本发明属于采矿领域，特别是涉及一种采煤区的废弃油井处理方法。
背景技术：
我国存在着不少煤炭和石油天然气资源重叠区，但国内外关于煤炭资源和石油天然气资源重叠区的安全高效开采问题的相关研究目前还不多见。但是在不同历史条件下施工的钻孔，井田范围内都不同程度地存在封闭不良钻孔，这些钻孔往往贯穿若干含水层组、老窑、含水断层等。由于重视程度不够，钻探或水文孔使用后处理不力，在开采过程中，封闭不良钻孔可能成为矿井充水通道，使煤层开采的充水条件复杂化，给煤矿开采带来了重大隐患，威胁矿井安全生产。此次的石油井也属于不良钻孔，只是相较于一般不良钻孔，石油钻孔对矿井安全生产威胁性更大，一般不良钻孔的治理对石油钻孔的封堵油一定的借鉴意义。大部分的研究者和工程技术人员认为钻孔的安全性并非单因素主控，而是地质、水文地质以及采掘活动等多种因素共同影响的结果，但是大体上可以分为：水源、构造、采掘活动的影响以及钻孔封闭质量这四种因素。但是目前国内外对废弃石油井对矿井生产的影响研究较少，只有个别几个矿有过废弃石油井的治理经验，但是根据这些治理经验做出的学术成果较少，废弃石油井中油、气、水的扩散规律与煤层在废弃石油井影响区的矿压规律都不确定，需要进一步的研究。因此不良石油井钻孔对矿井的煤层开采影响特征和规律及采掘工作面通过石油井影响区的技术方案和安全技术措施还需进一步研究。
井田内的这些油井给矿井的安全高效开采产生着重大影响。矿井采用留设油井保护煤柱方式不仅要造成大量的煤炭资源损失，而且还难以正常布置采煤工作面，严重影响高效生产。矿井采用不留设废弃油井保护煤柱方式开采，则存在一系列重大安全问题必须解决：一是这些废弃石油井的施工年代久远，资料缺乏，其井身结构、封井状况、油层特征等都不清楚，在油井及其附近可能会产生积聚大量的硫化氢、甲烷等有害气体，当采掘工作面揭露这些石油井的过程中，就存在着有害气体涌入，甚至喷入工作面的重大安全隐患；二是这些油井可能仍然与具有一定压力的油层导通，当采掘工作面揭露这些石油井的过程中，就存在着工作面涌入石油的可能；三是这些油井可能与含水层、甚至地面水体导通，当采掘工作面揭露这些石油井的过程中，就存在着突然涌水的可能；四是这些油井内一般都套有多层合金钢套管，其对局部地层会发挥锚固作用，因此钢套管的存在会对工作面局部顶板的安全控制产生严重影响；五是当采掘工作面通过这些石油井的过程时必须破除油井多层套管，如何安全破除油井套管并保证工作面杜绝顶板事故缺乏经验。根据实际情况分析，油井可能有或者没有以上隐患，如何对油井进行准确的分类对石油井的治理有重要作用。
技术实现要素：
本发明所要解决上述技术问题，提供一种采煤区的废弃油井处理方法，能够通过检测、分类和针对性的处理提高了废弃油井的治理效率，提高带有废弃油井的采煤区的含煤地层采煤工作的安全性，提高所述采煤区的资源回收率，避免生产风险。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：
一种采煤区的废弃油井处理方法包括如下步骤：
检测采煤区的废弃油井是否设有封井水泥和表层套管。
当所述废弃油井无封井水泥和无表面套管时，检测废弃油井中高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞和检测所述废弃油井中的油气含量，当仅存在所述空洞时，所述废弃油井标记为水灾害油井，当仅存在油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为油气灾害井，当存在所述空洞且油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为水和油气灾害混合油井。
当所述废弃油井有封井水泥和无表面套管或者是裸眼井时，工作面揭露后，遗留大面积悬顶危害，裸眼井附近可能出现冒顶，所述废弃油井标记为顶板灾害油井。
当所述废弃油井无封井水泥和有表面套管时，检测废弃油井的表面套管外的高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞、检测所述废弃油井中的油气含量以及检测采煤工作面顶板是否可能存在悬顶与冒顶危害，仅存在所述空洞时，所述废弃油井标记为水灾害油井，当仅存在油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为油气灾害井，当仅存在所述采煤工作面顶板存在悬顶与冒顶危害，所述废弃油井标记为顶板灾害油井，当存在所述空洞且油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为水和油气灾害混合油井，当存在所述空洞且存在所述采煤工作面顶板存在悬顶与冒顶危害，所述废弃油井标记为水和顶板灾害混合油井；当油气含量超出预定范围且所述采煤工作面顶板是否可能存在悬顶与冒顶危害，所述废弃油井标记为油气和顶板混合灾害油井，当存在所述空洞、油气含量超出预定范围且所述采煤工作面顶板是否可能存在悬顶与冒顶危害，所述废弃油井标记为水油气顶板混合灾害油井。
当所述废弃油井有封井水泥和有表面套管时，检测废弃油井的表面套管外的高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞以及检测采煤工作面顶板是否可能存在悬顶与冒顶危害，仅存在所述空洞时，所述废弃油井标记为水灾害油井，当仅存在所述采煤工作面顶板存在悬顶与冒顶危害，所述废弃油井标记为顶板灾害油井，当存在所述空洞且存在所述采煤工作面顶板存在悬顶与冒顶危害，所述废弃油井标记为水和顶板灾害混合油井。
所述水油气顶板混合灾害油井以及水和油气灾害混合油井为第一类油井，发出第一警报且封堵第一类油井，所述水灾害油井、油气灾害油井、油气和顶板混合灾害油井以及水和顶板混合灾害油井为第二类油井，发出第二警报且进行油井修复，所述顶板灾害油井为第三类油井，发出第三警报。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，配制密度大于2kg/l的油井水泥浆灌满第一类油井以封堵第一类油井。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，第二类油井的修复包括向空洞挤注高吸水树脂颗粒且灌注密度大于2kg/l的油井水泥浆。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，油井水泥浆为在油井膨胀水泥浆中注入加促凝剂和水玻璃的油井水泥浆。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，所述采煤工作面顶板上设有应力传感器。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，所述废弃油井内设有测量甲烷、乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳和/或硫化氢气体的气体浓度传感器。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，所述废弃油井内和/或表面套管外设有测量水汽含量的湿度传感器。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，所述废弃油井包括处理器，所述处理器基于水汽含量、油气含量和/或采煤工作面顶板强度发送第一、第二或第三警报。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，处理器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路asic，现场可编程门阵列fpga、模拟电路或数字电路。
在所述的采煤区的废弃油井处理方法中，所述处理器设有存储器，存储器包括一个或多个只读存储器rom、随机存取存储器ram、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器eeprom。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在附图中：
图1为本发明一个实施例的采煤区的废弃油井处理方法的步骤示意图；
图2为本发明的一个实施例的无表面套管且无封井水泥的废弃油井的水情况示意图；
图3为本发明的一个实施例的有表面套管且无封井水泥的废弃油井的水情况示意图；
图4为本发明的一个实施例的无表面套管且无封井水泥的废弃油井的油气情况示意图；
图5为本发明的一个实施例的有表面套管且无封井水泥的废弃油井的油气情况示意图；
图6为本发明的一个实施例的无表面套管且无封井水泥的废弃油井的水和油气情况示意图；
图7为本发明的一个实施例的有表面套管且有封井水泥的废弃油井的水和顶板情况示意图；
图8为本发明的一个实施例的有表面套管、固井水泥且有封井水泥的废弃油井的水和顶板情况示意图；
图9为本发明的一个实施例的无表面套管、固井水泥且有封井水泥的废弃油井的水和顶板情况示意图；
图10为本发明的一个实施例的无表面套管且无封井水泥的废弃油井的水和顶板情况示意图；
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
如图1所示的根据本发明的采煤区的废弃油井处理方法，一种采煤区的废弃油井处理方法包括如下步骤：
检测采煤区的废弃油井是否设有封井水泥和表面套管。
当所述废弃油井无封井水泥和无表面套管时，检测废弃油井中高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞和检测所述废弃油井中的油气含量，当仅存在所述空洞时，所述废弃油井标记为水灾害油井，当仅存在油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为油气灾害井，当存在所述空洞且油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为水和油气灾害混合油井。
当所述废弃油井有封井水泥和无表面套管时，检测采煤工作面顶板结构强度，当所述采煤工作面顶板结构强度小于结构强度阈值，所述废弃油井标记为顶板灾害油井。
当所述废弃油井无封井水泥和有表面套管时，检测废弃油井的表面套管外的高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞、检测所述废弃油井中的油气含量以及检测采煤工作面顶板结构强度，仅存在所述空洞时，所述废弃油井标记为水灾害油井，当仅存在油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为油气灾害井，当仅存在所述采煤工作面顶板结构强度小于结构强度阈值，所述废弃油井标记为顶板灾害油井，当存在所述空洞且油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为水和油气灾害混合油井，当存在所述空洞且存在所述采煤工作面顶板结构强度小于结构强度阈值，所述废弃油井标记为水和顶板灾害混合油井；当油气含量超出预定范围且所述采煤工作面顶板结构强度小于结构强度阈值，所述废弃油井标记为油气和顶板混合灾害油井，当存在所述空洞、油气含量超出预定范围且所述采煤工作面顶板结构强度小于结构强度阈值，所述废弃油井标记为水油气顶板混合灾害油井。
当所述废弃油井有封井水泥和有表面套管时，检测废弃油井的表面套管外的高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞以及检测采煤工作面顶板结构强度，仅存在所述空洞时，所述废弃油井标记为水灾害油井，当仅存在所述采煤工作面顶板结构强度小于结构强度阈值，所述废弃油井标记为顶板灾害油井，当存在所述空洞且存在所述采煤工作面顶板结构强度小于结构强度阈值，所述废弃油井标记为水和顶板灾害混合油井。
所述水油气顶板混合灾害油井以及水和油气灾害混合油井为第一类油井，发出第一警报且封堵第一类油井，所述水灾害油井、油气灾害油井、油气和顶板混合灾害油井以及水和顶板混合灾害油井为第二类油井，发出第二警报且进行油井修复，所述顶板灾害油井为第三类油井，发出第三警报。
本发明的采煤区的废弃油井处理方法首先检测封井水泥和有表面套管，然后通过检测结果分别检测废弃油井中高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞、废弃油井的表面套管外的高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞、检测所述废弃油井中的油气含量和/或检测采煤工作面顶板结构强度，分类成不同类型的油井且基于不同类型进行了针对性处理，准确地检测、分类和针对性的处理，提高了废弃油井的治理效率，提高了带有废弃油井的采煤区的含煤地层采煤工作的安全性，提高了所述采煤区的资源回收率，避免了生产风险。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，配制密度大于2kg/l的油井水泥浆灌满第一类油井以封堵第一类油井。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，第二类油井的修复包括向空洞挤注高吸水树脂颗粒且灌注密度大于2kg/l的油井水泥浆。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，油井水泥浆为在油井膨胀水泥浆中注入加促凝剂和水玻璃的油井水泥浆。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，所述采煤工作面顶板上设有应力传感器。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，所述废弃油井内设有测量甲烷、乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳和/或硫化氢气体的气体浓度传感器。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，所述废弃油井内和/或表面套管外设有测量水汽含量的湿度传感器。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，所述废弃油井包括处理器，所述处理器基于水汽含量、油气含量和/或采煤工作面顶板强度发送第一、第二或第三警报。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，处理器包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路asic，现场可编程门阵列fpga、模拟电路或数字电路。
在本发明的所述的采煤区的废弃油井处理方法的优选实施例中，所述处理器设有存储器，存储器包括一个或多个只读存储器rom、随机存取存储器ram、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器eeprom。
在一个实施例中，本发明根据废弃油井结构中表面套管和封井水泥的存在情况，可将可能存在灾害分为水灾害、油气灾害和顶板灾害三类。水灾害是开采煤层上方的含水层通过油井套管或者油井套管和岩层中间的缝隙溃入工作面。油气灾害分两种情况，一种是套管和井底油气层导通导致油气涌入工作面，导致人员伤害；另外一种是含煤地层本身赋存的油气涌入工作面，导致人员伤害。顶板灾害指的是套管的“超级锚固作用”导致工作面顶板大面积悬顶，并在某个时段垮落产生暴风，导致人员伤害。
在水灾害中，在一个实施例中，如图2所示的本发明的一个实施例的无表面套管且无封井水泥的废弃油井的水情况示意图，其中，表面套管被撤走，废弃油井形成有空洞，空洞与含水层连接，由于无套管且无封井水泥，空洞没将形成水积累和溃水通道，孔内的水在工作面推进到油井处，将会按图1所示的情况溃入工作面。由于孔内的水量并不大，但水头高度大，可能在揭露过程中，会产生高压水，需要在制定措施过程中谨慎对待，优选地，对其进行修复处理。
在一个实施例中，如图3所示的本发明的一个实施例的有表面套管且无封井水泥的废弃油井的水情况示意图，其中，废弃油井或探井没有将表面套管撤走，没有进行封井工作，也既是没有封井水泥，检测废弃油井的表面套管外的高于煤层位置是否存在连通含水层的空洞，如果存在空洞，在处理油井过程中有两次溃水的可能，需要严加注意。
在油气灾害中，油气灾害形成必须有通道，在本发明一个实施例中，如图4所示的本发明的一个实施例的无表面套管且无封井水泥的废弃油井的油气情况示意图，其中，油气可能已经充满石油井形成的空洞中，需要检测所述废弃油井中的油气含量，当存在油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为油气灾害井，当工作面推进到此处进行处理时，油、气可能涌入工作面，油气中存在甲烷、乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等有害气体，需要在揭露过程中对不同气体进行防治，同时空洞内油气压力未知，不能杜绝气体瞬间大量涌入的可能性。
在本发明中，油气灾害形成必须有通道，在一个实施例中，如图5所示的本发明的一个实施例的有表面套管且无封井水泥的废弃油井的油气情况示意图，需要检测所述废弃油井中的油气含量，油气可能涌入工作面，当存在油气含量超出预定范围，所述废弃油井标记为油气灾害井。
在顶板灾害中，有套管的废弃油分井和探井在地层中起到了“超级锚杆”或锚索的作用，将对其附近的地层产生加固作用，可能导致附近的顶板不能垮落，从而形成大面积悬顶，到一定时候一次性大范围垮落，将采空区的有毒有害气体逼入工作面或者产生暴风对工作面设备和人员进行损害，井壁坍塌或者浅部泥沙充填井筒，井筒中含有水、气、油，在工作面通过时，如果不进行处理，可能溃入工作面，导致灾害。
本发明根据可能出现的灾害情况对油气井进行分类。按照最危险的情况，根据井的结构和水泥封堵情况分为了四类类型，分别是第一类油井、第二类油井、第三类油井以及-无须治理油井的其余油井作为第四类油井。
在一个实施例中，如图6所示的本发明的一个实施例的无表面套管且无封井水泥的废弃油井的水和油气情况示意图，含水层水易沿油井渗流下来，且水头高度高，水害危害大，油井中含有水、油、气，可能在揭露时涌出，导致人员伤害，其中水向下，油气向上，而且油井内部无套管，顶板容易坍塌，对正常开采造成很大影响。因此，属于第一类油井需要封堵处理。
在一个实施例中，如图7所示的本发明的一个实施例的有表面套管且有封井水泥的废弃油井的水和顶板情况示意图，井筒结构是井口有封闭水泥，下有金属套管，高度一般位于煤系地层上方，油井中可能含有水可能在揭露时涌出，导致人员伤害。工作面推进后，顶板易大面积悬顶，可能会留有顶板灾害隐患。因此，属于第二类油井需要修复处理。
在一个实施例中，如图8所示的本发明的一个实施例的有表面套管、固井水泥且有封井水泥的废弃油井的水和顶板情况示意图，有套管，封井水泥、油井中可能含有水可能在揭露时涌出，导致人员伤害。工作面推进后，顶板易大面积悬顶，可能会留有顶板灾害隐患。因此，属于第二类油井需要修复处理。
在一个实施例中，如图9所示的本发明的一个实施例的无表面套管、固井水泥且有封井水泥的废弃油井的水和顶板情况示意图，水泥充满整个空间，只是可能会留有顶板灾害隐患。因此，属于第三类油井，需要标记关注。
在一个实施例中，如图10所示的本发明的一个实施例的无表面套管且无封井水泥的废弃油井的水和顶板情况示意图，存在坍塌风险，井中存有黄泥、水、气、油等混合体充满整个空间，坍塌造成井筒附近岩性弱，工作面揭露井筒后，附近可能出现冒顶，井筒中的黄泥等可能溃入工作面。因此，属于第一类油井需要封堵处理。
对于第四类无须治理油井，这类油井井深与可采煤层埋深相距较远，油井没有沟通深部含油层，油井内的水、油、气无法进入可采煤层，对正常生产开采影响较小，采掘工作面在通过这类油井时只需注意观测油的渗漏以及气体检测情况即可，如果漏油或气体超标情况严重，及时找出原因，做出处理。
我国存在着不少煤炭和石油天然气资源重叠区，如陕西的子长矿区、陕北内蒙矿区、宁东矿区等。这些矿区的煤炭资源和石油天然气资源重叠区的资源的安全高效协调开发问题是一个具有普遍性的重大问题，其中废弃油井影响区的煤炭资源安全高效高资源回收率开采问题将日益突出。本发明的处理方法对全国类似矿井的安全高效生产具有重要的意义和实际应用价值。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。