专利名称：一种提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法
技术领域：
本发明涉及采矿业的安防技术领域，特别是涉及一种提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法。
背景技术：
地面大口径瓦斯抽排井是煤矿把瓦斯在矿井下预抽后排到地面的通道，是我国目前预防煤矿井下瓦斯事故和进行综合利用能源的有效方法之一。大口径瓦斯抽排井一般要求在孔内下放工作套管。套管起着保护井眼、加固井壁和封固水、气和各种复杂地层的作用。工作套管的稳定性是大口径瓦斯抽排井工程成功与否的关键。套管的失稳分为破裂和变形二种形式。套管一旦发生破裂，上部地层的地下水可能通过钻孔流入工作面，影响井下安全；如果套管发生变形(瘪管)，则将减小气体过流断面面积，降低抽排能力。一口深孔大口径瓦斯抽排井的成本通常在数百万元以上，套管一旦失稳，将给业主和施工单位双方带来巨大经济损失。传统的施工方法为在套管下放至孔中并且固管结束后，随即排出钻孔孔中的钻井液。由于孔中井液排出后，增大了套管管壁内外的压力差，当钻孔孔壁地层孔隙流体压力较大时，套管将因内外压力差超过套管的抗外挤强度而发生失稳，引起套管失效。
发明内容
针对以上背景技术中存在的不足，本发明提供了一种提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法，旨在操作简便，且能有效防止套管失稳。本发明是这样实现的，一种提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法，其包括以下步骤
对瓦斯抽排井进行套管固管；
在所述套管固管结束后，从井下巷道中向所述瓦斯抽排井孔壁附近的煤层中施工若干个卸压钻孔，通过所述若干个瓦斯卸压钻孔疏放所述煤层的瓦斯压力；
待所述煤层的瓦斯压力疏降到初始水平后，再排空所述瓦斯抽排井内的井液。进一步地，在所述套管固管的步骤中包括以下内容
当瓦斯抽排井终孔形成所述瓦斯抽排井后，所述瓦斯抽排井内下放所述套管； 当所述套管下放到所述瓦斯抽排井底部后，通过所述套管底部的注浆孔向所述瓦斯抽排井孔壁和所述套管之间的环状间隙注入固管水泥浆；
所述固管水泥浆固化后，在所述瓦斯抽排井孔壁和所述套管之间的环状间隙内形成固管水泥圈，所述套管固管结束。进一步地，在所述瓦斯抽排井揭穿所述煤层之前，所述煤层的瓦斯压力为所述初始水平，在所述套管固管时，所述煤层的瓦斯压力为所述钻井液的液柱压力，在所述套管固管结束时，所述煤层的瓦斯压力为所述固管水泥浆的液柱压力。
本发明与现有技术相比，有益效果在于本发明是在固管水泥固化后不直接排空钻孔内的钻井液，而是先通过井下巷道施工卸压钻孔，降低孔壁附近煤层的瓦斯压力，待煤层内的瓦斯压力降低到原始值后再排空钻井液从而降低了对套管抗外挤强度的要求，有利于保证套管的抗外挤强度高于管外的煤层瓦斯挤压力，保证了套管的安全。
图1是本发明实施方式提供的提高地面瓦斯抽排井套管稳定性方法的使用状态
示意图。
符号说明
套管 1
钻井液 2
固管水泥圈3
煤层 4
卸压钻孔 5
巷道 6
钻孔孔壁 具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请参阅图1，其为本发明实施方式提供的提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法， 该提高地面瓦斯抽排井套管稳定性方法应用于瓦斯抽排井套管1中。钻井之前，煤层4存在一定的初始水平的瓦斯压力P0，当钻井揭开煤层4后，由于钻孔(即瓦斯抽排井)内存在钻井液2，使得钻孔孔壁7附近煤层4的瓦斯压力增加为井液液柱压力P1。套管1下放后的固管期间，井壁煤层4瓦斯压力等于固管水泥浆的液柱压力 P2，由于所注水泥浆液的容重一般大于井液容重，因此，一般存在P2 > Pl > P0。钻井和固管1的过程增加了煤层4内的瓦斯压力。当钻孔深度较大且煤层4渗透性较低时，固管结束后，煤层4内形成的这种高瓦斯压力不易消散，仍然保持一个高于PO的瓦斯压力。当排空套管1内的钻井液2后，若套管1的壁厚难以提供足够的抗外挤强度，套管1将因套管1 内外压差过大而导致套管1失稳。故，在瓦斯抽排井施工期间，钻孔孔壁7内充满钻井液2，在钻孔揭穿煤层4之前， 煤层内瓦斯压力等于Po。当钻孔揭穿煤层4后，煤层内瓦斯压力等于钻井液2的液柱压力 P1。当瓦斯抽排井终孔后形成瓦斯抽排井后，钻孔内下放套管1。当套管1下放到设计深度后，通过套管1底部的注浆孔向孔壁7和套管1之间的环状间隙注入固管水泥浆，注浆结束后，煤层4内瓦斯压力等于水泥浆的液柱压力P2。水泥固化后，在孔壁7和套管1之间的环状间隙内形成固管水泥圈3。本发明在井下巷道6中向煤层4施工1个或数个卸压钻孔5，降低煤层内瓦斯压力，使煤层内的瓦斯压力由P2降低到P0。本发明在实际应用中的施工顺序如下 1)对瓦斯抽排井进行套管1固管。2)在瓦斯抽排井固管结束且水泥固化后，在井下巷道6内向煤层4施工1个或数个卸压钻孔5，通过卸压钻孔5降低煤层内瓦斯压力。使煤层4内的瓦斯压力由P2降低到 P0。3)待煤层内的瓦斯压力由P2降低到PO后，再排空套管1内的钻井液2。本发明分析了钻孔套管失稳的原理，认为钻井液柱压力Pl和固管过程产生水泥柱压力P2会导致钻孔附近的煤层4瓦斯压力增加。本发明能通过井下巷道6中实施的卸压钻孔5有效的降低煤层4内的瓦斯压力，使煤层4内的瓦斯压力恢复到煤层4的原始压力(即初始水平)，降低了对套管1抗外挤强度的要求，有利于保证套管1的安全。进一步说明，从降低煤层4移出的瓦斯由巷道6通过管道(图未示)排出。本发明与传统的施工方法相比，主要区别在于，本发明是在固管水泥固化后不直接排空钻孔内的钻井液2，而是先通过井下巷道施工卸压钻孔，降低孔壁7附近煤层4的瓦斯压力，待煤层4内的瓦斯压力降低到原始值后再排空钻井液2从而降低了对套管1抗外挤强度的要求，有利于保证套管1的抗外挤强度高于管1外的煤层4瓦斯挤压力，保证了套管1的安全。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法，其包括以下步骤 对瓦斯抽排井进行套管固管；在所述套管固管结束后，从井下巷道中向所述瓦斯抽排井孔壁附近的煤层中施工若干个卸压钻孔，通过所述若干个瓦斯卸压钻孔疏放所述煤层的瓦斯压力；待所述煤层的瓦斯压力疏降到初始水平后，再排空所述瓦斯抽排井内的井液。
2.如权利要求1所述的提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法，其特征在于，在所述套管固管的步骤中包括以下内容当瓦斯抽排井终孔形成所述瓦斯抽排井后，所述瓦斯抽排井内下放所述套管； 当所述套管下放到所述瓦斯抽排井底部后，通过所述套管底部的注浆孔向所述瓦斯抽排井孔壁和所述套管之间的环状间隙注入固管水泥浆；所述固管水泥浆固化后，在所述瓦斯抽排井孔壁和所述套管之间的环状间隙内形成固管水泥圈，所述套管固管结束。
3.如权利要求2所述的提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法，其特征在于，在所述瓦斯抽排井揭穿所述煤层之前，所述煤层的瓦斯压力为所述初始水平，在所述套管固管前， 所述煤层的瓦斯压力为所述钻井液的液柱压力，在所述套管固管结束时，所述煤层的瓦斯压力为所述固管水泥浆的液柱压力。
全文摘要
本发明涉及一种提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法，其包括以下步骤对瓦斯抽排井进行套管固管；在所述套管固管结束后，从井下巷道中向所述瓦斯抽排井孔壁附近的煤层中施工若干个卸压钻孔，通过所述若干个瓦斯卸压钻孔疏放所述煤层的瓦斯压力；待所述煤层的瓦斯压力疏降到初始水平后，再排空所述瓦斯抽排井内的井液。所述提高地面瓦斯抽排井套管稳定性的方法，先通过井下巷道施工卸压钻孔，降低孔壁附近煤层的瓦斯压力，待煤层内的瓦斯压力降低到原始值后再排空钻井液从而降低了对套管抗外挤强度的要求，有利于保证套管的抗外挤强度高于管外的煤层瓦斯挤压力，保证了套管的安全。
文档编号E21F7/00GK102278089SQ201110202958
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者吴松贵, 孙家应, 谢焰 申请人:安徽理工大学