具有增透导流功能的采动区瓦斯地面垂直抽采井护壁装置的制作方法

本实用新型属于煤矿采动条件下地面钻井高效抽采瓦斯领域，具体涉及一种具有增透导流功能的采动区瓦斯地面垂直抽采井护壁装置。运用于高地应力和应力集中条件，具有护壁、保孔、增透、导流功能的瓦斯地面垂直抽采井护壁装置。

背景技术：

受煤矿采动影响，使得采动区瓦斯地面抽采井井眼及其附近应力高度集中、受挤压、剪切等作用力显著，进而导致钻井井眼易变形、坍塌、堵塞、压实、闭合等，严重影响其瓦斯抽采成效。当前，采动区瓦斯地面抽采井常采用裸眼和“套管+筛管”抽采方式，这些抽采方式均不利于抽采井的井眼稳定性，井眼常发生严重破坏变形现象。

技术实现要素：

本实用新型针对煤矿采动下瓦斯地面抽采井易破坏变形的难题，提供了一项利于采动下瓦斯地面垂直抽采井的井眼稳定、增透、导流，高效抽采瓦斯的新装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种具有增透导流功能的采动区瓦斯地面垂直抽采井护壁装置，包括通过双公丝扣上下对接的无缝钢管和割缝钢管，无缝钢管和割缝钢管的直径相同，割缝钢管的管壁上均布开有若干导流孔，割缝钢管底部通过丝堵封堵，割缝钢管内填充有石英砂岩。石英砂岩具有较好的管体抗拉强度和抗挤强度，能有效保证管体护壁的结构稳定性，杜绝了因变形引发的安全事故等；同时，石英砂岩具有良好的增透性和导流性，有效保证了瓦斯的抽采率。

所述无缝钢管和割缝钢管的直径小于抽采井的井眼直径，无缝钢管的下入深度为采动卸压裂隙带顶界至井口，割缝钢管的下入深度为井底至整个采动卸压裂隙带，保证裂隙带的所有瓦斯能经割缝钢管进行有效抽采。

所述导流孔为平行割缝钢管轴线方向的长条矩形孔，沿割缝钢管径向面的的导流孔间隔错位设置。所述导流孔的长*宽尺寸不超过500mm*20mm，同一轴平面上的相邻导流孔之间的间距为导流孔长度的1/2。导流孔的尺寸和布置主要依据石英砂岩的粒径确定，在有效保证石英砂岩不会经导流孔卸落的前提下，尽可能的增大导流孔，保证增透性和导流性，以提高瓦斯抽排率。

本实用新型通过在采动区瓦斯地面垂直抽采井中下入高强度无缝钢管和割缝钢管，使割缝钢管位于采动卸压裂隙带内，并在该段注入分选性和磨圆度好、力学强度高、粒径为100cm左右的石英砾岩，增强了卸压裂隙带的保孔、增透及导流能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的使用状态图；

图中：1-无缝钢管、2-双公丝扣、3-割缝钢管、4-导流孔、5-丝堵、6-井口、7-井口装置、8-抽采设备、9-石英砂岩。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示的具有增透导流功能的采动区瓦斯地面垂直抽采井护壁装置，包括通过双公丝扣2上下对接的无缝钢管1和割缝钢管3，无缝钢管1和割缝钢管3的直径相同，割缝钢管3的管壁上均布开有若干导流孔4，割缝钢管3底部通过丝堵5封堵，割缝钢管3内填充有石英砂岩9。

1.护壁材质选型

当前，常规的护壁钻井井眼材料为API无缝钢管，通过对不同钢级的钢管的力学性能比对，提出用API钢级为N80的钢管作为采动区瓦斯地面垂直抽采井的基本护壁材料（表一）。

表一基本护壁材料力学性能及规格型号

2.护壁工具设计

基于采动区瓦斯地面抽采特点，需保持采动区卸压瓦斯解吸带（即采动卸压裂隙带）内瓦斯气流的良好通透性能。同时，该带亦是采动应力作用的显著带。因此，在兼顾抽采段通透性能和护壁、保孔能力的基础上，对护壁工具进行了设计。即通过对卸压裂隙带的护壁、保孔钢管进行割缝设计，形成筛管状（附图1）。

3.增透、导流材料选取和规格设计

增透导流材料的选择遵循取材广、强度高、稳定性和经济好等原则。因此，本发明中选用了力学强度高的石英砾岩作为采动区瓦斯地面垂直抽采井的增透、导流材料。石英砾岩可以有效传递、缓冲、抵抗井壁所受的应力。同时，亦对井眼起到良好的“支撑”作用。

石英砾岩必须具有分选性和磨圆度好的特征（即石英砾岩必须具有分选性（主要粒径规格的石英砾岩占75%以上）和磨圆度好（圆度接近圆状，球度接近球体）），石英砾岩的粒径为80~100mm。

4.井下护壁、增透、导流工具串设计

根据采动区瓦斯地面抽采特点和采动区应力情况，通过在采动区瓦斯地面垂直抽采井中下入与井眼直径小一级别的护壁无缝钢管和割缝钢管，确保钢管下入畅通无阻。无缝钢管下入深度为采动卸压裂隙带顶界至井口，割缝钢管下入深度为井底至整个采动卸压裂隙带。割缝钢管底部采用丝堵对其封堵，割缝钢管与无缝钢管之间采用双孔丝扣连接（附图2）。

该装置的具体实施过程如下：

1.首先选用与采动区瓦斯地面垂直井的井眼孔径相匹配的钢级为N80无缝钢管，然后根据采动卸压裂隙带的发育高度，对无缝钢管进行割缝设计（附图1）。割缝长度与采动卸压裂隙带高度一致即可。

2.在采动卸压裂隙带下入已设计好的钢级N80割缝钢管，下入深度为井底至采动卸压裂隙带顶界，在割缝钢管末端用丝堵堵死。采动卸压裂隙带顶界至井口段下入钢级N80无缝钢管，在无缝钢管和割缝钢管之间用双公丝扣进行连接（附图2）。

3.备制分选性和磨圆度好、力学强度高，粒径80~100mm的石英砾岩。根据下入的割缝钢管管径及长度，计算其内径环空体积，并在内径环空中注入体积相当的已备制好的石英砾岩。

4.把采动区瓦斯地面垂直抽采井的护壁、保孔、增透、导流工具与井口抽采设备连接，形成完成的地面抽采系统即可。

本实用新型与常规采动区瓦斯地面垂直裸眼抽采井和“套管+筛管”抽采井相比，具有很好的护壁、保孔、增透及导流能力。