法，采用已知工具技術(shù)逐一對(duì)布置的振動(dòng)孔(2)孔位和壓裂孔(3)孔位實(shí)施鉆孔作業(yè)，然后在壓裂孔(3)上，采用外徑與壓裂孔(3)孔徑相匹配的壓裂設(shè)備，以高于地層破裂壓力對(duì)煤層(1)進(jìn)行壓裂作業(yè)，壓裂結(jié)束后，開啟振動(dòng)設(shè)備使其在振動(dòng)孔(2)內(nèi)以適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)頻率實(shí)施持續(xù)振動(dòng)作業(yè)，同時(shí)，在壓裂孔口上換上產(chǎn)氣設(shè)備，利用常規(guī)方法對(duì)煤層(1)進(jìn)行卸壓抽放煤層氣。本發(fā)明改善了煤層(1)中煤層氣的流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)，使煤層受到交替變化的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力作用，有利于煤層氣從微孔隙解吸、擴(kuò)散和流動(dòng)，為煤層(1)內(nèi)部卸壓、煤層氣釋放和流動(dòng)創(chuàng)造了良好的條件，增加了煤層氣的抽采效率。
文檔編號(hào)E21F7/00GK102022134SQ201010545678
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者馮立杰, 劉振鋒, 姜光杰, 李朝輝, 王慧智, 王金鳳, 翟雪琪, 胡新平, 鄧波, 鄧珺, 陳黨義 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)