一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开发系统及方法与流程

本发明涉及一种煤层气水平井卸压开发系统及方法，特别是涉及一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开发系统及方法，属于煤层气开采领域。

背景技术：

构造煤是指煤层受构造应力作用，原生结构、构造受到强裂破坏而产生碎裂、揉皱、擦光面等构造变动特征的煤。构造煤广泛发育和构造煤煤层气资源丰富是中国煤与煤层气资源的显著特征，构造煤资源量占我国已发现煤炭资源的比例很高，构造煤煤层气资源量占我国煤层气资源总量的比例更大。构造煤具有富气、低渗、松软等突出特征，多为煤与瓦斯突出煤层，因危害大且抽采利用困难，煤矿生产中多将其风排到大气中，构造煤煤层气的高效开发对能源、安全、生态具有十分突出的意义。

基于疏水降压解吸采气理论的方法是当前原位煤层气地面井开发的主要方法，由于构造煤储层渗透率极低且水力压裂等改造方式效果很差，疏水降压解吸采气理论不适合应用于构造煤储层，勘探开发实践结果也表明，基于疏水降压解吸采气理论基础的煤层气勘探开发技术，包括svr技术系列(直井压裂、u形井、多分枝水平井、水平井压裂等)、ecbm技术系列(co2-ecbm、n2-ecbm等)及其复合技术，均无法实现构造煤煤层气的高效开发。因而，构造煤煤层气高效勘探开发技术与装备成为制约中国煤层气产业快速规模化发展的重要技术瓶颈之一。

随着对煤层气开采技术的深入研究，煤矿区被保护层构造煤煤层气采动卸压增透开发理论为构造煤原位煤层气的开采提供了新的思路，因此，研创一种适用于构造煤原位煤层气水平井的卸压开发系统及方法，对于对于打破我国构造煤煤层气地面井高效开发技术瓶颈，具有重要的理论和实际生产指导意义。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开发系统及方法，能够实现构造煤原位煤层气水平井塌孔造洞穴卸压及应力释放，为实现构造煤原位煤层气的高效连续开采提供基础。本发明操作简单、卸压效果好。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采系统，包括储液池、磨料罐、磨料混合装置、地面动力装置和井下喷射装置，磨料混合装置的入口分别与储液池和磨料罐连通、出口与地面动力装置入口连通，地面动力装置的出口与井下喷射装置连通，井下喷射装置位于水平井水平段靠近井口处、喷射口朝向直井；直井和水平井贯通形成u型井，水平井的水平段位于煤层内。

一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开发方法，包括如下步骤：

1)将水平井和直井贯通形成u型井、并对水平井水平段完成扩孔造洞穴裸眼完井；

2)连接好系统内的装置，将井下喷射装置下到水平井水平段靠近水平井井口端，井下喷射装置的喷射口朝向直井；

3)启动磨料混合装置，磨料混合装置将进入其中的激励液和磨料进行混合并输送到地面动力装置中；

4)启动地面动力装置，以一定压力的脉冲频率向水平井洞穴注入高速高压流体，由井下喷射装置喷射向水平段井洞，使洞内的煤层坍塌形成卸压洞穴，完成水平井压力脉动激励和应力释放；

5)停止向磨料混合装置内输送磨料，增加向水平井内喷射流体的速度，进一步破碎、冲刷煤粉，驱替气-液-煤混合物沿着卸压空间向直井运移；

5)采用提升设备将混合物提升至地面进行进一步分离处理得到煤层气。

进一步的，步骤1)中，水平井扩孔后井径增幅为200％-300％。

进一步的，步骤4)中水平井压力脉动激励和应力释放后的卸压激励范围为大于等于15倍煤厚。

本发明在水平井扩孔造洞穴裸眼完井后，通过地面动力装置将激励液和磨料的混合流体以一定的频率向井下输送并经由井下喷射装置喷出，在混合流体的切割作用下，水平井水平段井洞内的煤层坍塌形成卸压洞穴，实现了构造煤煤层气水平井压力脉动激励和应力释放，应力释放区扩展可实现横向应力释放范围为煤厚15倍以上；煤层应力释放完成后，地面面动力装置继续向井下输送高压高速流体，实现了水力驱替煤-液-气混合物沿卸压空间向直井段运移，为后续的举升提供了保证。本发明实现了构造煤煤层气采收率在80％以上，具有十分突出的能源、安全和生态意义。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图中：1、储液池，2、直井，3、卸压洞穴，4、水平井，5、磨料罐，6、磨料混合装置，7、地面动力装置，8、井下喷射装置，10、煤层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开发系统，包括储液池1、磨料罐5、磨料混合装置6、地面动力装置7和井下喷射装置8，磨料混合装置6的入口分别与储液池1和磨料罐5连通、出口与地面动力装置7(高压脉动泵)入口连通，地面动力装置7的出口与井下喷射装置8连通，井下喷射装置8位于水平井4水平段靠近井口处、喷射口朝向直井2；直井2和水平井4贯通形成u型井，水平井4的水平段位于煤层10内。

一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开发方法，包括如下步骤：

1)将水平井4和直井2贯通形成u型井、并对水平井4水平段完成扩孔造洞穴裸眼完井；

2)连接好系统内的装置，将井下喷射装置8下到水平井4水平段靠近水平井4井口端，井下喷射装置8的喷射口朝向直井2；

3)启动磨料混合装置6，磨料混合装置6将进入其中的激励液和磨料进行混合并输送到地面动力装置7中；

4)启动地面动力装置7，以一定压力的脉冲频率向水平井洞穴注入高速高压流体，由井下喷射装置8喷射向水平段井洞，高速高压脉动流体的切割作用使洞内的煤层坍塌形成卸压洞穴3，完成水平井4压力脉动激励和应力释放，即高压脉动人工诱导塌孔造洞穴卸压；

5)停止向磨料混合装置6内输送磨料，增加向水平井4内喷射流体的速度，进一步破碎、冲刷煤粉，驱替气-液-煤混合物沿着卸压空间向直井2运移；

5)采用提升设备将混合物提升至地面进行进一步分离处理得到煤层气。

步骤1)中，水平井4扩孔后井径增幅为200％-300％；井径增幅越大，越能避免构造煤松软所造成的的覆岩变形致井孔坍塌而导致井洞封闭堵塞的问题，为构造煤层原位煤层气的连续开采提供了保证。

步骤4)中水平井压力脉动激励和应力释放后的卸压激励范围为≥15倍煤厚；保证了开采范围范围，进而保证了煤层气连续高效开采。

技术特征：

技术总结
一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开发系统及方法。本发明公开了一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采系统及方法，系统中的磨料混合装置的入口分别与储液池和磨料罐连通、出口与地面动力装置入口连通，地面动力装置的出口与井下喷射装置连通，井下喷射装置位于水平井水平段靠近井口处；在水平井扩孔造洞穴裸眼完井后，通过地面动力装置将混合流体以一定的频率向井下输送并经由井下喷射装置喷出，实现了构造煤煤层气水平井压力脉动激励和应力释放，并实现了水力驱替煤‑液‑气混合物沿卸压空间向直井段运移。本发明能够实现构造煤原位煤层气水平井塌孔造洞穴卸压及应力释放，为实现构造煤原位煤层气的高效连续开采提供基础。

技术研发人员：刘世奇;王冉;桑树勋;曹丽文;周效志;黄华州;方辉煌;王鹤;王海文;刘会虎;李自成;刘长江;徐宏杰;贾金龙
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2018.04.28
技术公布日：2018.11.16