專利名稱：一種煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層氣抽采系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外煤層氣抽采可通過地面鉆井和煤礦井下近水平鉆孔來實現(xiàn)。地面鉆井煤層氣抽采總體可分為豎井抽采和定向井抽采。豎井抽采主要通過地面 豎井井眼鉆穿1個或1個以上煤層，并通過在井眼煤層段壓裂，在煤層中形成大量裂縫，以 提高豎井與儲層溝通的范圍，從而提高鉆井煤層氣產(chǎn)量，最后通過井口抽采裝置對儲層煤 層氣進行抽采。這種方法的優(yōu)點是施工方法簡單、施工成本較低。同時，這種抽采方法還 存在一些不足，這些不足主要體現(xiàn)在井眼在煤層中穿越距離有限，煤層氣抽采效率受限； 鉆、完井過程中使用的鉆井液會降低煤層的孔隙度，不利于煤層氣釋放；抽采過程作業(yè)過程 中井內(nèi)積水無法排除，影響煤層氣抽采。煤層氣抽采定向鉆井主要包括水平井、水平羽狀分支井和水平對接井三種類型。 水平井特點是鉆井先以豎井方式鉆入巖層，待井眼軌跡到達預(yù)定深度開始定向造斜，保證 井眼進入煤層后達到近水平狀態(tài)，再在煤層中鉆進到設(shè)計井深，最后通過井口抽采裝置抽 采煤層氣，這種鉆井井眼結(jié)構(gòu)在煤層氣抽采中具備優(yōu)點有井眼與煤層接觸范圍廣，連通性 好，瓦斯抽采效果較直井好；缺點有鉆井液對煤層孔隙度的影響不利于煤層氣抽采；抽采 過程中井內(nèi)積水仍然無法解決；施工技術(shù)難度、成本和風(fēng)險均較直井大。水平羽狀分支井 和水平井相似，不同之處在于水平羽狀分支井在水平煤層井段從主井眼中開出若干分支井 眼，以提高井眼瓦斯抽采效率，水平羽狀分支井抽采方法具有井眼與煤層接觸范圍較水平 井大、鉆孔連通性好、瓦斯抽采效果好等優(yōu)點，同時，它也存在著和水平井相同的缺點。水 平對接井是指將水平井水平段井眼通過特殊的鉆進方法與遠端豎井在煤層中對接，使水平 井井眼與豎井井眼連通，為了提高鉆井產(chǎn)能，可在水平井水平段開出若干分支；抽采作業(yè) 中，采用豎井抽出連通井眼中的積水，水平井通過井口抽采裝置抽取地下煤層氣，水平對接 井煤層氣抽采是一種先進的地面煤層氣抽采方法，該方法保留了水平井抽采方法的優(yōu)點 外，還解決了井眼積水問題，提高了煤層氣抽采效果；然而，施工難度高(尤其是井眼對接技 術(shù))、風(fēng)險大、成本過高、難以實現(xiàn)大面積抽采以及泥漿材料對煤層裂隙的影響，大大地限制 了對接井煤層氣抽采功能的發(fā)揮。煤礦井下煤層氣近水平抽采鉆孔是井下瓦斯抽采的主要手段，近水平抽采鉆孔主 要包括近水平普通直鉆孔和近水平定向長鉆孔。近水平普通直鉆孔主要指采用回轉(zhuǎn)鉆進工 藝(包括回轉(zhuǎn)循環(huán)水鉆進、空氣鉆進和螺旋鉆進)施工的鉆孔，這種鉆孔的特點是鉆孔軌跡 彎曲不可控制，其鉆孔深度一般不超過400m。這種鉆孔具有施工方法簡單、鉆進效率高的特 點。但這類鉆孔同時也存在產(chǎn)能低、抽采周期短、不利于實現(xiàn)大范圍抽采的缺點；這種鉆孔 施工多采用循環(huán)污水鉆進，污水中的巖屑會堵塞煤層裂隙，不利于煤層氣釋放；由于抽采系 統(tǒng)完全布置在井下，管路的堵塞或泄漏會對礦井安全也會造成威脅；同時，該方法還無法實 現(xiàn)鉆孔排水與采氣的分離，影響煤層氣抽采效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種泥漿對煤層裂隙污染程度輕、技術(shù)成熟、施 工風(fēng)險和難度小、成本較低、實現(xiàn)了排水和采氣分離的煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)。為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案
一種煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)，包括煤礦井下集束定向鉆孔群、豎井、井下主 抽放管路、井下近水平定向鉆孔孔口連接管路、井下放水箱、井口、井口煤層氣抽采管路，所 述的豎井設(shè)置在地面集束鉆孔軌跡投影區(qū)范圍內(nèi)的靠近定向鉆孔終孔端區(qū)域，并穿設(shè)在巖 層、巖層、煤層頂板、目標煤層內(nèi)且延伸至煤層底板，豎井的井口設(shè)置煤層氣地面抽采管路； 所述的井下放水箱設(shè)置在煤礦井下巷道內(nèi)，其通過穿設(shè)在目標煤層的近水平定向鉆孔孔口 連接管路與煤礦井下近水平集束定向鉆孔群連接，井下放水箱的上端通過管路與井下煤層 氣主抽放管路連接，構(gòu)成立體化抽采系統(tǒng)。上述的豎井在目標煤層的預(yù)抽段通過煤層壓裂帶與煤礦井下近水平集束定向鉆 孔群貫通。上述的豎井的井眼設(shè)有豎井套管，豎井套管通過固井水泥固井。上述的集束鉆孔群采用煤礦井下近水平定向鉆進技術(shù)施工。上述的煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)的施工方法，通過以下步驟實現(xiàn)
(1)、先從地面施工豎井至目標煤層，并穿入煤層底板巖層，在豎井施工期間，按照設(shè) 計下入套管，并用固井水泥固井；對目標煤層進行壓裂，形成煤層壓裂區(qū)；安裝井口及煤層 氣地面采集管路，開始采收煤層氣；
(2)、按照設(shè)計依次施工井下目標煤層中近水平集束鉆孔群，施工中，保證鉆孔群與壓 裂區(qū)貫通；安裝近水平鉆孔孔口連接管路，連接井下主抽放管路、放水箱和孔口連接管路， 開始排除孔內(nèi)積水和煤屑。上述的施工方法中地面豎井和井下井下近水平集束定向鉆孔群的施工順序是井 下集束鉆孔群施工前，豎井目標煤層壓裂作業(yè)已經(jīng)完畢。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果
(1)技術(shù)成熟、施工風(fēng)險和難度小、成本較低煤礦井下近水平定向長鉆孔鉆進技術(shù)和 地面豎井鉆井技術(shù)在目前煤層氣抽采應(yīng)用中已經(jīng)十分成熟，與地面定向鉆井相比，其施工 風(fēng)險、難度以及成本均低出很多，鉆孔(井)成功率高；
(2)泥漿對煤層裂隙污染程度輕作為煤層氣生產(chǎn)通道的近水平定向鉆孔施工采用清 水鉆進，不存在泥漿對煤層裂隙的污染；
(3)實現(xiàn)了排水和采氣的分離這種抽采方法，采用井下定向鉆孔排水，采用地面鉆井 采氣，實現(xiàn)了排水和采氣的分離；
(4)可實現(xiàn)大面積集中抽采該抽采方法實現(xiàn)了集束定向鉆孔與豎井的貫通，實現(xiàn)了大 面積區(qū)域集中抽采，有利于煤礦瓦斯綜合治理；
(5)礦井安全方面地面豎井是主要瓦斯采收通道，井下定向鉆孔主要作用是排水，抽 采管路煤層氣流量極低，有利于礦井安全。


圖1是本發(fā)明的平面示意圖； 圖2是圖1中局部A的放大示意圖； 圖3是圖1中縱向剖面B-B的示意圖； 圖4是本發(fā)明實現(xiàn)流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。參見圖廣4，本系統(tǒng)包括煤礦井下近水平集束定向鉆孔群3、豎井5、井下主抽放管 路6、井下近水平定向鉆孔孔口連接管路7、井下放水箱10、井口 23、井口煤層氣抽采管路 22。所述的豎井5設(shè)置在地面集束鉆孔軌跡投影區(qū)范圍內(nèi)的靠近定向鉆孔終孔端區(qū)域，并 穿設(shè)在巖層15、巖層16、煤層頂板17、目標煤層2內(nèi)且延伸至煤層底板20，豎井5的井口 23 安設(shè)有煤層氣地面抽采管路22 ；井下放水箱設(shè)置在煤礦井下巷道1內(nèi)，其通過穿設(shè)在目標 煤層2的近水平定向鉆孔孔口連接管路7與煤礦井下近水平集束定向鉆孔群3連接，又通 過管路8與井下煤層氣主抽放管路6連接，從而構(gòu)成立體化抽采系統(tǒng)。上述的豎井5在目標煤層2的預(yù)抽段通過煤層壓裂帶4與煤礦井下集束定向鉆孔 群3貫通。上述的豎井5井眼設(shè)有豎井套管24，該套管通過固井水泥25固井。上述的豎井5在地面14的套管24上部設(shè)有井口 23和井口煤層氣抽采管路22。上述集束鉆孔群3須采用煤礦井下近水平定向鉆進技術(shù)施工。煤層水、鉆孔煤屑和少量煤層氣11通過煤層壓裂區(qū)4和近水平定向鉆孔群3通過 負壓抽吸流入放水箱10，在經(jīng)過井下主抽放管路6、管路8和放水箱10分離，使煤層水和鉆 孔煤屑9從放水箱排出和少量煤層氣12從管路8流入主抽放管路6，從而達到降低含水煤 層19的水位線18以及豎井井底積水21的目的；煤層中大量煤層氣13通過豎井5、井口 23 和井口煤層氣抽采管路22采收。本發(fā)明的實施方法
1、先從地面施工豎井5至目標煤層2，并穿入煤層2底板巖層20。在豎井5施工期間， 按照設(shè)計下入套管24，并用固井水泥25固井；對目標煤層2進行壓裂，形成煤層壓裂區(qū)4 ； 安裝井口 23及煤層氣地面采集管路22，開始采收煤層氣13。2、按照設(shè)計依次施工井下目標煤層中近水平集束鉆孔群3，施工中，保證鉆孔群與 壓裂區(qū)4貫通；安裝近水平鉆孔孔口連接管路7，連接井下主抽放管路6、放水箱10和孔口 連接管路7，開始排除孔內(nèi)積水和煤屑9。地面豎井5和井下井下近水平集束定向鉆孔群3的施工順序原則是井下集束鉆 孔群施工前，豎井目標煤層壓裂作業(yè)已經(jīng)完畢。
權(quán)利要求
1.一種煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)，其特征在于包括煤礦井下集束定向鉆孔 群(3)、豎井(5)、井下主抽放管路(6)、井下近水平定向鉆孔孔口連接管路(7)、井下放水箱 (10)、井口(23)、井口煤層氣抽采管路(22)，所述的豎井(5)設(shè)置在地面集束鉆孔軌跡投影 區(qū)范圍內(nèi)的靠近定向鉆孔終孔端區(qū)域，并穿設(shè)在巖層(15)、巖層(16)、煤層頂板(17)、目標 煤層(2)內(nèi)且延伸至煤層底板(20)，豎井(5)的井口(23)設(shè)置煤層氣地面抽采管路(22)； 所述的井下放水箱(10)設(shè)置在煤礦井下巷道(1)內(nèi)，其通過穿設(shè)在目標煤層(2)的近水平 定向鉆孔孔口連接管路(7)與煤礦井下近水平集束定向鉆孔群(3)連接，井下放水箱(10) 的上端通過管路(8)與井下煤層氣主抽放管路(6)連接，構(gòu)成立體化抽采系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)，其特征在于所述的 豎井(5)在目標煤層(2)的預(yù)抽段通過煤層壓裂帶(4)與煤礦井下近水平集束定向鉆孔群 (3)貫通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)，其特征在于所 述的豎井(5)的井眼設(shè)有豎井套管(24)，豎井套管(24)通過固井水泥(25)固井。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)，其特征在于所述的 集束鉆孔群(3)采用煤礦井下近水平定向鉆進技術(shù)施工。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)，其特征在于所述的 煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)的施工方法，通過以下步驟實現(xiàn)(1)、先從地面施工豎井(5)至目標煤層(2)，并穿入煤層(2)底板巖層(20)，在豎 井(5)施工期間，按照設(shè)計下入套管(24)，并用固井水泥(25)固井；對目標煤層(2)進行 壓裂，形成煤層壓裂區(qū)(4)；安裝井口(23)及煤層氣地面采集管路(22)，開始采收煤層氣 (13)；(2)、按照設(shè)計依次施工井下目標煤層中近水平集束鉆孔群(3)，施工中，保證鉆孔群 與壓裂區(qū)(4)貫通；安裝近水平鉆孔孔口連接管路(7)，連接井下主抽放管路(6)、放水箱 (10)和孔口連接管路(7)，開始排除孔內(nèi)積水和煤屑(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煤層氣地面、井下立體化抽采系統(tǒng)，其特征在于所述的 施工方法中地面豎井(5)和井下井下近水平集束定向鉆孔群(3)的施工順序是井下集束 鉆孔群施工前，豎井目標煤層壓裂作業(yè)已經(jīng)完畢。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤層氣抽采系統(tǒng)。本發(fā)明包括煤礦井下集束定向鉆孔群、豎井、井下主抽放管路、井下近水平定向鉆孔孔口連接管路、井下放水箱、井口、井口煤層氣抽采管路，豎井設(shè)置在地面集束鉆孔軌跡投影區(qū)范圍內(nèi)的靠近定向鉆孔終孔端區(qū)域，并穿設(shè)在巖層、巖層、煤層頂板、目標煤層內(nèi)且延伸至煤層底板，豎井的井口設(shè)置煤層氣地面抽采管路；井下放水箱設(shè)置在煤礦井下巷道內(nèi)，其通過穿設(shè)在目標煤層的近水平定向鉆孔孔口連接管路與煤礦井下近水平集束定向鉆孔群連接，井下放水箱的上端通過管路與井下煤層氣主抽放管路連接，構(gòu)成立體化抽采系統(tǒng)。本發(fā)明技術(shù)成熟、施工風(fēng)險和難度小、成本較低。
文檔編號E21F7/00GK102116167SQ201110026899
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者孫榮軍, 張群, 石智軍, 莫海濤, 許超, 郝世俊 申請人:煤炭科學(xué)研究總院西安研究院