專利名稱：卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)及其布設(shè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井身結(jié)構(gòu)，尤其是一種適用于煤礦采動(dòng)區(qū)的卸壓煤層氣地面抽采 井的井身結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
煤礦采動(dòng)區(qū)卸壓煤層氣地面抽采井多采用“地面直井布于采區(qū)上、下風(fēng)巷中心線” 或“地面直井布于采區(qū)靠近上回風(fēng)巷”的技術(shù)模式。早期設(shè)計(jì)的卸壓煤層氣地面井，開孔位 置與終孔位置均位于采區(qū)走向中心線上，終孔層位保護(hù)層底板，護(hù)壁套管下至基巖，輸氣套 管下至被保護(hù)層煤層頂，輸氣套管以下至保護(hù)層頂板下置工作篩管，保護(hù)層煤頂板至底板 水泥漿封閉。存在的關(guān)鍵問題是，地面井井孔破斷率較高，地面井服務(wù)時(shí)間短。井孔破斷率 高的原因是當(dāng)保護(hù)層煤層較厚，開采沉降速度大時(shí)，保護(hù)層采動(dòng)造成的上覆巖層移動(dòng)劇烈， 巖移的大小和速率變化控制了井孔受破壞程度，在平面上采區(qū)中線附近受破壞程度大，在 層域上靠近開采層的位置受破壞程度大。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的克服已有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、井身穩(wěn)定、 能有效降低采動(dòng)覆巖移動(dòng)破壞地面井和增長(zhǎng)地面抽采井服務(wù)時(shí)間的卸壓煤層氣地面抽采 井的井身結(jié)構(gòu)及其布設(shè)方法。技術(shù)方案本發(fā)明的卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)，包括井眼造斜鉆孔的第 一垂深的第一開孔徑段、第二垂深的第二開孔徑段、垂直鉆孔的第三垂深的第二開孔徑段 和深入被保護(hù)層中的第三開孔徑段，第二開孔徑段的孔徑小于第一開孔徑段的孔徑，第三 開孔徑段小于第二開孔徑段；第一開孔徑段內(nèi)設(shè)有護(hù)壁套管，護(hù)壁套管內(nèi)設(shè)有深入至第二 垂深底部的的輸氣套管，輸氣套管底部下設(shè)有直至第三垂深底部的進(jìn)氣篩管。所述的井眼造斜鉆孔的最大井斜角為15 25°，井眼曲率應(yīng)為5 10° /IOOm ； 所述的第一開孔徑段的中心孔至第三開孔徑段的中心孔的距離30-40m ；所述的進(jìn)氣篩管 包括依次連接的第一篩管、第二篩管及與輸氣套管底部連接的第三篩管。本發(fā)明的卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)布設(shè)方法，包括如下步驟
a.首先在卸壓抽采煤層氣地面確定位于地下采區(qū)之外IOm以內(nèi)為抽采井的開孔位置， 位于采區(qū)內(nèi)靠近采區(qū)邊界30m范圍內(nèi)為終孔位置；
b.從開孔位置向終孔位置方向的井眼造斜鉆孔，直至沿水平方向到采區(qū)內(nèi)距離采區(qū)邊 界約10m、同時(shí)沿第一垂深到基巖面下方30m位置處時(shí)，完成第一開孔徑段的鉆孔；井眼造 斜鉆孔的最大井斜角為15 25°，井眼曲率應(yīng)為5 10° /IOOm ；
c.在第一開孔徑段內(nèi)安裝護(hù)壁套管，并固井；
d.從第一開孔徑段的底部向終孔位置方向的井眼造斜鉆孔，完成第二垂深的第二開孔 徑段的鉆孔，繼續(xù)向終孔位置方向垂直鉆孔，完成第三垂深的第二開孔徑段的鉆孔，再繼續(xù) 從第二開孔徑段的底部垂直向下鉆孔，鉆至被保護(hù)層之下IOm處時(shí)，完成第三開孔徑段的鉆孔；第一開孔徑段的中心孔至第三開孔徑段的中心孔的距離為30 40m ；
e.在第二孔徑段內(nèi)由下至上依次安裝第三篩管、第二篩管、第三篩管及輸氣套管，在第 三篩管和輸氣套管的連接處套裝膨脹橡膠，并對(duì)膨脹橡膠之上的輸氣套管與鉆孔之間進(jìn)行 封孔固井，完成一個(gè)抽采井的布設(shè)；
f.重復(fù)上述所有步驟，直至完成采區(qū)內(nèi)卸壓煤層氣抽采區(qū)域的抽采井的布設(shè)。有益效果由于采空區(qū)壓實(shí)線與采場(chǎng)四周邊界線限定的區(qū)域內(nèi)巖層位移速率小， 井孔穩(wěn)定性高。地面井服務(wù)時(shí)間短的原因是工作面推進(jìn)過程中被保護(hù)層裂隙發(fā)育區(qū)及高滲 區(qū)位于工作面后方的未壓實(shí)采空區(qū)中部，其具有隨工作面前移而移動(dòng)的動(dòng)態(tài)發(fā)育規(guī)律，且 高滲特性保持時(shí)間短，限制了地面井抽采的有效抽采時(shí)間和產(chǎn)能。采動(dòng)影響穩(wěn)定后，裂隙 發(fā)育區(qū)及高滲區(qū)位于壓實(shí)線與四周斷裂線限定的環(huán)形圈內(nèi)，煤儲(chǔ)層得到顯著改造，且采動(dòng) 發(fā)生后即發(fā)育，穩(wěn)定后仍保持。本發(fā)明采用三開結(jié)構(gòu)的井身設(shè)計(jì)，在一開孔徑段及二開孔徑 段上部定向造斜，二開孔徑段下部及三開孔徑段采用直井，三開孔鉆至保護(hù)層底板之下IOm 以上。將開孔位置位于位于采區(qū)之外距采區(qū)邊界IOm以內(nèi)，終孔井位置于采區(qū)內(nèi)距采區(qū)邊 界30m處；將井身主要部分置于采動(dòng)影響區(qū)之外或采動(dòng)影響較小的地方，采用了先造斜鉆 孔、后垂直鉆孔的井身軌跡設(shè)計(jì)，從而減小了井身被破壞幾率；由于三開孔徑段鉆至被保護(hù) 層底板之下IOm以上，可防止進(jìn)入篩管的細(xì)小煤巖塊堵塞篩管，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)、增強(qiáng)了抽 采井井身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，與現(xiàn)有技術(shù)相比，井身機(jī)構(gòu)能使地面井抽采時(shí)間延長(zhǎng)，抽采煤層氣總 產(chǎn)能大大提高，能有效降低采動(dòng)覆巖移動(dòng)破壞地面井和增長(zhǎng)地面抽采井的服務(wù)時(shí)間。其結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，地面抽采井的穩(wěn)定性高，施工風(fēng)險(xiǎn)低，煤層氣井抽采產(chǎn)能高，具有廣泛的實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明的井身結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 一第一開孔徑，2 —護(hù)壁套管，3 —基巖面，4 一輸氣套管，5 —第二開孔徑， 6 一第一篩管，7 —第二篩管，8 —膨脹橡膠，9 一第三篩管，10 一第三開孔徑，11 一被保護(hù)煤 層，12—保護(hù)煤層。圖2是本發(fā)明在采煤工作面的井身結(jié)構(gòu)位置示意圖。圖中13-回風(fēng)巷，14-始采線，15-進(jìn)風(fēng)巷，16-停采線，17-采區(qū)，18-采區(qū)第一井 開孔位置，19-采區(qū)第一井終孔位置，20-采區(qū)第二井開孔位置，21-采區(qū)第二井終孔位置， 22-采區(qū)第三井開孔位置，23-采區(qū)第三井終孔位置，24-采區(qū)第四井開孔位置，25-采區(qū)第 四井終孔位置，26-采區(qū)第五井開孔位置，27-采區(qū)第五井終孔位置，L-井間距。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述
圖1所示，卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)，井眼造斜鉆孔的第一垂深Hl的第一開 孔徑段1、第二垂深H2的第二開孔徑段5、垂直鉆孔的第三垂深H3的第二開孔徑段5和深 入被保護(hù)層12中的第三開孔徑段10，第一垂深Hl和第二垂深H2的井眼造斜鉆孔的最大斜 角為15 25°，井眼曲率應(yīng)為5 10° /100m。第二開孔徑段5的孔徑小于第一開孔徑段 1的孔徑，第三開孔徑段10小于第二開孔徑段5 ；第一開孔徑段1的中心孔至第三開孔徑段 10的中心孔的距離為30 40m。第一開孔徑段1內(nèi)設(shè)有護(hù)壁套管2，護(hù)壁套管2內(nèi)設(shè)有深入至第二垂深H2底部的的輸氣套管4，輸氣套管4下設(shè)有直至第三垂深H3底部的進(jìn)氣篩 管，進(jìn)氣篩管由依次連接的第一篩管9、第二篩管7及與輸氣套管4底部連接的第三篩管6 構(gòu)成，第二篩管7外接第一篩管9頂部，第三篩管6內(nèi)接于輸氣套管4底部，第三篩管6套 裝在第二篩管7內(nèi)。第一開孔徑1約為350mm，第二開孔徑5約為216mm，第三開孔徑10約 為152mm ；第一開孔徑1段需鉆至基巖面3以下30m，第二開孔徑5段需鉆至保護(hù)層12頂板 以上10m，第三開孔徑10段需鉆至保護(hù)層12底板之下IOm左右。第一開孔徑段護(hù)壁套管2 采用ΦΜ4. 5mm管徑X 11. 05mm壁厚石油套管；第二開孔徑5段輸氣套管4采用Φ 177. 8mm 管徑X 9. 19mm壁厚的石油套管；第一篩管6采用Φ 168mm管徑X 7. 32mm壁厚的石油套管， 第一篩管6上接于輸氣套管4底部；第二篩管7采用Φ 194mm管徑X 9. 52mm壁厚的石油套 管；第三篩管9采用Φ 177. 8mm管徑X 9. 18mm石油套管；第二篩管7與第三篩管9段頂部 連接。第一篩管6，第二篩管7及第三篩管9原材料選用石油套管，在石油套管上鉆直徑為 18mm的圓形孔即篩眼，繞石油套管一周鉆5個(gè)篩眼，Im石油套管內(nèi)鉆約100個(gè)圓形篩眼。
圖2所示，本發(fā)明的卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)布設(shè)方法
a.首先在預(yù)抽采區(qū)周邊的采動(dòng)影響范圍外選擇合適地表位置作為地表開孔位置，采區(qū) 第一井一般布置于的采區(qū)走向中心線上靠近始采線14處，采區(qū)最后一口井一般布置于采 區(qū)走向中心線上靠近停采線16處，其余各井一般優(yōu)先布置于靠近回風(fēng)巷13處，當(dāng)?shù)孛娴乩?條件不許可時(shí)，亦可將其布置于靠近進(jìn)風(fēng)巷15處；采區(qū)內(nèi)井間距L控制在400-500m ；如圖 2所示采區(qū)走向長(zhǎng)約1780m，可布置5 口地面井；采區(qū)第一井開孔位置18確定布置于采區(qū)之 外采區(qū)走向中心線上靠近始采線14的IOm范圍以內(nèi)，采區(qū)第一井終孔位置19確定布置于 采區(qū)內(nèi)采區(qū)走向中心線上靠近始采線14的30m范圍處；采區(qū)第二井開孔位置20、采區(qū)第三 井22、采區(qū)第四井開孔位置M確定位于地下采區(qū)之外靠近回風(fēng)巷13的IOm以內(nèi)，采區(qū)第二 井終孔位置21、采區(qū)第三井終孔位置23、采區(qū)第四井終孔位置25確定位于采區(qū)內(nèi)靠近回風(fēng) 巷13的30m位置處，并控制各井開孔位置間距及各井終孔位置間距L在430m左右；采區(qū)第 五井開孔位置沈位于布置于采區(qū)之外采區(qū)走向中心線上靠近停采線16的IOm范圍以內(nèi)， 采區(qū)第五井終孔位置27布置于采區(qū)內(nèi)采區(qū)走向中心線上靠近停采線16的30m范圍處；
b.首先施工采區(qū)第一井，從開孔位置18向終孔位置19方向的井眼造斜鉆孔，直至沿水 平方向到采區(qū)內(nèi)距離采區(qū)邊界約10m、同時(shí)沿第一垂深Hl到基巖面3下方30m位置處時(shí)，完 成第一開孔徑段1的鉆孔，造斜鉆孔的最大井斜角為15 25°，井眼曲率為5-10° /IOOm ；
c.在第一開孔徑段1內(nèi)安裝護(hù)壁套管2，并按常規(guī)已有技術(shù)固井；
d.從第一開孔徑段1的底部向終孔位置方向的井眼造斜鉆孔，完成第二垂深H2的第二 開孔徑段5的鉆孔，繼續(xù)向終孔位置方向垂直鉆孔，完成第三垂深H3的第二開孔徑段5的 鉆孔，再繼續(xù)從第二開孔徑段5的底部垂直向下鉆孔，鉆至被保護(hù)層12之下IOm處時(shí)，完成 第三開孔徑段10的鉆孔；第一開孔徑段的中心孔至第三開孔徑段的中心孔的距離為30 40m ；
e.在第二孔徑段5內(nèi)由下至上依次安裝第三篩管9、第二篩管7、第三篩管6及輸氣套 管4，在第三篩管6和輸氣套管4的連接處套裝膨脹橡膠8，并對(duì)膨脹橡膠8之上的輸氣套 管4與鉆孔之間進(jìn)行封孔固井，洗井完成后，安裝孔口裝置，完成一個(gè)抽采井的布設(shè)；
f.重復(fù)上述所有步驟，直至完成采區(qū)內(nèi)所有卸壓煤層氣地面抽采井的布設(shè)；待保護(hù)層 回采過井位后即依次利用井口真空泵負(fù)壓抽采卸壓煤層氣。
權(quán)利要求
1.一種卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括井眼造斜鉆孔的第一 垂深(Hl)的第一開孔徑段(1)、第二垂深(H2)的第二開孔徑段(5)、垂直鉆孔的第三垂深 (H3)的第二開孔徑段(5)和深入被保護(hù)層(12)中的第三開孔徑段(10)，第二開孔徑段(5) 的孔徑小于第一開孔徑段(1)的孔徑，第三開孔徑段(10)小于第二開孔徑段(5);第一開孔 徑段(1)內(nèi)設(shè)有護(hù)壁套管(2)，護(hù)壁套管(2)內(nèi)設(shè)有深入至第二垂深(H2)底部的的輸氣套管 (4)，輸氣套管(4)下設(shè)有直至第三垂深(H3)底部的進(jìn)氣篩管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)，其特征在于所述井眼 造斜鉆孔的最大井斜角為15 25°，井眼曲率應(yīng)為5 10° /100m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的第 一開孔徑段(1)的中心孔至第三開孔徑段(10)的中心孔的距離為30 40m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的進(jìn) 氣篩管包括依次連接的第一篩管(9)、第二篩管(7)、及與輸氣套管(4)底部連接的第三篩 管(6)。
5.一種如上述井身結(jié)構(gòu)的卸壓煤層氣地面抽采井布設(shè)方法，其特征在于包括如下步驟a.首先在卸壓抽采煤層氣地面確定位于地下采區(qū)之外IOm以內(nèi)為抽采井的開孔位置， 位于采區(qū)內(nèi)靠近采區(qū)邊界30m范圍為終孔位置；b.從開孔位置向終孔位置方向的井眼造斜鉆孔，直至沿水平方向到采區(qū)內(nèi)距離采區(qū)邊 界約10m、同時(shí)沿第一垂深(HI)到基巖面(3)下方30m位置處時(shí)，完成第一開孔徑段(1)的 鉆孔；井眼造斜鉆孔的最大井斜角為15 25°，井眼曲率應(yīng)為5 10° /IOOm ；c.在第一開孔徑段(1)內(nèi)安裝護(hù)壁套管(2)，并固井；d.從第一開孔徑段(1)的底部向終孔位置方向的井眼造斜鉆孔，完成第二垂深(H2)的 第二開孔徑段(5)的鉆孔，繼續(xù)向終孔位置方向垂直鉆孔，完成第三垂深(H3)的第二開孔 徑段(5)的鉆孔，再繼續(xù)從第二開孔徑段(5)的底部垂直向下鉆孔，鉆至被保護(hù)層(12)之下 IOm處時(shí)，完成第三開孔徑段(10)的鉆孔；第一開孔徑段(1)的中心孔至第三開孔徑段(10) 的中心孔的距離為30 40m ；e.在第二孔徑段(5)內(nèi)由下至上依次安裝第一篩管(9)、第二篩管(7)、第三篩管(6) 及輸氣套管(4 )，在第三篩管(6 )和輸氣套管(4 )的連接處套裝膨脹橡膠(8 )，并對(duì)膨脹橡膠 (8)之上的輸氣套管(4)與鉆孔之間進(jìn)行封孔固井，完成一個(gè)抽采井的布設(shè)；f.重復(fù)上述所有步驟，直至完成采區(qū)內(nèi)卸壓煤層氣抽采區(qū)域的抽采井的布設(shè)。
全文摘要
一種卸壓煤層氣地面抽采井的井身結(jié)構(gòu)及其布設(shè)方法，井身結(jié)構(gòu)包括井眼造斜鉆孔的第一垂深的第一開孔徑段、第二垂深的第二開孔徑段、垂直鉆孔的第三垂深的第二開孔徑段和深入被保護(hù)層中的第三開孔徑段。布設(shè)方法采用在采區(qū)外開孔、一開孔徑段和二開孔徑段上部采用定向造斜、二開孔徑段下部及三開孔徑段采用直井井身、在采區(qū)內(nèi)靠近采區(qū)邊界終孔，使井身結(jié)構(gòu)大部分置于采動(dòng)影響范圍之外或采動(dòng)影響較小的區(qū)域，大大增強(qiáng)了地面抽采井的穩(wěn)定性、減小了施工風(fēng)險(xiǎn)、提高了煤層氣井抽采產(chǎn)能，有效降低了采動(dòng)覆巖移動(dòng)破壞地面井和增長(zhǎng)地面抽采井的服務(wù)時(shí)間。
文檔編號(hào)E21B43/00GK102121364SQ201110037628
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者劉會(huì)虎, 周效志, 徐宏杰, 曹麗文, 桑樹勛, 黃華州 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)