专利名称：瓦斯抽采钻井及形成方法
技术领域：
本发明涉及钻孔技术，尤其涉及一种瓦斯抽采钻井及形成方法。
背景技术：
目前，石油或煤层气井钻井工程中，多数采用钻井并下置套管的方法。瓦斯抽采钻井形成方法的基本过程为钻井，下套管，接着进行固井，并反复执行上述操作，直至达到预定深度。以上工艺完成后，在套管下方放置抽采瓦斯筛管，并在套管内放置抽采瓦斯实管， 完成整个瓦斯抽采钻井结构。但是，目前的瓦斯抽采钻井，由于下一阶段钻孔所使用的钻头直径均需要小于上一阶段所置套管的直径，所以下一级管的内径都是比上一级管的内径小，不可避免的都要发生“望远镜效应”(telescoping)，即套管尺寸逐级减小，像伸缩式望远镜。对于现有的方法形成的瓦斯抽采钻井，根据井底录像检测，发现在孔深500m以下时，因受采动影响，筛管变形严重。这是由于筛管壁布置有多个筛孔，抗剪强度和抗压强度低，易被采动后移动变形的岩层被破坏，造成筛管通道严重被堵塞，严重影响了瓦斯抽采的正常进行。因此，需要一种新的抽采瓦斯钻孔以及其形成方法，以避免井下开采过程中对筛管的破坏，保证瓦斯的顺利进行。
发明内容
本发明提供一种瓦斯抽采钻井及形成方法，用以减少钻孔中筛管的损坏和堵塞现象。本发明实施例提供一种瓦斯抽采钻井，包括套管段和筛管段，套管段包括套管和套管段井孔，所述筛管段包括筛管和筛管段井孔；所述筛管位于所述筛管段井孔内，所述筛管段井孔的直径大于所述套管段井孔的直径，所述筛管外壁与所述筛管段井孔的孔壁之间具有安全距离。如上所述的瓦斯抽采钻井，优选地，所述安全距离大于或等于200mm。如上所述的瓦斯抽采钻井，优选地，所述筛管的直径为177. 8mm，所述安全距离为 242. 2mm。如上所述的瓦斯抽采钻井，优选地，所述筛管的壁厚为19. 05mm。如上所述的瓦斯抽采钻井，优选地，还包括位于所述筛管段井孔正下方的底井孔。本发明的实施例还提供一种形成瓦斯抽采钻井的方法，包括步骤1、形成套管段井孔；步骤2、在所述套管段井孔中放置套管并固井；步骤3、在所述套管段井孔的正下方进行钻孔，并进行扩孔，将所述套管段井孔下的钻孔直径扩大至大于所述套管段井孔的直径，以形成筛管段井孔；步骤4、将筛管放入所述筛管段井孔中，所述筛管外壁与所述筛管段井孔的孔壁之间具有安全距离。如上所述的形成瓦斯抽采钻井的方法，优选地，所述安全距离大于或等于200mm。如上所述的形成瓦斯抽采钻井的方法，优选地，还包括在所述步骤3的钻孔和扩孔操作之间还包括继续向下钻孔以形成底井孔。如上所述的形成瓦斯抽采钻井的方法，优选地，所述筛管的直径为177. 8mm，所述安全距离为M2. 2mm。如上所述的形成瓦斯抽采钻井的方法，优选地，所述步骤4将筛管放入所述筛管段井孔中之后，还包括当放置位置低于地面500m以下时，在所述套管中放置壁厚为 19. 05mm的实管。如上所述的形成瓦斯抽采钻井的方法，优选地，所述筛管的壁厚为19. 05mm。本发明提供的瓦斯抽采钻井及形成方法，在筛管外与井孔壁之间预留了一定的空间，可以增大筛管所位于的层段的过气载面积以及增大所开采的煤层煤顶板采空区的透水性，缓冲或避让岩层在采动后剪切、挤压过程中对筛管段井孔内筛管的破坏，有效地保护筛管在采动影响后，能够保留一定的出气通道，有利于瓦斯抽采的顺利进行，减少钻孔中筛管的损坏和堵塞。
图1为本发明实施例提供的瓦斯抽采钻井；图2与图3为根据本发明实施例形成瓦斯抽采钻井过程的结构剖面图；图4为PDC双翼掏穴扩岩钻头的结构示意图；图5为形成本发明实施例瓦斯抽采钻井的方法流程图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一图1为本发明实施例一提供的瓦斯抽采钻井，包括套管段和筛管段，套管段包括套管段井孔101和套管102，筛管段包括筛管段井孔103’和筛管105。其中，筛管105位于筛管段井孔103’内，且筛管段井孔103’的直径大于套管段井孔101的直径，筛管105外壁与筛管段井孔103’的孔壁之间具有安全距离。所谓的“安全距离”为煤层采动后岩层移动时能减少对筛管造成影响的距离。优选地，还包括位于筛管段井孔正下方的底井孔104。优选地，筛管外壁与筛管段井孔的孔壁的距离大于或等于200mm。例如，当筛管的直径为177. 8mm时，筛管段井孔的直径应为420mm，即安全距离为M2. 2mm。这样的距离给筛管预留了一定的外环空间，以缓冲或避让岩层在采动后剪切、挤压过程中对筛管段井孔内筛管的破坏，有效地保护筛管在采动影响后，能够保留一定的出气通道，有利于瓦斯抽采的顺利进行。
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下面具体描述形成瓦斯抽采钻井结构的过程。首先，如图2所示，形成套管段井孔101。常用的套管段井孔101的直径可以为 350mm，套管段井孔101的深度可以到达13_1煤层顶板基岩段，例如为66:3m。然后，在套管段井孔101内放置套管102，常用的套管102的规格为直径是273mm，壁厚是10. 06mm。接着，套管102与套管段井孔101之间的环状间隙采用石油固井技术进行固井。固井时所采用的水泥可以是嘉华G级优质水泥，这样可以缩短固井时间，提高固井质量，并大大增强套管阻断新生界砂层水的能力。接着，如图3所示，在套管段井孔101的正下方进行钻孔，形成预筛管段井孔103。 由于工艺的原因，对预筛管段井孔103采用的钻头比对套管段井孔101采用的钻头的直径小，因此，预筛管段井孔103的直径一般不大于套管段井孔101的直径。例如，预筛管段井孔103的直径可以为M5mm，比裸眼井孔的常规直径350mm小。优选地，在预筛管段井孔103 的正下方形成底井孔104。底井孔104的常规直径可以为133mm，深度为8m左右。底并孔 104用于装载成井抽采瓦斯过程中孔内上部掉落的岩石碎片，以防这些杂物堵塞下部筛孔， 妨碍钻孔的正常排水和抽气。然后，如图1所示，对预筛管段井孔103进行扩孔，即对预筛管段井孔103的直径进行扩充，以形成筛管段井孔103’。筛管段井孔103’的直径大于套管段井孔101的直径， 以使后续工艺中在筛管段井孔103’中放置的筛管105的外壁与筛管段井孔103’的孔壁的距离大于200mm。例如筛管段井孔103’的直径可以为420mm。扩孔的工艺可以采用PDC(聚晶金刚石复合片)双翼掏穴扩岩钻头。如图4所示，为PDC双翼掏穴扩岩钻头的结构示意图。该扩岩钻头包括钻头体主轴21 ；钻头体主轴21与外部控制装置(图中未示)连接；钻头体主轴21中部设置有翼刀；翼刀包括对称设置的第一翼片231和第二翼片232，第一翼片231和第二翼片232下部的两侧分别设置有至少一排钻牙24。具体切削过程中，利用液体喷射原理，外部控制装置控制钻头体主轴21带动该掏穴扩底钻头在软岩层段先慢速回转后开泵，借用一定泵压产生的射流缓慢打开翼刀的双翼即第一翼片231和第二翼片232， 在双翼回转钻进过程中，第一翼片231和第二翼片232逐渐横向伸展到水平状态，此时，掏穴扩底钻头切屑岩石的外径达到最大值，掏穴扩底钻头在回转时的稳定性高。接下来，在筛管段井孔103’中放入筛管105。筛管105的常规直径可以为177. 8mm, 相应地常规壁厚可以为13. 72mm，此时，筛管105的外壁与筛管段井孔103’的孔壁的距离为 242. 2mm，这样的距离能够减小在采动过程中岩石对筛管105的损伤。至此，根据本实施例的瓦斯抽采钻井结构制作完成。然后，进行后续的工艺，如在筛管105的上方接入实管，实管的常用规格可以为直径是177. 8mm，壁厚为9. 19mm，并对实管进行固井。最后进行洗井工艺，例如用直径为139mm 的无芯钻头冲扫馆内残留的水泥浆以及内壁泥皮，冲扫孔深度超过筛管底部的深度，然后压入适量的焦磷酸钠溶液，浸泡M小时，用高压射流上下冲洗筛管，直至孔口返清水。洗井的时间一般大于48小时。根据本实施例的瓦斯抽采钻井结构，在筛管外预留了一定的空间，可以增大筛管所位于的层段的过气载面积以及增大所开采的煤层煤顶板采空区的透水性，缓冲或避让岩层在采动后剪切、挤压过程中对筛管段井孔内筛管的破坏，有效地保护筛管再采动影响后， 能够保留一定的出气通道，有利于瓦斯抽采的顺利进行。
在上述技术方案中，可以增大位于地面500m以下的实管和筛管的壁厚，例如实管和筛管的壁厚均为19. 05mm，大于传统的实管或筛管的壁厚9. 19mm。增大实管和筛管的壁厚有助于实管以及筛管增强抗变形能力，以防止由于岩层的挤压对实管或筛管造成的破坏。实施例二图5为本发明实施例二提供的形成瓦斯抽采钻井的流程图，具体可以是形成本发明任意实施例所提供瓦斯抽采钻井的方法。在步骤501中，形成套管段井孔。在步骤502中，在套管段井孔中放置套管并固井。在步骤503中，在套管段井孔的正下方进行钻孔，并进行扩孔，将套管段井孔下的钻孔直径扩大至大于套管段井孔的直径，以形成筛管段井孔。在步骤504中，将筛管放入筛管段井孔中，筛管外壁与筛管段井孔的孔壁之间的具有安全距离。安全距离的数值优选的是大于或等于200mm。筛管的直径可以为177. 8mm，安全距离优选为M2. 2mm。筛管的壁厚可以为19. 05mm。在步骤503的钻孔和扩孔操作之间还可以包括继续向下钻孔以形成底井孔。步骤504将筛管放入筛管段井孔中之后，还包括当放置位置低于地面500m以下时，在套管中放置壁厚为19. 05mm的实管。根据本实施例的方法形成的瓦斯抽采钻井，在筛管外与井孔壁之间预留了一定的空间，可以增大筛管所位于的层段的过气载面积以及增大所开采的煤层煤顶板采空区的透水性，缓冲或避让岩层在采动后剪切、挤压过程中对筛管段井孔内筛管的破坏，有效地保护筛管在采动影响后，能够保留一定的出气通道，有利于瓦斯抽采的顺利进行，减少煤层采动后对筛管的损坏和堵塞。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种瓦斯抽采钻井，包括套管段和筛管段，其特征在于，套管段包括套管和套管段井孔，所述筛管段包括筛管和筛管段井孔；所述筛管位于所述筛管段井孔内，所述筛管段井孔的直径大于所述套管段井孔的直径，所述筛管外壁与所述筛管段井孔的孔壁之间具有安全距离。
2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻井，其特征在于，所述安全距离大于或等于 200mm。
3.根据权利要求1或2所述的瓦斯抽采钻井，其特征在于，所述筛管的直径为 177. 8mm，所述安全距离为M2. 2mm。
4.根据权利要求1或2所述的瓦斯抽采钻井，其特征在于，所述筛管的壁厚为 19. 05mmo
5.根据权利要求1或2所述的瓦斯抽采钻井，还包括位于所述筛管段井孔正下方的底井孔。
6.一种形成瓦斯抽采钻井的方法，包括步骤1、形成套管段井孔；步骤2、在所述套管段井孔中放置套管并固井；步骤3、在所述套管段井孔的正下方进行钻孔，并进行扩孔，将所述套管段井孔下的钻孔直径扩大至大于所述套管段井孔的直径，以形成筛管段井孔；步骤4、将筛管放入所述筛管段井孔中，所述筛管外壁与所述筛管段井孔的孔壁之间具有安全距离。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述安全距离大于或等于200mm。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括在所述步骤3的钻孔和扩孔操作之间还包括 继续向下钻孔以形成底井孔。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述筛管的直径为177.8mm，所述安全距离为 242. 2mmο
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤4将筛管放入所述筛管段井孔中之后，还包括当放置位置低于地面500m以下时，在所述套管中放置壁厚为19. 05mm的实管。
11.根据权利要求6 10中任一项所述的方法，其特征在于，所述筛管的壁厚为 19. 05mmo
全文摘要
本发明公开了一种瓦斯抽采钻井及形成方法。该钻井包括套管段和筛管段，套管段包括套管和套管段井孔，筛管段包括筛管和筛管段井孔；筛管位于筛管段井孔内，筛管段井孔的直径大于套管段井孔的直径，筛管外壁与筛管段井孔的孔壁之间具有安全距离。该方法包括形成套管段井孔；在套管段井孔中放置套管并固井；在套管段井孔的正下方进行钻孔，并进行扩孔，将套管段井孔下的钻孔直径扩大至大于套管段井孔的直径，以形成筛管段井孔；将筛管放入筛管段井孔中，筛管外壁与筛管段井孔的孔壁之间具有安全距离。根据本发明的抽采瓦斯钻井及形成方法，能够保护筛管在采动影响后，保留一定的出气通道，以确保瓦斯抽采的顺利进行。
文档编号E21F7/00GK102561998SQ20101059887
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者汪敏华, 白国基, 程志忠, 赵俊峰, 陈建, 黄晖, 黄碧石 申请人:淮南矿业(集团)有限责任公司