专利名称：顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法
技术领域：
本发明顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，属于井下改善煤岩体渗透性抽采煤层气方法技术领域。
背景技术：
只要开采煤炭，就会有煤层气(瓦斯)涌出，煤层气(瓦斯)是威胁煤矿安全生产和矿工生命的主要灾害之一，同时煤层气又是一种清洁能源，开发利用煤层气对保证煤矿安全生产、保护环境、改善能源结构等都具有重大经济和社会效益。我国埋深2000m以浅范围内，煤层气资源量约为31万亿方储量，渗透率一般小于I X IO-3 u m2,普遍属于低渗透煤储层，煤层气难以被抽采，为从井下有效抽采煤层气，采用了诸多工程措施对煤岩体进行强化改造。例如大直径密集钻孔开采、开采解放层、穿层钻孔和钻孔两侧水力割缝等技术，但总体收效甚微，普通钻孔周围会形成应力集中带，使得煤层透气性降低，阻碍了煤层气的渗透。开采解放层对单一煤层不适用。穿层钻孔煤层钻遇率低，而且需开拓底板岩巷。《煤炭学报》2001. vol26,No5 “低渗透煤储层煤层气开采有效技术途径的研究”一文认为提高低渗透煤储层渗透性的唯一有效途径是使煤层卸压。钻孔两侧水力割缝如公开专利号Z103122734.1和zl200910182119. 4，提出在钻孔两侧水平方向形成一条具有一定深度的扁平缝槽，用于改善储层渗透性和防治煤与瓦斯突出问题。该技术把煤岩体看作均质岩体，没有考虑煤岩体的结构特点，尤其是煤岩体的沉积结构特点(如层理和割理)和夹矸对煤层渗透性的影响。我国煤层中普遍发育有I 3层夹矸，夹矸厚度140 500mm，甚至可达Im,横向沉积稳定，连续性好，夹矸为炭质泥岩，渗透率极低，遇水膨胀且易于变形，水平割缝卸压产生的竖向裂隙在遇到煤层夹矸时可能不能很好延伸，同时，煤层底板为泥岩，并具有明显的膨胀性，水平割缝的高度一般只有20-30_，割缝宽度较大时，随着煤层后期的变形，割缝在上覆岩体重力和底板底鼓产生的向上力的联合作用下，在一定程度上挤压变形，渗透性减低，另外，要完成水平割缝，必须对喷嘴实施水平定向，施工难度很大，而且从现有公开资料可知，水平割缝是先在煤层中打一个钻孔，然后再采用专用割缝装置利用高压水射流对钻孔两侧的煤体进行切割，如遇煤层塌孔，割缝装置很难再进入，无法钻进和割缝一次完成。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种充分考虑了煤岩体的结构特点，使得顺层长钻孔井壁应力分散、影响范围大，抽采效率高的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，包括以下步骤a、用钻机通过钻具在拟抽放煤层气的煤层中钻预定深度的顺层长钻孔；b、退钻到钻具不受顶压时，向钻具内通入25 35MPa的高压水，钻具原地旋转，通过高压水射流在垂直顺层长钻孔轴线平面上形成一竖向大裂缝；C、继续退钻，在退钻过程中，降低水压到10 15MPa，对顺层长钻孔的孔壁进行冲洗，钻具退后一段距离后停住，用步骤b中的方法施工一新的竖向大裂缝；d、重复步骤C，使顺层长钻孔上形成多个竖向大裂缝，且位于顺层长钻孔孔口部位的竖向大裂缝距孔口有一设定距离，以使顺层长钻孔的孔口部位留有至少5m的封孔长度；e、停止高压水射流，退出钻具，并用封孔材料对顺层长钻孔封孔；f、用煤层气抽米系统抽米煤层气。进一步的，重复步骤a f，在煤层中形成两个以上的顺层长钻孔，相邻顺层长钻孔上的竖向大裂缝沿顺层长钻孔深度方向交错排列或平齐排列。所述竖向大裂缝的宽度为20-40mm,半径为500_1000mm。所述钻具退后一次为8 10m，即相邻两个竖向大裂缝之间的间距为8 10m。所述高压水中混合有70 120目的石英砂，所述石英砂在高压水和石英砂混合物中体积占5%。所述步骤d中位于顺层长钻孔孔口部位的竖向大裂缝距孔口的距离为15 20m。所述步骤C、步骤d、步骤e中的退钻速度为I 3m/min。在所述煤层上，顺层长钻孔的下方，斜向上钻排水钻孔，排水钻孔的孔口处安装有排水装置，排水钻孔轴线的坡度不小于5%。 8%。，排水钻孔与顺层长钻孔轴线之间的距离以竖向大裂缝的最大影响松动圈确定，或为竖向大裂缝直径的0.5 3倍。所述的排水钻孔在煤层中沿底板施工或在底板内施工。同一竖向平面上布置有多个顺层长钻孔时，仅在靠近底板的顺层长钻孔下方布置排水钻孔。本发明改善煤层渗透性的机理如下。顺层长钻孔水射流洗孔与切割竖向大裂缝抽采煤层气方法就是通过对垂直钻孔轴线的竖向平面进行切割大裂缝及对孔壁洗孔形成浅表裂隙后，竖向大裂缝导通了煤岩分层的层理，在两条竖向大裂缝之间分隔的煤岩段，由煤层气渗流柱坐标方程(I)可知:
权利要求
1.顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于包括以下步骤: a、用钻机通过钻具在拟抽放煤层气的煤层⑴中钻预定深度的顺层长钻孔⑵； b、退钻到钻具不受顶压时，向钻具内通入25 35MPa的高压水，钻具原地旋转，通过高压水射流在垂直顺层长钻孔(2)轴线平面上形成一竖向大裂缝(3)； C、继续退钻，在退钻过程中，降低水压到10 15MPa，对顺层长钻孔(2)的孔壁进行冲洗，钻具退后一段距离后停住，用步骤b中的方法施工一新的竖向大裂缝(3)； d、重复步骤C，使顺层长钻孔(2)上形成多个竖向大裂缝(3)，且位于顺层长钻孔(2)孔口部位的竖向大裂缝⑶距孔口有一设定距离，以使顺层长钻孔⑵的孔口部位留有至少5m的封孔长度； e、停止高压水射流，退出钻具，并用封孔材料对顺层长钻孔(2)封孔； f、用煤层气抽米系统抽米煤层气。
2.根据权利要求1所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:重复步骤a f，在煤层(I)中形成两个以上的顺层长钻孔(2)，相邻顺层长钻孔(2)上的竖向大裂缝(3)沿顺层长钻孔(2)深度方向交错排列或平齐排列。
3.根据权利要求1或2所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:所述竖向大裂缝(3)的宽度为20-40mm，半径为500-1000mm。
4.根据权利要求1或2所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:所述钻具退后一次为8 10m，即相邻两个竖向大裂缝(3)之间的间距为8 10m。
5.根据权利要求1或2所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:所述高压水中混合有70 120目的石英砂，所述石英砂在高压水和石英砂混合物中体积占5%。
6.根据权利要求1或2所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:所述步骤d中位于顺层长钻孔⑵孔口部位的竖向大裂缝(3)距孔口的距离为15 20m。
7.根据权利要求1或2所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:所述步骤C、步骤d、步骤e中的退钻速度为I 3m/min。
8.根据权利要求1或2所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:在所述煤层(I)上，顺层长钻孔(2)的下方，斜向上钻排水钻孔(32)，排水钻孔(32)的孔口处安装有排水装置，排水钻孔(32)轴线的坡度不小于5%。 8%。，排水钻孔(32)与顺层长钻孔(2)轴线之间的距离以竖向大裂缝(3)的最大影响松动圈确定，或为竖向大裂缝(3)直径的0.5 3倍。
9.根据权利要求8所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:所述的排水钻孔(32)在煤层(I)中沿底板(31)施工或在底板(31)内施工。
10.根据权利要求8所述的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，其特征在于:同一竖向平面上布置有多个顺层长钻孔⑵时，仅在靠近底板(31)的顺层长钻孔⑵下方布置排水钻孔(32)。
全文摘要
本发明顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法，属于井下改善煤岩体渗透性抽采煤层气方法技术领域；所要解决的技术问题为提供一种使得顺层长钻孔井壁应力分散、影响范围大，抽采效率高的顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法；采用的技术方案为a、在拟抽放煤层气的煤层中钻顺层长钻孔；b、退钻，通入高压水，钻具原地旋转，在垂直顺层长钻孔轴线平面上形成一竖向大裂缝；c、继续退钻，降低水压，对顺层长钻孔的孔壁进行冲洗，钻具退后一段距离后停住，用步骤b中的方法施工一新的竖向大裂缝；d、重复步骤c，使顺层长钻孔上形成多个竖向大裂缝；e、退出钻具，对顺层长钻孔封孔；f、抽采煤层气，本发明抽采效率高，适于井下抽采。
文档编号E21F7/00GK103075181SQ201310041318
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者李建军, 刘兰, 靳小俊, 董彦莉, 白培康, 薛建英, 刘亚玲, 韩云山, 程志, 魏月娟, 耿少波, 朱晋华, 王万月, 张洪萍, 史秀琴 申请人:中北大学