一种低成本穿越采空区施工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤层气开采技术领域，具体涉及一种低成本穿越采空区施工工艺。
【背景技术】
[0002]部分矿区含煤地层为石炭二叠系地层，石炭地层蕴含下组可采煤层，二叠地层蕴含上组可采煤层。该类矿区煤层变质程度高、地质历史时期，未因剧烈的地质构造导致成煤成气(主要为甲烷气)期发生气体大量逸散，吨煤煤层气(煤矿瓦斯)含量高，进行煤炭开采前，需要采取地面煤层气井和井下抽采钻孔抽采煤层气(煤矿瓦斯)，降低吨煤煤层气(煤矿瓦斯)含量后，方可进行煤炭开采。
[0003]受煤炭埋藏深浅、煤厚、技术难易程度、开采经济性等影响，在二叠系地层矿区一般优先开采了二叠地层的蕴含上组浅层厚煤层，造成在石炭地层上方形成了破碎塌陷带，在穿越采空区钻井施工过程中，穿越上组煤开采后形成的采空区破碎塌陷带时，破碎塌陷带会引发埋钻头、埋井孔的问题。受二叠地层上组煤开采形成的破碎塌陷带影响，导致无法有效采取常规煤层气地面钻井抽采石炭地层下组煤煤层气(煤矿瓦斯)。
【发明内容】
[0004]本发明为了实现穿越二叠地层破碎塌陷带，抽采石炭地层下组煤煤层气，进而提供了一种低成本穿越采空区施工工艺。
[0005]一种低成本穿越采空区施工工艺，地面钻井采用三开井身结构，其具体步骤为: 一开:利用钻杆驱动钻头一开孔至基岩，并下表层套管至一开孔底部并水泥固井，水泥上返至地面；
二开:采用空气潜孔锤钻进开二开孔至采空区底板以下22m，然后上提空气潜孔钻，下入牙轮钻头滑眼，全井无阻碍后下入二层套管，封固二层套管底口，在二层套管与井壁间水泥固井，水泥侵入破碎带，侯凝；
三开:利用钻头常规泥浆钻三开孔至下组煤层底板下方50m处完钻，下入内层套管，固井返深至采空区底板，侯凝完井。
[0006]所述二开钻进过程中，空气潜孔锤上部连接压风机，钻进时密封井口并连接导管至远离井口区域，同时在井口注入水液排沙。
[0007]所述的二层套管上连接有回收装置。
[0008]所述二开钻进过程中的二开孔顶口通过水泥上返封堵形成密封区。
[0009]所述三开钻进过程中，孔口安装有防喷器。
[0010]本发明具有如下有益效果:
1、本发明在常规钻井工艺基础上，增加了空气压缩机(风压机)和潜孔锤等工具，能高效完成穿越采空区的钻井，可满足下道压裂施工工序；
2、二开钻进时，通过在二层套管与井壁之间填充红土并利用水泥浆侵入上组煤开采后形成的采空区上方的破碎带，再在采空区下方的二层套管与井壁间利用水泥固井，使采空区稳固，能有效防止采空区破碎坍塌埋钻头、井孔；
3、与其他的过采空区的工艺相比，本发明没有使用代替钻杆的套管，采用的是常规套管，且和普通的钻井工艺结合即可实现过采空区，因此成本低。
【附图说明】
[0011]图1为本发明施工过程的井身结构示意图；
图中:1-水泥、2- 二层套管、3-表层套管、4-回收装置、5-密封区、6-填充区、7-采空区、8-内层套管、9-煤层、A- —开孔、B- 二开孔、C-三开孔。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，为了避免在穿越上组煤开采后形成的采空区(7)破碎塌陷带时造成埋钻头、埋井孔，地面钻井施工采用三开井身结构。其具体施工步骤如下:
一开:利用钻杆驱动Φ444.5mm钻头一开孔A至基岩，并下Φ377.7mm表层套管3至一开孔A底部并水泥固井，水泥上返至地面。
[0013]二开:采用Φ311.1mm空气潜孔锤钻进开二开孔B，其上部用一台压风机(根据钻进情况，适时并联两台压风机)，空气潜孔锤钻进时，井口采用特殊装置密封，并连接导管至远离井口，同时在井口注入小排量水液，防范井下安全并利于排沙。潜孔锤钻进至煤层采空区底板7以下22m，然后上提空气潜孔钻，下入Φ311.1mm牙轮钻头滑眼，全井无阻碍后下入Φ244.5mm 二层套管2，封固二层套管2底口，在二层套管2与井壁间水泥固井，水泥侵入破碎带，侯凝。施工过程中，二开孔B的顶口通过水泥上返封堵形成密封区5，以安全保障裂隙内的可燃气体逸散至井口，同时利用二层套管2上连接的回收装置4回收施工材料。
[0014]三开:利用Φ215.9_钻头常规泥浆钻进，孔口安装防喷器，钻穿下组煤层9底板下方50m后完钻三开孔C，下入Φ 139.7mm内层套管8，在内层套管8于井壁间水泥固井返深至采空区7底板，水泥侵入破碎带，侯凝完井。
[0015]本发明施工工艺过程中，需符合以下安全要求:
1、钻场内严禁使用明火及抽烟；
2、在二开钻进时，随时监测井口气量、浓度，倘若瓦斯浓度超标，改用水钻；
3、三开钻井并试压结束后，在二开井壁填充红土，保证后续的内层套管8周正，而后在二开井壁内注入水泥浆，封堵裂隙，防止可燃气体通过裂隙逸散至井口。
[0016]本发明中未作特殊说明的构件均为现有技术。
【主权项】
1.一种低成本穿越采空区施工工艺，地面钻井采用三开井身结构，其特征在于具体步骤为: 一开:利用钻杆驱动钻头一开孔(A)至基岩，并下表层套管(3)至一开孔(A)底部并水泥固井，水泥上返至地面； 二开:采用空气潜孔锤钻进开二开孔(B)至采空区(7)底板以下22m，然后上提空气潜孔钻，下入牙轮钻头滑眼，全井无阻碍后下入二层套管(2)，封固二层套管(2)底口，在二层套管(2)与井壁间水泥固井，水泥侵入破碎带，侯凝； 三开:利用钻头常规泥浆钻三开孔(C)至下组煤层(9)底板下方50m处完钻，下入内层套管(8 )，固井返深至采空区(7 )底板，侯凝完井。2.根据权利要求1所述的低成本穿越采空区施工工艺，特征在于:所述二开钻进过程中，空气潜孔锤上部连接压风机，钻进时密封井口并连接导管至远离井口区域，同时在井口注入水液排沙。3.根据权利要求1所述的低成本穿越采空区施工工艺，特征在于:所述的二层套管(2)上连接有回收装置(4)。4.据权利要求1所述的低成本穿越采空区施工工艺，特征在于:所述二开钻进过程中的二开孔(B)顶口通过水泥上返封堵形成密封区(5)。5.根据权利要求1所述的低成本穿越采空区施工工艺，特征在于:所述三开钻进过程中，孔口安装有防喷器。
【专利摘要】本发明属于煤层气开采技术领域，具体涉及一种低成本穿越采空区施工工艺。本发明为了实现穿越二叠地层破碎塌陷带，抽采石炭地层下组煤煤层气，进而提供了一种低成本穿越采空区施工工艺，地面钻井采用三开井身结构，一开孔至基岩；二开孔至采空区底板以下22m，下入二层套管，封固二层套管底口,在二层套管与井壁间水泥固井；三开孔至下组煤层底板下方50m处完钻，下入内层套管，固井返深至采空区底板，侯凝完井。本发明没有使用代替钻杆的套管，而是采用常规套管，通过在二层套管与井壁之间填充红土并利用水泥浆侵入采空区上方的破碎带，再在采空区下方的二层套管与井壁间利用水泥固井，使采空区稳固，能有效防止采空区破碎坍塌埋钻头、井孔。
【IPC分类】E21B33/13, E21B17/00, E21B4/06, E21B33/06
【公开号】CN104929567
【申请号】CN201510213176
【发明人】李俊峰, 王军, 赵小山, 翟德锁, 赵晓龙, 何丽娜
【申请人】山西蓝焰煤层气集团有限责任公司, 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司, 山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年4月30日