专利名称：水力掏穴卸压开采煤层气方法
技术领域：
本发明涉及煤层气开采技术领域，特别涉及松软、低渗、高突煤储层的一种水力掏
穴卸压开采煤层气方法。
背景技术：
河南省荥巩、登封地区煤层，结构复杂、煤质松软，以韧性变形为主，主要由层间滑 动造成，是强烈塑性变形的产物。强烈的构造破坏使煤体呈鳞片状或土状，渗透性极差(均 在0. OOlmD以下)，又因其普遍具有松软、低渗、高瓦斯及较好封存条件的特性，往往是煤与 瓦斯突发区。对于此类松软、低渗透、高瓦斯、高突煤储层的煤层气，目前还没有有效的提前 地面开采方法，采用公知的直井压裂和丛式井方法效果很差，严重制约了此类煤田的开发。
习知的煤层气开发技术中，往往涉及到在煤层气开发井的煤层中通过工具扩眼方 式或负压方式或爆破方式扩孔掏穴，在井底煤层形成卸压区，增加煤层裂缝的透气性，提高 煤层气产量。如中国专利ZL 200620032323. X介绍的一种喷射式扩孔掏穴器，包括接头 和扩孔掏穴刀，二者之间铰链连接，洞穴直径取决于扩孔掏穴刀的长度。再如中国专利ZL 200610047360. 2介绍的煤层气井爆破式洞穴完井工艺方法，包括洞穴爆破成形、洞穴形态 检测、捞屑三大技术要点，采用炸药起爆成穴，然后井下清屑的方法完成。
以上技术的掏穴直径有限，且不同程度存在不安全及环境污染的因素，不适合松 软、低渗、高瓦斯、高突煤储层的煤层气开发。
发明内容
本发明的目的正是针对现有技术不足而提供一种水力掏穴卸压开采煤层气方法。
该技术解决了松软、低渗、高瓦斯、高突出煤储层煤层开发工艺的关键技术难题。 本发明的目的可通过下述技术措施(步骤)来实现 (1)设置煤层气开采井。采用大口径钻机，穿过煤层顶板进入煤层少许，设置一个 能注水、排水、出气的煤层气开采井；在井孔四周加装套管至煤层顶板，套管与煤层以上地 层采用公知方法固定连接。 (2)机械掏穴。前述煤层气开采井完成后，利用现有机械掏穴工具对钻井下部煤层 进行掏穴，洞穴尽可能大。 (3)下放冲水机器人。前述洞穴完成，从前述煤层气开采井一侧下放防爆可潜水冲 水机器人至洞穴，机器人通过软质水管与地面水泵连通。 (4)安装排水装置。前述洞穴完成，在前述煤层气开采井另一侧安装排水装置，排 水装置是可排煤水的深井泵或潜水泵等。
(5)封口装置。前述煤层气开采井的大口径钻孔加装封井装置，且能通过排水管、 注水软管、出气管，保证排水装置顺利排水，出水机器人顺利供水，煤层气顺利采出。
(6)水力掏穴。地面水泵通过软质水管为前述冲水机器人供水，冲水机器人射击水 流冲落煤体，形成卸压空间。冲水机器人携排水管路爬向前述卸压空间边缘持续冲水作业，扩大卸压空间。 (7)排煤水。前述冲水机器人冲落的煤水混合物汇集前述卸压空间底部，通过排水 装置排至地面。 (8)煤水分离。排出的煤水混合物经煤水分离装置分离，分离出的水循环利用，注 入地面水泵。 (9)采气。地面安装储存煤层气装置，卸压后的煤层产出煤层气，由钻井导出至地 面储气装置。 本发明的有益效果如下 本发明所采用的水力掏穴卸压开采煤层气方法，井下掏穴所造卸压空间加大，掏 穴无需制造结构复杂的专业机械扩孔设备，现有排水设备和高压水射流方法就可实现，施 工方便，普通工人即可完成，节约成本；该方法克服了煤层松软、低渗、高瓦斯等特性给常规 煤层气开采技术带来的不利影响；为全国大规模商业化开采此类煤层提供技术支持。
图1为本发明的技术示意图； 图中标记为1 :煤层气开采井；2 :套管；3 :地面水泵；4 :煤水分离装置；5 :储气 装置；6 :冲水机器人；7 :卸压空间；8 :排水装置；9 :煤层。
图中实线箭头为水流方向；虚线箭头为气流方向。
具体实施例方式本发明以下将结合一个实施例(附图)作进一步描述 如图所示，本发明的水力掏穴卸压开采煤层气方法，包括下列几个步骤 (1)设置煤层气开采井l。采用大口径钻机，穿过煤层顶板进入煤层9少许，设置
一个能注水、排水、出气的煤层气开采井1 ;在井孔四周加装套管2至煤层顶板，套管2与煤
层9以上地层采用公知方法固定连接。 (2)机械掏穴。所述煤层气开采井完成后，利用现有机械掏穴工具对煤层9进行掏 穴，洞穴尽可能大。
(3)下放冲水机器人6。所述洞穴完成，从所述煤层气开采井1 一侧下放防爆可潜 水冲水机器人6至洞穴，冲水机器人6通过软质水管与地面水泵3连通。
(4)安装排水装置8。所述洞穴完成，在所述煤层气开采井1另一侧安装排水装置 8，排水装置8是可排煤水的深井泵或潜水泵等。 (5)密封井口 。所述煤层气开采井1的大口径钻孔加装封井装置，且能通过排水 管、注水软管、出气管，保证排水装置8顺利排水，冲水机器人6顺利供水，煤层气顺利采出。
(6)水力掏穴。地面水泵3通过软质水管为所述冲水机器人6供水，冲水机器人6 射击水流冲落煤体，形成卸压空间7。冲水机器人6携排水管路爬向所述卸压空间7边缘持 续冲水作业，扩大卸压空间7。 (7)排煤水。所述冲水机器人6冲落的煤水汇集所述卸压空间7底部，通过排水装 置8排至地面。 (8)煤水分离。排出的煤水混合物经煤水分离装置4分离，分离出的水循环利用，
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(9)采气。地面安装储存煤层气装置，卸压后的煤层9产出煤层气，由钻井导出至 地面储气装置5。
权利要求
水力掏穴卸压开采煤层气方法，用大口径钻机设置一个煤层气开采井(1)，钻井加装套管(2)，在井底进行机械掏穴，其特征在于煤层气开采井(1)不仅能采集煤层气，而且能注水、排水，三种情况可同时进行。
2. 如权利要求l所述的水力掏穴卸压开采煤层气方法，其特征在于煤层气开采井(1)井口设置注水用地面水泵(3)，煤水分离装置(4)，储气装置(5)。
3. 如权利要求1或2所述的水力掏穴卸压开采煤层气方法，其特征在于煤层气开采井(1)井口加装封井装置，且能保证注水、排水、采气的顺利进行。
4. 如权利要求1所述的水力掏穴卸压开采煤层气方法，其特征在于机械掏穴完成后，下放冲水机器人(6)至洞穴，冲水机器人(6)通过软质水管与地面水泵(3)连通。
5. 如权利要求1或3所述的水力掏穴卸压开采煤层气方法，其特征在于冲水机器人(6)在洞穴内继续冲落煤体，形成卸压空间(7)。
6. 如权利要求1所述的水力掏穴卸压开采煤层气方法，其特征在于在煤层气开采井(1)内安装排水装置(8)，将冲水机器人(6)冲落的煤水混合物排至地面，经煤水分离装置 (4)分离。
7. 如权利要求l所述的水力掏穴卸压开采煤层气方法，其特征在于卸压后的煤层(9) 不断产出煤层气，经煤层气开采井(1)导出至地面储气装置(5)。
全文摘要
本发明公开的水力掏穴卸压开采煤层气方法，开挖大口径钻井至煤层(9)，设置一个能注水、排水、出气的煤层气开采井(1)，钻井加装套管(2)，井底进行机械掏穴；煤层气开采井(1)井口加装封井装置，安装注水用地面水泵(3)，煤水分离装置(4)，储气装置(5)；在煤层气开采井(1)内两侧布置排水装置(8)与冲水机器人(6)，冲水机器人(6)通过软质水管与地面水泵(3)连接，在井底洞穴内持续冲落煤体，形成卸压空间(7)；排水装置(8)将煤水混合物排至煤水分离装置(4)；卸压后的煤层(9)不断产出煤层气，由煤层气开采井(1)导出至储气装置(5)。该技术可以解决松软、特低渗、高突出煤体煤层气的提前抽采问题，消除突出危险，降低煤体瓦斯含量。
文档编号E21B43/34GK101775975SQ201010102300
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者冯立杰, 刘振锋, 姜光杰, 姜锡慧, 孙明闯, 张文勇, 曹晓丽, 杨武洲, 王金凤, 范永杰, 蒋猛, 邓珺, 郭一格 申请人:郑州大学;河南省煤层气开发利用有限公司;河南矿山抢险救灾中心