專利名稱：用于從地表面接近地下礦藏的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及地下礦藏的開采，更具體地涉及用于從地表面接近地下礦藏的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多年來，對(duì)于含有大量攜帶的甲烷氣體的煤的地下礦藏，在從煤層中得到甲烷氣體是受到限制的。但是，大量的問題阻礙了更廣泛的開發(fā)和使用煤層中的甲烷氣體。從煤層中得到甲烷氣體的首要問題是煤層可能延伸上至幾千英畝的較大區(qū)域，煤層在深度上相當(dāng)淺，從幾英寸到幾米。因此，盡管煤層常常相當(dāng)接近地表面，但鉆入到煤層中用于獲得甲烷氣體的豎直井僅能在煤層中排放相當(dāng)小的半徑范圍。另外，對(duì)于經(jīng)常用來從巖層中增加甲烷氣體產(chǎn)量的壓力斷裂和其他方法，煤層是不可修復(fù)的。其結(jié)果是，一旦生產(chǎn)從煤層中的豎直井可容易排放出的氣體，進(jìn)一步的生產(chǎn)在量上就受到了限制。此外，煤層經(jīng)常與地下水相關(guān)，地下水必須從煤層中排出以生產(chǎn)甲烷。
水平鉆井型式已被嘗試用來延伸暴露于用于氣體收集的鉆孔的煤層的量。但是，這樣的水平鉆井技術(shù)需要使用從煤層中除去攜帶的水存在困難的輻射的(radiused)井眼。從地下井中抽取水的最有效的方法—抽吸桿式泵在水平或輻射的井眼中不能很好地工作。
從煤層中在地表面生產(chǎn)氣體的另一問題是由于煤層的多孔性造成的欠平衡鉆井狀態(tài)所引起的困難。在豎直和水平地表鉆井操作中，鉆井流體用來將鉆屑從井眼移送到地表面。鉆井流體在巖層上施加一流體靜壓，如果它超過巖層所能承受的流體靜壓，這將致使鉆井流體喪失到巖層中。這使得所攜帶的細(xì)小巖屑進(jìn)入到巖層中，從而易于阻塞產(chǎn)生氣體所需的孔、裂縫和裂痕。
作為從煤層中進(jìn)行地表生產(chǎn)甲烷氣體的這些困難的結(jié)果，在開采之前必須從煤層中移走的甲烷氣體已通過使用地下方法從煤層中移開。盡管使用地下方法可從煤層中容易地除去水并消除欠平衡鉆井狀況，但它們僅能夠接近通過當(dāng)前的開采操作暴露的有限量的煤層。例如，在進(jìn)行長壁開采時(shí)，地下鉆井設(shè)備用來鉆鑿從正在被開采的面進(jìn)入到而后將被開采的相鄰面中的水平孔。地下鉆井設(shè)備的局限限制了這些水平孔的到達(dá)范圍，由此限制了能夠有效排水的區(qū)域。此外，下一個(gè)面的脫氣在當(dāng)前面的開采中限制了脫氣時(shí)間。其結(jié)果是，必須鉆鑿許多水平孔以在有限的時(shí)間段內(nèi)除去氣體。另外，在較高的氣體含量或氣體通過煤層移動(dòng)的情況下，需要中止或延遲開采，直到下一個(gè)面被充分地脫氣。這些生產(chǎn)上的延遲增加了與使煤層脫氣相關(guān)的成本。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了用于從地表面接近地下礦藏的一改進(jìn)的方法和系統(tǒng)，該方法或系統(tǒng)基本消除或減少了與現(xiàn)有系統(tǒng)和方法相關(guān)的缺點(diǎn)和問題。具體講，本發(fā)明提供了帶有貫穿一水平腔體井的排水型式的一分段的井(articulated well)。該排水型式提供了從地表面到較大地下區(qū)域的通路，而豎直腔體井允許有效地移開和/或產(chǎn)生攜帶的水、碳?xì)浠衔锛捌渌练e物。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于從地表面接近地下層的一方法包括從地表面到該地下層鉆鑿出一大致豎直的井。從地表面到該地下層鉆鑿出一分段的井。該分段的井在地表面處水平偏離大致豎直的井，并在鄰近地下層的匯合處貫穿該大致豎直的井。通過分段的井鉆鑿從匯合處進(jìn)入到地下層中的一大致水平的排水型式。
按照本發(fā)明的另一方面，該大致水平的排水型式包括一羽狀型式，該羽狀型式具有從界定被排水型式覆蓋的一區(qū)域的第一端的該大致豎直的井延伸至該區(qū)域的一遠(yuǎn)端的一大致水平的對(duì)角井眼。第一組大致水平的邊側(cè)井眼彼此間隔開地從該對(duì)角井眼延伸至位于該對(duì)角井眼的第一側(cè)上的該區(qū)域的邊界。第二組大致水平的邊側(cè)井眼彼此間隔開地從該對(duì)角井眼延伸至位于該對(duì)角井眼的相對(duì)的第二側(cè)上的該區(qū)域的邊界。
按照本發(fā)明的另一方面，用于準(zhǔn)備一地下層以進(jìn)行開采的一方法使用了大致豎直的井和分段的井以及該排水型式。水通過該排水型式從地下層排放到大致豎直井的匯合處。通過該大致豎直的井將水從匯合處抽吸到地表面。通過大致豎直的井和分段的井中的至少一個(gè)從該地下層產(chǎn)生氣體。在完成脫氣之后，通過該排水型式將水和其他附加物注入到地下層中來進(jìn)一步準(zhǔn)備該地下層。
按照本發(fā)明的另一方面，設(shè)置一泵定位裝置，以將一井下泵精確地定位在井眼的腔體中。
本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括提供用于從地表面接近地下礦藏的一改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。具體講，從一分段的地表面井眼在目標(biāo)層中鉆鑿一水平排水型式，以提供從地表面到該地下層的通路。通過桿式泵單元可有效地除去以及/或產(chǎn)生從該地下層通過被豎直腔體井眼貫穿的該排水型式排出的攜帶的水、碳?xì)浠衔?、及其他流體。其結(jié)果是，從低壓或低孔隙度的巖層中可有效地在地表面處產(chǎn)生氣體、油、及其他流體。
本發(fā)明的另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是包括提供了用于鉆鑿進(jìn)入低壓層中的一改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。具體講，使用一井下泵或氣舉來減輕鉆井操作中用來除去鉆屑的鉆井流體所施加的流體靜壓。其結(jié)果是，可在超低壓的情況下鉆鑿該層，而不會(huì)使鉆井流體喪失到巖層中并阻塞該巖層。
本發(fā)明的另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括提供用于接近地下層的一改進(jìn)的水平排水型式。具體講，具有一主對(duì)角線和相對(duì)的諸邊側(cè)的一羽狀結(jié)構(gòu)可用來使從單個(gè)豎直井到該地下層的通路最大化。諸邊側(cè)井眼的長度在最接近豎直井的地方最大并向著主對(duì)角井眼的端部減小，以提供至一四邊形或其他格子區(qū)域的一致通路。這允許該排水型式與長壁表面和其他地下結(jié)構(gòu)對(duì)齊，以使開采的煤層或其他礦藏脫氣。
本發(fā)明另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括提供用于準(zhǔn)備煤層或其他地下礦藏以進(jìn)行開采的一改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。具體講，地表面井眼用來在開采操作之前使煤層脫氣。這減少了地下設(shè)備和活動(dòng)并增加了時(shí)間以使煤層脫氣，這使得由于較高氣體含量所導(dǎo)致的故障最小化。此外，水和其他附加物可在開采操作之前注入到脫氣的煤層中，以使灰塵和其他有害狀況最小化，以改進(jìn)采礦工藝的效率，并改進(jìn)煤產(chǎn)品的質(zhì)量。
本發(fā)明的另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括提供從開采的煤層中產(chǎn)生甲烷氣體的一改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。具體講，在開采操作之前最初用來使煤層脫氣的井眼可在開采操作之后再次用來收集采煤氣體(gob gas)。其結(jié)果是，與采煤氣體的收集相關(guān)的成本被最小化，以便于或使從已開采的煤層中收集采煤氣體變得可行。
本發(fā)明的另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是包括提供用于在腔體中定位井下泵和其他設(shè)備的一定位裝置。具體講，一可轉(zhuǎn)動(dòng)的腔體定位裝置被構(gòu)制成可以收回以在井眼中移動(dòng)該設(shè)備并可在井下腔體中延伸以將該設(shè)備最佳地定位在腔體中。這使得能夠?qū)⒕略O(shè)備容易地定位和固定在腔體中。
從以下的附圖、描述和權(quán)利要求書中，本發(fā)明的其他技術(shù)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得顯而易見。
附圖的簡(jiǎn)要描述為了更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)參見以下結(jié)合附圖的描述，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件，在附圖中

圖1是示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例通過貫穿一豎直腔體井眼的一分段的地表面井眼在地下層中形成一水平排水型式的剖視圖；圖2是示出按照本發(fā)明的另一實(shí)施例通過貫穿該豎直腔體井眼的該分段的地表面井眼在地下層中形成水平排水型式的剖視圖；圖3是示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例通過一豎直井從地下層中的水平排水型式產(chǎn)生流體的剖視圖；圖4是示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于接近地下層中的礦藏的一羽狀排水型式的俯視圖；圖5是示出按照本發(fā)明的另一實(shí)施例用于接近地下層中的礦藏的一羽狀排水型式的俯視圖；圖6是示出按照本發(fā)明的又一實(shí)施例用于接近地下層中的礦藏的一四邊形的羽狀排水型式的俯視圖；圖7是示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于脫氣和準(zhǔn)備煤層以進(jìn)行開采操作的位于諸煤層面中的對(duì)齊的諸羽狀排水型式的俯視圖；圖8是示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于準(zhǔn)備煤層以進(jìn)行開采操作的一方法的流程圖；圖9A-C是示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一腔體井眼定位工具的剖視圖。
發(fā)明的詳盡描述圖1示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、用于從地表面接近一地下層的一個(gè)腔體和分段的井的結(jié)合。在該實(shí)施例中，該地下層是煤層。應(yīng)當(dāng)理解到，使用本發(fā)明的雙井系統(tǒng)可以相似地接近其他低壓、超低壓和低孔隙度的地下層，以在該區(qū)域中排出以及/或產(chǎn)生水、碳?xì)浠衔锖推渌黧w并在開采操作之前處理該區(qū)域中的礦藏。
參見圖1，一大致豎直的井12從地表面14延伸至目標(biāo)煤層15。該大致豎直的井12穿過煤層15并在煤層15之下繼續(xù)延伸。使用終止在煤層15的高度或該高度之上的合適的井筒16作為該大致豎直的井的襯里。
該大致豎直的井12在鉆井的過程中或之后進(jìn)行測(cè)井以精確地定位煤層15的豎直深度。其結(jié)果是，在隨后的鉆井操作中不會(huì)錯(cuò)過煤層，并且在鉆井時(shí)不必采用用來定位煤層15的技術(shù)。在該大致豎直的井12中的煤層15的高度處形成一擴(kuò)大直徑的腔體20。如以下的更詳盡的描述，該擴(kuò)大直徑的腔體20提供了大致豎直的井與用來在煤層15中形成大致水平的排水型式的分段的井相交的匯合處。該擴(kuò)大直徑的腔體20還提供了在生產(chǎn)操作過程中用于從煤層15中排出的流體的一收集點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該擴(kuò)大直徑的腔體20具有大約八英尺的半徑和等于或超過煤層15的豎直尺寸的一豎直尺寸。該擴(kuò)大直徑的腔體20是通過使用適當(dāng)?shù)牡叵裸q孔(under-reaming)技術(shù)和設(shè)備來形成的。大致豎直的井12的一豎直部分在擴(kuò)大直徑的腔體20之下繼續(xù)延伸以形成腔體20的一儲(chǔ)液槽22。
一分段的井30從地表面14延伸至大致豎直的井12的擴(kuò)大直徑的腔體20。該分段的井30具有一大致豎直的部分32、一大致水平的部分34、以及互連豎直和水平部分32和34的一彎曲或呈圓角的部分36。水平部分34基本處在煤層15的水平平面中并與大致豎直的井12的擴(kuò)大直徑的腔體20相交。
在地表面14上，該分段的井30偏離大致豎直的井12足夠的距離，以在與擴(kuò)大直徑的腔體20相交之前鉆出以較大半徑彎曲的部分36和所需的水平部分34。為了提供具有100-150英尺半徑的彎曲部分36，該分段的井30偏離大致豎直的井12大約300英尺的距離。該間距使得彎曲部分36的角度最小以在鉆井操作中減小井30中的摩擦。從而使鉸接的鉆柱通過分段的井30可達(dá)到的距離最大。
使用具有適當(dāng)?shù)木埋R達(dá)和鉆頭42的鉸接的鉆柱40來鉆出分段的井30。鉆井時(shí)的測(cè)量(MWD)裝置44包含在鉆柱40中，用于控制由馬達(dá)和鉆頭42所鉆出的井的方位和方向。使用適當(dāng)?shù)木?8作為分段的井30的大致豎直的部分32的襯里。
在擴(kuò)大直徑的腔體20已被分段的井30順利貫穿之后，使用鉸接的鉆柱40和合適的水平鉆井裝置繼續(xù)鉆孔通過腔體20，以提供位于煤層15中的大致水平的排水型式50。該大致水平的排水型式50和其他的此類井包括煤層15或其他地下層的斜坡、波浪形部分或其他傾斜部分。在該操作過程中，γ射線測(cè)井工具和鉆鑿時(shí)的傳統(tǒng)測(cè)量裝置可用來控制和指引鉆頭的方位，以將排水型式50保持在煤層15的邊界中并提供煤層15中的所需區(qū)域的基本一致的覆蓋層。結(jié)合附圖4-7，以下更詳盡地描述了有關(guān)排水型式的其他信息。
在鉆出排水型式50的過程中，鉆井液或“泥漿”沿著鉸接的鉆柱40向下泵送并在鉆頭42的鄰近處流出鉆柱40，在此它被用來沖洗地層并移開形成的鉆屑。而后鉆屑混入到鉆井液中，該流體通過鉆柱40和井壁之間的環(huán)形空間向上行進(jìn)，直到到達(dá)地表面14，在此從鉆井液中去除鉆屑，而后重新循環(huán)該流體。該傳統(tǒng)的鉆井操作產(chǎn)生了具有等于井30的深度的一豎直高度的鉆井液的標(biāo)準(zhǔn)水柱并產(chǎn)生了對(duì)應(yīng)于井深、作用在井身上的流體靜壓。因?yàn)槊簩于呌谑嵌嗫诐B水和碎裂的，即使地層中的水也處在煤層15中，它們也不能維持這樣的流體靜壓。因此，如果允許全部的流體靜壓作用在煤層15上，其結(jié)果是鉆井液和所攜帶的鉆屑喪失到地層中。這樣的環(huán)境被稱之為“過平衡”鉆井操作，其中作用在井身上的流體靜壓超過了地層所承受壓力的能力。鉆屑中的鉆井液的喪失不僅在必須彌補(bǔ)所喪失的鉆井液方面是昂貴的，而且它趨于阻塞煤層15中的孔，這些孔是需要的以排出煤層中的氣體和水。
為了防止在排水型式50的形成過程中的過平衡狀態(tài)，設(shè)置空氣壓縮機(jī)60以沿著大致豎直的井12向下循環(huán)壓縮的空氣并通過分段的井30返回。循環(huán)的空氣將與圍繞鉸接的鉆柱40的環(huán)形空間中的鉆井液相混合并在鉆井液的液柱中產(chǎn)生氣泡。這具有減輕鉆井液的流體靜壓和充分減小井下壓力的效果，由此鉆井狀況不會(huì)變得過平衡。鉆井液的通風(fēng)使井下壓力減小到大約150-200磅/平方英寸(psi)的壓力。因此，可以鉆鑿低壓的煤層和其他地下層，而不會(huì)大量喪失鉆井液以及由于鉆井液而造成該區(qū)域的污染。
當(dāng)鉆鑿分段的井30時(shí)，并且如果需要，當(dāng)鉆鑿排水型式50時(shí)，壓縮空氣與水相混合的泡沫也可以通過鉸接的鉆柱40與鉆井泥漿一起向下循環(huán)，以使環(huán)形空間中的鉆井液充滿氣體。使用氣錘鉆頭或空氣供能的井下馬達(dá)也能夠?qū)嚎s空氣或泡沫供給到鉆井液中。在該情況下，用來給鉆頭或井下馬達(dá)供能的壓縮空氣或泡沫從鉆頭42的鄰近處退出。此時(shí)，沿大致豎直的井12循環(huán)的更大量的空氣比通常通過鉸接的鉆柱40供給的空氣給鉆井液充入更多的空氣。
圖2示出按照本發(fā)明的另一實(shí)施例用于在煤層15中鉆鑿排水型式50的方法和系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，如同前面結(jié)合圖1進(jìn)行的描述一樣來定位和形成大致豎直的井12、擴(kuò)大直徑的腔體20和分段的井30。
參見圖2，在擴(kuò)大直徑的腔體20被分段的井30貫穿之后，泵52被安裝在擴(kuò)大直徑的腔體20中以通過大致豎直的井12將鉆井液和鉆屑抽吸到地表面14。這消除了空氣和流體沿分段的井30向上返回時(shí)的摩擦并將井下壓力幾乎減小至零。因此，可從地表面接近具有低于150psi的超低壓的煤層和其他地下層。此外，還消除了使井中的空氣和甲烷相混合的危險(xiǎn)。
圖3示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例從煤層15中的水平排水型式50來生產(chǎn)流體。在該實(shí)施例中，在大致豎直和分段的井12和30、以及所需的排水型式50被鉆出之后，將鉸接的鉆柱40從分段的井30中取出，并蓋上該分段的井。對(duì)于以下描述的多重羽狀結(jié)構(gòu)，分段的井30可在大致水平的部分34中被堵塞。另外，分段的井30也可以不被堵塞。
參見圖3，一井下泵80被設(shè)置在大致豎直的井12中的擴(kuò)大直徑的腔體20中。該擴(kuò)大的腔體20給積聚的流體提供蓄水池，從而允許間歇的抽吸，而沒有由井中的積聚流體所導(dǎo)致的流體靜壓頭的不利效果。
井下泵80借助于管柱82連接于地表面14并由通過管柱的井身12向下延伸的抽吸桿84供能。抽吸桿84通過適當(dāng)?shù)谋砻姘惭b裝置例如一動(dòng)力推動(dòng)的游梁86作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以操作井下泵80。井下泵80被用來從煤層15中通過排水型式50除去水和所攜帶的煤粉。一旦水被移至地表面，對(duì)水進(jìn)行處理以分離溶解在水中的甲烷并除去所攜帶的煤粉。在足夠多的水已從煤層中被除去之后，純凈的煤層氣體可通過圍繞管柱82的大致豎直的井12的環(huán)形空間流動(dòng)至地表面14，并通過連接于井口裝置的管道系統(tǒng)被移送。在地表面處，處理、壓縮并通過管道抽吸甲烷，以傳統(tǒng)方式用作燃料。該井下泵80可持續(xù)運(yùn)作或按照需要運(yùn)作以除去從煤層15排到擴(kuò)大直徑的腔體20中的水。
圖4-7示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于接近煤層1 5或其他地下層的大致水平的排水型式50。在該實(shí)施例中，該排水型式包括具有一中心對(duì)角線并帶有從該對(duì)角線的每一側(cè)延伸的大致對(duì)稱設(shè)置并適當(dāng)間隔開的支線的羽狀樣式。該羽狀樣式與葉脈的樣式或羽毛的圖案近似，它具有設(shè)置成大致相等和平行的間距或設(shè)置在一軸線的相對(duì)側(cè)的相似的大致平行的輔助排水孔。帶有中心孔和位于每一側(cè)的大致對(duì)稱設(shè)置并適當(dāng)間隔開的輔助排水孔的該羽狀排水型式提供了從煤層或其他地下地層排出流體的一致模式。如以下更詳盡的描述，該羽狀型式提供了正方形、其他四邊形、或柵格區(qū)域的基本一致的覆蓋范圍并可與準(zhǔn)備煤層15進(jìn)行開采操作的長壁開采面對(duì)齊。應(yīng)理解到，按照本發(fā)明也可以使用其他合適的排水型式。
從地表面鉆鑿出的該羽狀和其他合適的排水型式提供了至地下地層的表面通路。該排水型式可用來一致地去除以及/或加入流體或者另外用來處理地下礦藏。在不是煤的應(yīng)用中，該排水型式可用來開始地下燃燒、用于重質(zhì)原油的“蒸汽吞吐”蒸汽操作、以及從低孔隙度的蓄集層中除去碳?xì)浠衔铩?br> 圖4示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一羽狀排水型式100。在該實(shí)施例中，該羽狀排水型式100提供了至一地下層的大致方形區(qū)域102的通路。多個(gè)羽狀型式50可一起使用以提供至較大地下層的一致通路。
參見圖4，擴(kuò)大直徑的腔體20界定了區(qū)域102的第一角部。羽狀型式100具有沿對(duì)角延伸通過區(qū)域102至區(qū)域102的遠(yuǎn)角106的一大致水平的主井眼104。較佳地，大致豎直和分段的井12和30定位在區(qū)域102之上，以致對(duì)角的井眼104被鉆鑿在煤層15的斜坡上。這便于從區(qū)域102收集水和氣體。對(duì)角的井眼104是使用鉸接的鉆柱40鉆鑿出的并從與分段的井30對(duì)齊的擴(kuò)大的腔體20處延伸。
多個(gè)邊側(cè)井眼110從對(duì)角井眼104的相對(duì)側(cè)延伸至區(qū)域102的周邊112。諸邊側(cè)井眼110可以是對(duì)角井眼104的相對(duì)側(cè)上的彼此的鏡像，或者沿著對(duì)角井眼104彼此相對(duì)偏離。每個(gè)邊側(cè)井眼110具有離開對(duì)角井眼104的一半徑彎曲部分114和彎曲部分114已到達(dá)所需位置之后形成的一延長部分116。為了一致地覆蓋方形區(qū)域102，成對(duì)的邊側(cè)井眼110大致均勻地分布在對(duì)角井眼104的每一側(cè)上并以大約45度的角度從對(duì)角線104延伸。邊側(cè)井眼110隨著逐漸遠(yuǎn)離擴(kuò)大直徑的腔體20縮短其長度以便于鉆鑿邊側(cè)井眼110。
使用單個(gè)對(duì)角井眼104和五對(duì)邊側(cè)井眼110的羽狀排水型式100可對(duì)大約150英畝的煤層區(qū)域進(jìn)行排水。在較小的區(qū)域需要排水的情況下，或者在煤層具有不同的形狀，例如細(xì)長的狹窄形狀或者由于地表面或地下的地形，通過改變邊側(cè)井眼110相對(duì)對(duì)角井眼104的角度以及邊側(cè)井眼110的方位，可以應(yīng)用其他的羽狀排水型式。另外，可以僅在對(duì)角井眼104的一側(cè)鉆鑿邊側(cè)井眼110以形成半個(gè)羽狀型式。
通過使用鉸接的鉆柱40和合適的水平鉆井裝置鉆鑿?fù)ㄟ^擴(kuò)大直徑的腔體20來形成對(duì)角井眼104和邊側(cè)井眼110。在該操作過程中，γ射線測(cè)井工具和鉆鑿時(shí)的傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)可用來控制鉆頭的方向和方位以將排水型式保持在煤層15的邊界中并保持對(duì)角和邊側(cè)井眼104和110的適當(dāng)間距和方位。
在具體的實(shí)施例中，對(duì)角井眼104在各個(gè)邊側(cè)造斜點(diǎn)108處被鉆鑿出一斜面。在完成對(duì)角井眼104之后，鉸接的鉆柱返回至連續(xù)的每個(gè)邊側(cè)造斜點(diǎn)108，在對(duì)角井眼104的每個(gè)邊側(cè)上鉆鑿邊側(cè)井眼110。應(yīng)理解到，按照本發(fā)明也可以另外的方式適當(dāng)?shù)匦纬捎馉钆潘褪?00。
圖5示出按照本發(fā)明的另一實(shí)施例的一羽狀排水型式120。在該實(shí)施例中，羽狀排水型式120對(duì)煤層15的大致矩形區(qū)域122進(jìn)行排水。羽狀排水型式120具有如同關(guān)于圖4所示的對(duì)角和邊側(cè)井眼104和110所述的那樣形成的一主對(duì)角井眼124和多個(gè)邊側(cè)井眼126。然而，對(duì)于大致矩形的區(qū)域122，位于對(duì)角井眼124的第一側(cè)上的邊側(cè)井眼126具有一較小的角度，而位于對(duì)角井眼124的相對(duì)側(cè)上的邊側(cè)井眼126具有一陡峭的角度，以一起提供區(qū)域12的一致覆蓋范圍。
圖6示出按照本發(fā)明的另一實(shí)施例的一四邊形的羽狀排水型式140。該四邊形的排水型式140具有四個(gè)不連續(xù)的羽狀排水型式100，每個(gè)排水型式100對(duì)羽狀排水型式140所覆蓋的區(qū)域142的四分之一部分進(jìn)行排水。
每個(gè)羽狀排水型式100具有一對(duì)角井眼104和從對(duì)角井眼104延伸的多個(gè)邊側(cè)井眼110。在該四邊形的實(shí)施例中，每一對(duì)角和邊側(cè)井眼104和110是從共同的分段的井141鉆鑿出的。這允許地表面生產(chǎn)設(shè)備的較緊密的間距、排水型式的更廣的覆蓋范圍、以及減少鉆井設(shè)備和操作。
圖7示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于煤層的脫氣和準(zhǔn)備以進(jìn)行開采操作的羽狀排水型式100與煤層的地下結(jié)構(gòu)的對(duì)齊。在該實(shí)施例中，使用長壁工藝開采煤層15。應(yīng)理解到，對(duì)于其他類型的開采操作，本發(fā)明也可用來使煤層脫氣。
參見圖7，煤層面150從長壁152沿縱向延伸。按照長壁開采的實(shí)踐，每個(gè)面150從遠(yuǎn)端向著長壁152被連續(xù)開采，在開采過程之后，開采的頂部允許下陷和斷裂成開口。在開采面150之前，羽狀排水型式100從表面鉆鑿到面150中，以在開采操作之前使煤層面150脫氣。每個(gè)羽狀排水型式100與長壁152和面150的格子對(duì)齊并覆蓋一個(gè)或多個(gè)面150的部分。以此方式，依據(jù)地下結(jié)構(gòu)和限制，可從地表面使礦藏的一個(gè)區(qū)域脫氣。
圖8是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例準(zhǔn)備煤層15以進(jìn)行開采操作的一方法的流程圖。在該實(shí)施例中，該方法以步驟160開始，在此確定需要排水的區(qū)域和用于諸區(qū)域的排水型式50。較佳地，諸區(qū)域與用于該地層的開采平面的格子對(duì)齊。羽狀結(jié)構(gòu)100，120和140可用來提供該地層的最優(yōu)的覆蓋范圍。應(yīng)理解到，其他合適的型式也可用來使煤層15脫氣。
進(jìn)行步驟162，從地表面14穿過煤層1 5來鉆鑿大致豎直的井12。下一步，在步驟164，利用井下測(cè)井裝置來精確地確定大致豎直的井12中的煤層的位置。在步驟164，擴(kuò)大直徑的腔體22形成在大致豎直的井12中、煤層15的位置處。如前面的討論，擴(kuò)大直徑的腔體20可通過地下鉸孔和其他傳統(tǒng)技術(shù)來形成。
下一步，在步驟166，鉆鑿分段的井30以貫穿擴(kuò)大直徑的腔體22。在步驟168，用于羽狀排水型式100的主對(duì)角井眼104被鉆鑿穿過分段的井30而進(jìn)入到煤層15中。在形成主對(duì)角井眼104之后，在步驟170鉆鑿用于羽狀排水型式100的邊側(cè)井眼110。如前面的描述，邊側(cè)造斜點(diǎn)在其成型過程中形成在對(duì)角井眼104中以便于鉆鑿邊側(cè)井眼110。
在步驟172，分段的井30被蓋住。下一步，在步驟174，擴(kuò)大的對(duì)角腔體22在準(zhǔn)備中被清空以安裝井下生產(chǎn)設(shè)備。擴(kuò)大直徑的腔體22可通過沿大致豎直的井12向下泵送的壓縮空氣或其他適當(dāng)?shù)募夹g(shù)被清空。在步驟176，生產(chǎn)設(shè)備被安裝在大致豎直的井12中。該生產(chǎn)設(shè)備具有向下延伸進(jìn)入到腔體22中以從煤層15中除去水的一桿式泵。水的去除將降低煤層的壓力并允許甲烷氣體擴(kuò)散并形成在大致豎直井12的環(huán)形空間中。
進(jìn)行步驟178，從排水型式100排入到腔體22中的水通過桿式抽吸單元被抽吸到地表面面上。按照需要，持續(xù)地或間歇地抽吸水以從腔體22中將它移送走。在步驟180，從煤層15中擴(kuò)散出的甲烷氣體在地表面14被持續(xù)地收集。下一步，在判斷性步驟182，確定來自煤層15的氣體的產(chǎn)生是否完成。在一個(gè)實(shí)施例中，在收集氣體的成本超過井所產(chǎn)生的收益之后，氣體的產(chǎn)生是完成的。在另一實(shí)施例中，氣體可以從井中連續(xù)地產(chǎn)生，直到煤層15中保留的氣體程度低于開采操作所需的程度。如果氣體的產(chǎn)生未完成，判斷性步驟182的否分支返回至步驟178和180，在此繼續(xù)從煤層15中除去水和氣體。直到生產(chǎn)完成，判斷性步驟182的是分支引導(dǎo)至步驟184，在該步驟移開生產(chǎn)設(shè)備。
下一步，在判斷性步驟186，確定為了開采操作是否需要進(jìn)一步準(zhǔn)備煤層15。如果煤層15需要進(jìn)一步準(zhǔn)備以進(jìn)行開采操作，判斷性步驟186的是分支將引導(dǎo)至步驟188，在該步驟，為了使灰塵最小化，水和其他附加物被注入到煤層15中以再水合煤層，以改進(jìn)開采效率，并改進(jìn)開采出的產(chǎn)品。
步驟188和步驟186的否分支將引導(dǎo)至步驟190，在該步驟開采煤層15。在開采過程之后，從煤層中移開煤致使開采的頂部下陷和斷裂成開口。坍塌的頂部產(chǎn)生通過大致豎直的井12在步驟192被收集的采煤氣體。因此，不需要其他的鉆井操作以從開采的煤層中回收采煤氣體。步驟192引導(dǎo)至該過程的結(jié)束，通過該過程從地表面有效地使煤層脫氣。該方法提供了與開采的一協(xié)同關(guān)系以在開采之前除去不想要的氣體并在開采過程之前再水合煤礦。
圖9A至9C是示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例配置井內(nèi)腔體泵200的視圖。參見圖9A，井內(nèi)腔體泵200包括一井眼部分202和一腔體定位裝置204。井眼部分202包括用于將容納在腔體20中的井內(nèi)流體汲取和傳送至豎直井12的表面的一入口206。
在該實(shí)施例中，腔體定位裝置204可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在井眼部分202上以提供腔體定位裝置204相對(duì)井眼部分202的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。例如，一銷釘、軸或其他適當(dāng)?shù)姆椒ɑ蜓b置(未明確示出)可用來將腔體定位裝置204可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在井眼部分202上，以提供腔體定位裝置204相對(duì)井眼部分202圍繞軸線208的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因此，腔體定位裝置204可在其一端210和一端212之間連接在井眼部分202上，以致相對(duì)井眼部分202能夠可轉(zhuǎn)動(dòng)地操縱端部210和212。
腔體定位裝置204還包括一均衡部分214以在未支承的狀態(tài)下控制端部210和212相對(duì)井眼部分202的位置。例如，腔體定位裝置204相對(duì)井眼部分202圍繞軸線208伸出懸臂。均衡部分214沿腔體定位裝置204設(shè)置在軸線218和端部210之間，由此在井內(nèi)腔體泵200相對(duì)豎直井12和腔體20的配置和收回過程中，均衡部分204的重量或質(zhì)量均衡腔體定位裝置204。
在操作中，腔體定位裝置204被設(shè)置到豎直井12中，其端部210和均衡部分214被定位在大致縮回狀態(tài)，由此將端部210和均衡部分214設(shè)置成靠近井眼部分202。當(dāng)井內(nèi)腔體泵200沿箭頭216所示的方向在豎直井12中向下行進(jìn)時(shí)，腔體定位裝置204的長度將防止自身相對(duì)井眼部分202的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng)井內(nèi)腔體泵200在豎直井12中向下行進(jìn)時(shí)，均衡部分214的質(zhì)量致使均衡部分214和端部212通過與豎直井12的豎直壁218的接觸而被支承住。
參見圖9B，當(dāng)井內(nèi)腔體泵200在豎直井12中向下行進(jìn)時(shí)，在腔體定位裝置204從豎直井12移動(dòng)至腔體20時(shí)，均衡部分214導(dǎo)致腔體定位裝置204相對(duì)井眼部分202的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng)腔體定位裝置204從豎直井12移動(dòng)至腔體20中時(shí)，均衡部分214和端部212變得不再被豎直井12的豎直壁218支承。當(dāng)均衡部分214和端部212變得不被支承時(shí)，均衡部分214自動(dòng)地導(dǎo)致腔體定位裝置204相對(duì)井眼部分202的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。例如，均衡部分214通常致使端部210轉(zhuǎn)動(dòng)或相對(duì)豎直井12沿箭頭220所指的方向向外延伸。此外，腔體定位裝置204的端部212相對(duì)豎直井12沿箭頭222所指的方向向外延伸或轉(zhuǎn)動(dòng)。
腔體定位裝置204的長度被構(gòu)制成當(dāng)其從豎直井12轉(zhuǎn)移到腔體20中時(shí)，使其端部210和212變得不再被豎直井12支承，由此允許均衡部分214使端部212相對(duì)井眼部分202向外并在儲(chǔ)液槽22的環(huán)面部分224之上作轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因此，在操作中，當(dāng)腔體定位裝置204從豎直井12轉(zhuǎn)移到腔體20中時(shí)，均衡部分214使端部212沿箭頭222所指的方向向外轉(zhuǎn)動(dòng)或延伸，由此井內(nèi)腔體泵200的繼續(xù)的向下行進(jìn)將引起端部212與腔體20的水平壁226的接觸。
參見圖9C，當(dāng)井內(nèi)腔體泵200繼續(xù)向下行進(jìn)時(shí)，端部212與腔體20的水平壁226的接觸致使腔體定位裝置204相對(duì)井眼部分202的進(jìn)一步的轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，端部212和水平壁226之間的接觸以及井內(nèi)腔體泵200的向下行進(jìn)致使端部210沿箭頭228所指的方向相對(duì)豎直井12向外延伸或轉(zhuǎn)動(dòng)，直到均衡部分214接觸腔體20的水平壁230。一旦腔體定位裝置204的均衡部分214和端部212變得被腔體20的水平壁226和230支承住，井內(nèi)腔體泵200的繼續(xù)的向下行進(jìn)被阻止，由此將入口206定位在腔體20中的預(yù)定位置。
因此，入口206可沿著井眼部分202定位在各個(gè)位置，以致腔體定位裝置204在腔體20中降至最低點(diǎn)時(shí)，入口206被設(shè)置在腔體20中的預(yù)定位置。因此，入口206可精確地定位在腔體20中以基本防止吸入儲(chǔ)液槽或鼠洞22中的巖屑或其他材料并防止由于入口206放置在狹窄的井眼中所造成的氣體干擾。此外，入口206可定位在腔體20中以使從腔體20中收回的流體最大化。
在逆向的操作中，井內(nèi)腔體泵200的向上行進(jìn)致使釋放均衡部分214和端部212分別與水平部分230和226之間的接觸。當(dāng)腔體定位裝置204變得不再被支承在腔體20中時(shí)，設(shè)置在端部212和軸線208之間的腔體定位裝置204的質(zhì)量將致使腔體定位裝置204沿與圖9B示出的箭頭220和222所指的方向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，均衡部分214與設(shè)置在端部212和軸線208之間的腔體定位裝置204的質(zhì)量相協(xié)作以大致對(duì)齊腔體定位裝置204和豎直壁12。因此，當(dāng)從腔體20中收回井內(nèi)腔體泵200時(shí)，腔體定位裝置204自動(dòng)地變得與豎直井12對(duì)齊。而后井內(nèi)腔體泵200的進(jìn)一步的向上行進(jìn)可用來從腔體20和豎直井12中取出腔體定位裝置204。
因此，通過將井內(nèi)腔體泵200的入口206確定地定位在腔體20中的預(yù)定位置，本發(fā)明比現(xiàn)有的系統(tǒng)和方法提供了更強(qiáng)的可靠性。此外，可有效地從腔體20中取出井內(nèi)腔體泵200，而不需要其他解鎖或?qū)R工具以便于從腔體20和豎直井12中收回井內(nèi)腔體泵200。
盡管已通過幾個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可進(jìn)行各種變化和改型。本發(fā)明涵蓋了處于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的此類變化和改型。
權(quán)利要求
1.用于從地表面接近地下層的一種方法，其特征在于該方法包括從地表面至該地下層鉆鑿出一豎直井；從地表面至該地下層鉆鑿出一分段的井，該分段的井在地表面水平偏離該豎直井并在接近該地下層的匯合處貫穿該豎直井；以及通過該分段的井鉆鑿出從匯合處進(jìn)入到地下層中的一水平的排水型式。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在豎直井中接近地下層的地方形成一擴(kuò)大的腔體；鉆鑿該分段的井以貫穿豎直井的較大腔體；以及通過分段的井鉆鑿出從擴(kuò)大的腔體進(jìn)入到地下層中的該水平排水型式。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該地下層包括煤層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該地下層包括儲(chǔ)油層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括通過豎直井從地下層生產(chǎn)流體。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括將一豎直的桿式泵單元安裝到豎直井中，使泵的入口接近匯合處；以及操作豎直的桿式泵單元以從地下層生產(chǎn)流體。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該地下層包括一低壓區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鉆鑿從匯合處進(jìn)入到地下層中的水平排水型式的步驟包括從界定該地下層中的第一組區(qū)域的匯合處至該區(qū)域的一遠(yuǎn)端鉆鑿一水平的對(duì)角井眼；從該對(duì)角井眼至該區(qū)域的周界在對(duì)角井眼的第一側(cè)上鉆鑿彼此間隔開的第一組水平邊側(cè)井眼；以及從該對(duì)角井眼至該區(qū)域的周界在對(duì)角井眼的相對(duì)的第二側(cè)上鉆鑿彼此間隔開的第二組水平邊側(cè)井眼。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于每個(gè)邊側(cè)井眼以45°的角度從對(duì)角井眼延伸。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于地下層中的該區(qū)域是四邊形。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于地下層中的該區(qū)域是正方形。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鉆鑿從匯合處進(jìn)入到地下層中的該水平排水型式的步驟包括使用延伸通過分段的井和匯合處的鉸接的鉆柱來鉆鑿排水型式；通過鉸接的鉆柱供給鉆井流體并通過位于鉸接的鉆柱和分段的井之間的環(huán)形空間返回流體，以除去鉸接的鉆柱在鉆鑿排水型式的過程中所產(chǎn)生的鉆屑；將鉆井氣體注入到該豎直井中；以及使鉆井氣體與鉆井流體在匯合處混合以在鉆鑿排水型式的過程中減小地下層上的流體靜壓。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于鉆井氣體包括空氣。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于該地下層包括具有低于250磅/平方英寸(psi)的壓力的一低壓儲(chǔ)集層。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鉆鑿從匯合處進(jìn)入到地下層中的水平排水型式的步驟包括使用延伸通過分段的井和匯合處的一鉸接的鉆柱鉆鑿排水型式；通過鉸接的鉆柱向下供給鉆井流體以除去鉆柱在鉆鑿排水型式的過程中所產(chǎn)生的鉆屑；通過豎直井抽回帶有鉆屑的鉆井流體以減小鉆鑿排水型式的過程中作用在地下層上的流體靜壓。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于該地下層包括具有低于150磅/平方英寸(psi)的壓力的一超低壓儲(chǔ)集層。
17.用于從地表面接近一地下層的一系統(tǒng)，其特征在于它包括從地表面延伸至該地下層的一豎直井；從地表面延伸至該地下層的一分段的井，該分段的井在地表面水平偏離該豎直井并在接近該地下層的匯合處貫穿該豎直井；以及從匯合處延伸進(jìn)入到地下層中的一水平排水型式。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于該匯合處還包括形成在豎直井中接近該地下層的一擴(kuò)大的腔體。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于該地下層包括煤層。
20.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于該地下層包括儲(chǔ)油層。
21.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于該地下層包括一低壓儲(chǔ)集層。
22.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于該地下層包括具有低于150磅/平方英寸(psi)的壓力的一超低壓儲(chǔ)集層。
23.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括定位在該豎直井中并能夠運(yùn)作以將從地下層排放到匯合處的流體抽吸到地表面的豎直的桿式泵單元。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于該豎直的桿式泵單元包括一桿式泵。
25.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于該水平排水型式包括從界定該地下層中的一區(qū)域的第一端的匯合處延伸至該區(qū)域的一遠(yuǎn)端的一水平的對(duì)角井眼；從該對(duì)角井眼延伸至該區(qū)域的周界、位于對(duì)角井眼的第一側(cè)上的彼此間隔開的第一組水平邊側(cè)井眼；以及從該對(duì)角井眼延伸至該區(qū)域的周界、位于對(duì)角井眼的相對(duì)的第二側(cè)上的彼此間隔開的第二組水平邊側(cè)井眼。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)邊側(cè)井眼以45°的角度從對(duì)角井眼延伸。
27.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于位于地下層中的該區(qū)域是四邊形的。
28.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于位于地下層中的該區(qū)域是正方形的。
29.用于從地表面接近一地下層的一區(qū)域的一水平的地下排水型式，其特征在于它包括從界定該地下層中的該區(qū)域的第一端的一地表面井眼延伸至該區(qū)域的一遠(yuǎn)端的一水平的對(duì)角井眼；從該對(duì)角井眼彼此間隔地延伸至該區(qū)域的周界、位于對(duì)角井眼的第一側(cè)上的第一組水平邊側(cè)井眼；以及從該對(duì)角井眼彼此間隔地延伸至該區(qū)域的周界、位于對(duì)角井眼的相對(duì)的第二側(cè)上的第二組水平邊側(cè)井眼。
30.如權(quán)利要求29所述的地下排水型式，其特征在于諸邊側(cè)井眼隨著逐漸遠(yuǎn)離該地表面井眼而逐漸變短。
31.如權(quán)利要求29所述的地下排水型式，其特征在于各個(gè)邊側(cè)井眼以40度到50度之間的一角度從對(duì)角井眼延伸。
32.如權(quán)利要求29所述的地下排水型式，其特征在于各個(gè)邊側(cè)井眼以45度的角度從對(duì)角井眼延伸。
33.如權(quán)利要求29所述的地下排水型式，其特征在于該區(qū)域包括一個(gè)四邊形，諸端部包括該四邊形的遠(yuǎn)角。
34.如權(quán)利要求29所述的地下排水型式，其特征在于該區(qū)域包括一個(gè)正方形，諸端部包括該正方形的相對(duì)端部。
35.如權(quán)利要求29所述的地下排水型式，其特征在于該水平對(duì)角井眼和諸邊側(cè)井眼提供了該區(qū)域的一致的覆蓋范圍。
36.如權(quán)利要求29所述的地下排水型式，其特征在于位于每組中的諸邊側(cè)井眼相對(duì)彼此是均勻間隔的。
37.用于接近地下層的一范圍的一結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括界定該范圍中的第一區(qū)域的一端的第一豎直井；界定該范圍中的鄰近第一區(qū)域的第二區(qū)域的一端的第二豎直井；具有在第一匯合處貫穿第一豎直井的第一部分和在第二匯合處貫穿第二豎直井的第二部分的一分段的井；從與分段的井的第一部分相配的第一匯合處延伸至第一區(qū)域的一遠(yuǎn)端的第一水平對(duì)角井眼；從與分段的井的第二部分相配的第二匯合處延伸至第二區(qū)域的一遠(yuǎn)端的第二水平對(duì)角井眼；以及每個(gè)對(duì)角井眼包括從該對(duì)角井眼延伸至包含該對(duì)角井眼的該區(qū)域的邊界的多個(gè)水平的邊側(cè)井眼。
38.如權(quán)利要求37所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于從各個(gè)對(duì)角井眼延伸的諸邊側(cè)井眼包括從該對(duì)角井眼延伸至該區(qū)域的邊界、位于該對(duì)角井眼的第一側(cè)上的第一組邊側(cè)井眼；以及從該對(duì)角井眼延伸至該區(qū)域的邊界、位于該對(duì)角井眼的相對(duì)的第二側(cè)上的第二組邊側(cè)井眼。
39.如權(quán)利要求38所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于諸邊側(cè)井眼相對(duì)彼此是均勻分布的。
40.如權(quán)利要求38所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于諸邊側(cè)井眼隨著逐漸遠(yuǎn)離該區(qū)域的豎直井而逐漸變短。
41.如權(quán)利要求37所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括界定第三區(qū)域的一端的第三豎直井；界定第四區(qū)域的一端的第四豎直井；具有在第三匯合處貫穿第三豎直井的第三部分和在第四匯合處貫穿第四豎直井的第四部分的分段的井；從與分段的井的第三部分相配的第三匯合處延伸至第三區(qū)域的一遠(yuǎn)端的第三水平對(duì)角井眼；從與分段的井的第四部分相配的第四匯合處延伸至第四區(qū)域的一遠(yuǎn)端的第四水平對(duì)角井眼。
42.用于形成從地表面接近地下層的一區(qū)域的地下排水型式的一種方法，其特征在于該方法包括通過一分段的井在該地下層的該區(qū)域的相對(duì)端之間鉆鑿一水平對(duì)角井眼；在多個(gè)邊側(cè)點(diǎn)使水平對(duì)角井眼傾斜；以及在用鉸接的鉆柱鉆鑿出對(duì)角井眼之后，使鉸接的鉆柱返回到各個(gè)順次的邊側(cè)點(diǎn)，從邊側(cè)點(diǎn)鉆鑿延伸至該對(duì)角井眼的第一側(cè)上的該區(qū)域的邊界的第一邊側(cè)井眼和延伸至該對(duì)角井眼的第二側(cè)上的該區(qū)域的邊界的第二邊側(cè)井眼。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于還包括沿著對(duì)角井眼均勻地分布諸邊側(cè)點(diǎn)。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于還包括從各個(gè)邊側(cè)點(diǎn)相對(duì)于對(duì)角井眼以45度的角度鉆鑿第一和第二邊側(cè)井眼。
45.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于該區(qū)域是四邊形。
46.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于該區(qū)域是正方形。
47.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于還包括從各個(gè)順次的邊側(cè)點(diǎn)鉆鑿出比前一邊側(cè)點(diǎn)的第一和第二邊側(cè)井眼更長的各個(gè)第一和第二邊側(cè)井眼。
48.用于準(zhǔn)備一地下層以進(jìn)行開采的一種方法，其特征在于該方法包括從地表面至該地下層鉆鑿一豎直井；從地表面至該地下層鉆鑿一分段的井，該分段的井在地表面水平偏離該豎直井并在接近地下層的匯合處攔截該豎直井；通過該分段的井鉆鑿從該匯合處進(jìn)入該地下層中的一水平排水型式；通過該排水型式將水從地下層中排放到匯合處；通過豎直井將水從匯合處抽吸到地表面；以及通過豎直井和分段的井中的至少一個(gè)從地下層生產(chǎn)氣體。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于該匯合處包括形成在豎直井中的一擴(kuò)大的腔體。
50.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于該地下層包括煤層。
51.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于還包括將一豎直的桿式泵單元安裝在豎直井中，并使泵的入口位置接近該匯合處，以及通過該豎直的桿式泵單元將水從匯合處抽吸到地表面。
52.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于該地下層包括一低壓層。
53.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，從該匯合處鉆鑿水平排水型式的步驟包括從界定與一地下煤層面對(duì)齊的一區(qū)域的第一端的該匯合處到該區(qū)域的相對(duì)角部鉆鑿出一對(duì)角井眼；在該對(duì)角井眼的每一側(cè)上鉆鑿出進(jìn)入到一個(gè)或多個(gè)煤層面中的多個(gè)邊側(cè)井眼。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于該排水型式包括一羽裝結(jié)構(gòu)。
55.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在完成該地下層的脫氣之后，通過該排水型式將水注入到該地下層中，再水合該地下層。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于還包括以下步驟通過排水型式將附加物注入到該地下層中。
57.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在完成延伸著該排水型式的該地下層的該區(qū)域的開采之后，通過豎直井和分段的井中的至少一個(gè)從該地下層生產(chǎn)采煤氣體。
58.一井內(nèi)腔體泵，其特征在于它包括具有能夠從地下腔體中吸取井內(nèi)流體的一入口的一井眼部分；以及連接在該井眼部分上的一腔體定位裝置，該腔體定位裝置可運(yùn)作地從該地下腔體中的第一位置延伸至第二位置以將入口定位在該地下腔體中的預(yù)定位置。
59.如權(quán)利要求58所述的井內(nèi)腔體泵，其特征在于該腔體定位裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)地定位在井眼部分上，其中該腔體定位裝置可運(yùn)作地從第一位置轉(zhuǎn)動(dòng)至第二位置。
60.如權(quán)利要求58所述的井內(nèi)腔體泵，其特征在于該腔體定位裝置在它從豎直井轉(zhuǎn)移至該地下腔體時(shí)自動(dòng)地從第一位置延伸至第二位置。
61.如權(quán)利要求60所述的井內(nèi)腔體泵，其特征在于該腔體定位裝置在它從地下腔體中被收回時(shí)還可運(yùn)作地從第二位置返回至第一位置。
62.如權(quán)利要求58所述的井內(nèi)腔體泵，其特征在于該腔體定位裝置包括第一端和第二端，該腔體定位裝置在第一和第二端之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在井眼部分上，該腔體定位裝置具有設(shè)置在第一端上并在腔體定位裝置從豎直井轉(zhuǎn)移到地下腔體中時(shí)運(yùn)作地將第二端向外轉(zhuǎn)動(dòng)至地下腔體中的一均衡部分。
63.如權(quán)利要求62所述的井內(nèi)腔體泵，其特征在于該均衡部分還可運(yùn)作地使腔體定位裝置與豎直井對(duì)齊以從地下腔體中收回該腔體定位裝置。
64.如權(quán)利要求58所述的井內(nèi)腔體泵，其特征在于該腔體定位裝置包括第一端和第二端，第一端和第二端可運(yùn)作地沿相反方向向外延伸以將該腔體定位裝置設(shè)置在第二位置，其中該腔體定位裝置接觸地下腔體的一部分以使入口定位在預(yù)定的位置。
65.如權(quán)利要求58所述的井內(nèi)腔體泵，其特征在于腔體定位裝置在第二位置接觸地下腔體的一部分以防止入口向下行進(jìn)到一儲(chǔ)液槽中。
66.用于從地下煤層生產(chǎn)氣體的一種方法，其特征在于該方法包括鉆鑿貫穿所述煤層的第一豎直井；在所述第一井中的所述煤層的深度形成一擴(kuò)大直徑的腔體；鉆鑿水平偏離所述第一井的第二井，所述第二井具有貫穿所述腔體的一水平部分；以及在所述煤層中鉆鑿一水平的主排水井眼，所述排水井眼貫穿所述腔體，由此，通過所述排水井眼從所述煤層生產(chǎn)所述氣體。
67.如權(quán)利要求66所述的方法，其特征在于還包括從所述煤層生產(chǎn)氣體的步驟。
68.如權(quán)利要求67所述的方法，其特征在于所述煤層含有過量的水，并還包括以下步驟，將一個(gè)泵安裝在所述腔體中，通過所述排水井眼從煤層中排出所述水，并通過所述第一井向上抽吸所述水。
69.如權(quán)利要求66所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述煤層中鉆鑿多個(gè)第二排水井眼，所述諸排水井眼貫穿所述主排水井眼。
70.如權(quán)利要求69所述的方法，其特征在于所述主排水井眼和輔助排水井眼形成一羽狀型式。
71.用于從地下煤層中生產(chǎn)氣體的一種方法，其特征在于所述方法包括從地表面鉆鑿第一直的井眼以貫穿所述煤層；測(cè)定所述第一井以確定所述煤層的深度；在所述第一井中的所述煤層的深度處形成一擴(kuò)大直徑的腔體；從地表面鉆鑿一偏離的井眼以貫穿所述腔體；利用所述偏離的井眼以鉆鑿位于所述煤層中并貫穿所述腔體的一水平的主排水井眼和位于所述煤層中的多個(gè)第二排水井眼，每個(gè)所述第二排水井眼貫穿所述主排水井眼；通過所述第二和主排水井眼將水從所述煤層中排放到所述腔體中；通過所述第一井將水從所述腔體抽吸到地表面；通過所述第二和主排水井眼從所述煤層中流出氣體；以及通過所述第一井將所述氣體引導(dǎo)至地表面。
72.如權(quán)利要求71所述的方法，其特征在于所述主排水井眼和第二排水井眼形成一羽狀型式。
73.用于提供位于地下煤層中的排水井眼的一種方法，其特征在于所述方法包括提供從地表面至少延伸至所述煤層的深度的一第一直的井眼；測(cè)定所述第一井以確定所述煤層貫穿所述第一井處的深度；在所述煤層的該深度擴(kuò)大所述第一井的直徑以提供位于所述煤層的該深度并與所述第一井相通的一個(gè)腔體；鉆鑿與所述第一井水平地隔開的一偏離的井眼，所述偏離的井眼具有從地表面延伸至小于所述煤層深度的一深度的一豎直部分、貫穿所述腔體的一水平部分、以及連接所述豎直和水平部分的一彎曲部分；利用延伸通過所述偏離的井眼和所述腔體的一鉸接的鉆柱鉆鑿進(jìn)入到所述煤層中的一主排水井眼；通過所述鉸接的鉆柱向下供給鉆井流體并通過所述偏離的井眼和所述鉸接的鉆柱之間的環(huán)形空間向上返回，以從所述主排水井眼中除去鉆屑；以及使壓縮的空氣和所述鉆井流體相混合以減小所述主排水井眼中的流體靜壓，由此降低在所述排水井眼中產(chǎn)生過平衡鉆井狀況的可能性。
74.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于至少一部分所述壓縮空氣是通過所述鉸接的鉆柱供給的。
75.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于至少一部分所述壓縮空氣是通過所述第一井供給的。
76.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于還包括以下步驟從所述排水井眼和所述偏離的井眼移開所述鉸接的鉆柱；蓋住所述偏離的井眼；通過所述排水井眼排出水和流出氣體；通過所述主井眼將水引導(dǎo)至地表面；以及通過所述主井眼將甲烷氣體引導(dǎo)至地表面。
77.在地下煤層中開采煤礦的工藝中，該改進(jìn)包括預(yù)開采所述煤層以在開采所述煤層中的所述煤礦之前從中除去過量的水和危險(xiǎn)氣體，所述預(yù)開采包括，設(shè)置在地表面和所述煤層之間相通的一直的井眼；在所述井眼中的所述煤層的深度處設(shè)置一擴(kuò)大直徑的腔體；在所述煤層中鉆鑿一水平排水井眼，所述排水井眼與所述腔體相通；通過所述排水井眼從所述煤層中排出所述過量的水和流出所述危險(xiǎn)的氣體并進(jìn)入到所述腔體中；通過所述直的井眼將所述水和危險(xiǎn)氣體從所述腔體引導(dǎo)至地表面；以及繼續(xù)將水和氣體從所述煤層排放到所述腔體中的步驟和將所述水和氣體引導(dǎo)至地表面的步驟，直到已從所述煤層中除去所需量的水和氣體。
78.如權(quán)利要求77所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述煤層中設(shè)置與所述主排水井眼相通的多個(gè)第二排水井眼。
79.如權(quán)利要求77所述的方法，其特征在于所述主排水井眼和第二排水井眼形成一羽裝型式。
全文摘要
用于從地表面接近地下礦藏的改進(jìn)的方法和系統(tǒng),該方法和系統(tǒng)基本消除或減少了現(xiàn)有系統(tǒng)和方法相關(guān)的缺點(diǎn)和問題。具體講,本發(fā)明提供了帶有一排水型式的一分段的井,該排水型式與一水平腔體井相交。該排水型式提供了從地表面至較大地下層的通路,而豎直腔體井允許有效地取出和/或產(chǎn)生攜帶的水、碳?xì)浠衔?、及其他沉積物。
文檔編號(hào)E21B43/40GK1333858SQ99815570
公開日2002年1月30日 申請(qǐng)日期1999年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月20日
發(fā)明者J·A·朱潘伊克 申請(qǐng)人:Cdx天然氣有限公司