专利名称：地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法
技术领域：
本发明涉及一种地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法。
背景技术：
世界煤层气(瓦斯)地面开发经历了 30余年的历史，基本形成了一套系统的工艺技 术。我国在经历了 20余年艰苦探索后，在山西的沁水盆地、河东煤田、辽宁的阜新等地区实 现了局部商业化开发。而支撑整个煤层气行业的是地面垂直井水力压裂完井工艺，尽管丛 式井和水平分支井也在积极的试验，但苛刻的地质与施工要求，在近期内难以大规模推广。 但无论是上述哪种完井工艺，都要求煤储层为原生结构或碎裂结构，即要求煤层有足够的 力学强度。因为，只有此类储层可进行压裂强化增透。对于碎粒煤和糜棱煤储层，目前还是 地面煤层气开发的禁区。针对这种构造软煤，可以实施间接在煤层卸压、抽采的工艺，即对 不可进行本煤层压裂的煤层，对其顶板或底板围岩先期钻不同结构模型的分支水平井，煤 层中的瓦斯以扩散形式运移到顶底板裂隙中被抽采。瓦斯治理方法众多，如区域治理措施中的保护层开采、地面采动区抽采等，但局限 性大，效果差异悬殊。瓦斯治理主要手段为抽采，最常用的是把煤层作为抽采对象。但是， 对于原生结构和碎裂煤而言，自身裂隙的连通性较差，且钻进过程中井田附近存在污染，如 果不采取增透措施，抽采效果有限。瓦斯突出煤层往往为渗透性极差、强度极低的碎粒煤和 糜棱煤，直接从其中抽采瓦斯不仅钻进困难，而且抽采效果差，钻孔抽采半径非常小、封孔 困难，致使抽采瓦斯浓度难以长期稳定。往往以密集布孔、高工程投入为代价进行抽采。
发明内容
本发明提供一种地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法，提高地面钻井抽采 效率、实现区域消突，最大限度降低瓦斯灾害。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案地面煤层顶板顺层水平压裂 井抽采瓦斯方法，依次包括以下步骤(1)选择瓦斯含量大于8 m3/t煤储层；(2)确定煤 层开采产生的裂隙带位置，以裂隙带中下部3-7 m处的岩层为水平段的施工层位即水平井 布置层位；(3)根据水平段着陆点确定井口和造斜点位置，实现大曲率半径增斜，造斜率为 2飞。/30m，钻孔方位平行于煤炭回采工作面顺槽或垂直于最大主应力方向，水平段长度小 于等于工作面的走向长度；(4)井身结构采用三开结构，水平段可以裸眼或下套管一射孔；
(5)在选定的岩层内施工水平段；(6)在水平段采用裸眼封隔器或套管封隔器，逐段进行水 力压裂，每段的压裂长度控制在4(T80m，实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移 的通道；(7)安装排采设备，利用虚拟储层进行地面瓦斯抽采；(8)在采中和采后阶段换负 压抽采，实现一井多用；(9)效果检验，主要指标包括采前、采中和采后瓦斯抽采量及变化。所述的步骤(6)的虚拟储层是指煤层的顶底板某个层位的岩层，通过在该层施工 钻孔并进行压裂，利用该层的压裂裂缝与煤储层沟通，瓦斯由煤层解吸后扩散运移到该层 裂缝，在由该层裂缝运移至井筒被抽采出，这个间接的抽采瓦斯的岩层就被称为虚拟储层。
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所述的步骤(2)水平井布置层位为裂隙带中下部5-6 m的岩层为顺层水平井的施
工层位。所述的步骤(6)水力压裂的水基压裂液为线性胶、冻胶或清水、活性水或清洁压裂 液。所述的步骤(4)的裸眼就是地层直接裸露；下套管一射孔是用套管把地层封住， 然后采用射孔技术再与地层连通的。本发明针对高瓦斯煤储层的瓦斯治理，与传统瓦斯地面抽采不同，它是通过虚拟 储层模式进行，同时也可以利用采动影响，在采中和采后阶段还可以继续治理瓦斯，对采煤 阶段瓦斯治理而言，利用水平井布置在裂隙带的优势、在负压作用下大量抽采卸压瓦斯，同 时在采煤结束后还可在采空区继续抽采瓦斯，为煤矿瓦斯治理服务，真正实现一井多用。本发明针对各种煤体结构，在由地面向煤层顶板施工顺层水平井，然后进行分段 压裂，在虚拟储层与煤储层之间建立瓦斯运移产出的通道，加大瓦斯抽采量、使得瓦斯区域 抽采的时间大大提前；同时在煤炭开采期和采后也可以利用裂隙带发育的裂隙继续抽采， 实现瓦斯治理与资源开发利用双重目的。
图1为水平井裸眼井身的结构示意图； 图2为裸眼封隔分段压裂图3为水平井下套管井身的结构示意图； 图4为套管封隔分段压裂图。
具体实施例方式实施例如图1 一 4所示，地面煤层顶板2顺层水平压裂井抽采瓦斯方法，其特征 在于依次包括以下步骤(1)选择瓦斯含量大于8 m3/t煤储层；(2)确定煤层开采产生的 裂隙带位置，以裂隙带中下部3-7m的岩层为水平段的施工层位，或经岩体力学分析确定的 其他有利层位；(3)根据水平段着陆点确定井口和造斜点位置，实现大曲率半径增斜，造斜 率选择2飞。/30m，钻孔方位平行于煤炭回采工作面顺槽或垂直于最大主应力方向，水平 段长度等于工作面的走向长度或规定长度；(4)井身结构采用三开结构，水平段可以裸眼 或下套管一射孔；三开结构是钻井工程的一个常见名词，就是钻头从大到小换三次，钻出的 井眼相应的就是三开结构。裸眼就是地层直接裸露；下套管一射孔是用套管把地层封住，然 后采用射孔技术再与地层连通的，两者只能选其一。(5)在选定的岩层内施工水平段；(6) 在水平段针对裸眼水平1井或套管水平井4采用裸眼封隔器3或套管封隔器5，逐段进行水 力压裂，每段的压裂长度控制在4(T80 m,实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通；主要目的在 于沟通煤层，建立瓦斯运移的通道。水力压裂包括各种水基压裂液，水力压裂的水基压裂液 为线性胶、冻胶或清水、活性水或清洁压裂液等，加入支撑剂与否均属于此范围。(7)安装排 采设备，利用虚拟储层进行地面瓦斯抽采；虚拟储层指煤层的顶底板某个层位的岩层，通 过在该层施工钻孔并进行压裂，利用该层的压裂裂缝与煤储层沟通，瓦斯由煤层解吸后扩 散运移到该层裂缝，在由该层裂缝运移至井筒被抽采出。这个间接的抽采瓦斯的岩层就被 称为虚拟储层。(8)在采中和采后阶段换负压抽采，实现一井多用；(9)效果检验，主要指标包括采前、采中和采后瓦斯抽采量及变化。针对高瓦斯煤储层，在顶板施工水平井，实施分段水力压裂沟通煤层，进行采前瓦 斯抽采，并在采中和采后实现一井多用治理瓦斯目的。构造软煤(碎粒煤和糜棱煤)顶板顺层水平井压裂抽采瓦斯技术是地面水平井分 支井技术的深化，操作性和针对性更强，对未来煤矿开采工作面的高瓦斯泄压更直接，防止 瓦斯突出意义深远，将更有发展前景，同时该项技术还将继续发展，分支井控制面积将更 大，分支方向更具针对性，抽采、卸压效率将更高，将成为工作面区域消突的重要途径；顶板 顺层水平压裂井将为取代岩巷奠定试验基础。地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯技术，对原生结构和碎裂煤高瓦斯煤储层 同样有效。
权利要求
1.地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法，其特征在于依次包括以下步骤(1) 选择瓦斯含量大于8 m3/t煤储层；(2)确定煤层开采产生的裂隙带位置，以裂隙带中下部 3-7 m处的岩层为水平段的施工层位即水平井布置层位；(3)根据水平段着陆点确定井口 和造斜点位置，实现大曲率半径增斜，造斜率为2飞。/30m，钻孔方位平行于煤炭回采工作 面顺槽或垂直于最大主应力方向，水平段长度小于等于工作面的走向长度；(4)井身结构 采用三开结构，水平段可以裸眼或下套管一射孔；(5)在选定的岩层内施工水平段；(6)在 水平段采用裸眼封隔器或套管封隔器，逐段进行水力压裂，每段的压裂长度控制在4(Γ80 m，实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移的通道；(7)安装排采设备，利用虚拟 储层进行地面瓦斯抽采；(8)在采中和采后阶段换负压抽采，实现一井多用；(9)效果检验， 主要指标包括采前、采中和采后瓦斯抽采量及变化。
2.根据权利要求1所述的地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法，其特征在于 所述的步骤(6)的虚拟储层是指煤层的顶底板某个层位的岩层，通过在该层施工钻孔并进 行压裂，利用该层的压裂裂缝与煤储层沟通，瓦斯由煤层解吸后扩散运移到该层裂缝，在由 该层裂缝运移至井筒被抽采出，这个间接的抽采瓦斯的岩层就被称为虚拟储层。
3.根据权利要求1或2任一条所述的地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法，其 特征在于所述的步骤(2)水平井布置层位为裂隙带中下部5-6 m的岩层为顺层水平井的 施工层位。
4.根据权利要求3所述的地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法，其特征在于 所述的步骤(6)水力压裂的水基压裂液为线性胶、冻胶或清水、活性水或清洁压裂液。
5.根据权利要求4所述的地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法，其特征在于 所述的步骤(4)的裸眼就是地层直接裸露；下套管一射孔是用套管把地层封住，然后采用 射孔技术再与地层连通的。
全文摘要
地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法，依次包括以下步骤选择瓦斯含量大于8m3/t煤储层；确定煤层开采产生的裂隙带位置，以裂隙带中下部3-7m处的岩层为水平段施工层位；根据水平段着陆点确定井口和造斜点位置，实现大曲率半径增斜，钻孔方位平行于煤炭回采工作面顺槽或垂直于最大主应力方向，水平段长度小于等于工作面走向长度；井身结构采用三开结构，水平段可以裸眼或下套管—射孔；在选定的岩层内施工水平段；在水平段采用裸眼封隔器或套管封隔器，逐段水力压裂；安装排采设备，利用虚拟储层进行地面瓦斯抽采；在采中和采后阶段换负压抽采，实现一井多用。本发明提高地面钻井抽采效率、实现区域消突，最大限度降低瓦斯灾害。
文档编号E21B7/06GK102080526SQ20111000883
公开日2011年6月1日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者孙平, 李伍成, 王一兵, 苏现波, 辛新平, 郭红玉, 陶云奇, 马耕, 鲜保安 申请人:河南理工大学