一种煤层瓦斯气的抽采方法与流程

本发明涉及煤层气开采技术领域，具体涉及一种煤层瓦斯气的抽采方法。

背景技术：

煤层瓦斯，也称煤层气，是一种清洁、方便、高效的能源。煤矿瓦斯不仅对于井下工人的生命安全构成严重威胁，而且直接排放还会对空气环境会造成严重污染。因此合理的瓦斯治理方法成为决定煤矿是否能够安全开采的最关键因素。通过地面钻井进行煤矿瓦斯抽采，不仅可以促进煤矿安全生产，解决了井下瓦斯治理岩巷工程滞后影响生产接替的局面；而且可以减少对环境的污染，提升瓦斯能源的利用率。

煤矿瓦斯抽采主要分为地面钻井抽采和井下抽采两大类。与井下抽采相比，地面钻井有产气量高、采出瓦斯甲烷浓度高、井孔大抽采效率高等优点。

一些煤层裂隙发育好、渗透性好、可抽采性好的矿区，通过地面钻井抽采地下煤层气，已形成规模。但在地面钻井抽采期间，受采动影响，经常出现钻井破断或堵塞现象，造成瓦斯抽采量降低甚至功能失效，不能保持连续稳定抽采的情况。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中煤层瓦斯气开采方法存在钻井易堵塞、瓦斯气难以保持连续稳定抽采的缺陷，从而提供一种煤层瓦斯气的抽采方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种煤层瓦斯气的抽采方法，包括以下步骤：

s10，钻主水平井：在地面钻水平井直至目标煤层的中部，完井后对所述主水平井进行固井；

s20，钻分支水平井：在所述主水平井底部继续向目标煤层内钻进至少两条沿水平方向延伸的分支水平井，向每条所述分支水平井内分别下入筛管；

s30，瓦斯气排采：将抽气设备与所述分支水平井内的所述筛管对接，将瓦斯气自所述主水平井的井口向外抽采。

进一步地，在所述s10的步骤中，包括：

s11，一开钻直井段采用第一选定钻孔孔径大小的钻头钻至基岩面下40－60m，下入第一选定管径大小的表层套管，固井水泥浆返至地面；

s12，二开钻水平段采用第二选定钻孔孔径大小的钻头钻至目标煤层的中部，完钻后下入第二选定管径大小的技术套管，固井水泥浆返至地面。

进一步地，在所述s11的步骤中，所述第一选定钻孔孔径大小的钻头为φ311.1mm的钻头，所述第一选定管径大小的表层套管为φ244.5mm表层套管；在所述s12的步骤中，所述第二选定钻孔孔径大小的钻头为φ215.9mm的钻头，所述第二选定管径大小的技术套管为φ177.8mm的技术套管。

进一步地，在所述s12的步骤中，二开钻完钻后下入第二选定管径大小的技术套管的长度比二开钻水平段的长度短1－3m。

进一步地，在所述s20的步骤中，具体包括以下步骤：

s21，钻重合段：在所述主水平井底部沿水平方向钻进预定长度的重合段；

s22，钻第一分支水平井：在所述重合段的第一侧壁，采用第三选定钻孔孔径大小的钻头沿与所述重合段的延伸方向呈第一夹角的方向斜向钻进第一分支水平井的第一弧线段，在所述第一弧线段远离所述重合段的一端与所述重合段所在直线之间的间距达到25－30m时，调整钻头的钻进方向，在所述第一弧线段的底部继续沿水平方向定向钻进第一分支水平井的第一水平段，向所述第一分支水平井内下入第一选定管径大小的第一筛管；

s23，钻第二分支水平井：在所述重合段的第二侧壁，采用第四选定钻孔孔径大小的钻头沿与所述重合段的延伸方向呈第二夹角的方向斜向钻进第二分支水平井的第二弧线段，在所述第二弧线段远离所述重合段的一端与所述重合段所在直线之间的间距达到25－30m时，调整钻头的钻进方向，在所述第二弧线段的底部继续沿水平方向定向钻进第二分支水平井的第二水平段，向所述第二分支水平井内下入第二选定管径大小的第二筛管。

进一步地，在所述s22和所述s23的步骤中，所述第三选定钻孔孔径大小的钻头和所述第四选定钻孔孔径大小的钻头均为φ152.4mm的钻头，所述第一筛管和所述第二筛管均为φ130.0mm的筛管。

进一步地，在所述s22和所述s23的步骤中，所述第一筛管和所述第二筛管均为φ130.0mm的玻璃钢筛管。

进一步地，在所述s22和所述s23的步骤中，所述第一分支水平井和所述第二分支水平井的钻进深度为800－1200m，所述第一水平段和所述第二水平段之间的间距为50－60m。

进一步地，在所述s30的步骤中，所述抽气设备为井下无杆泵。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的煤层瓦斯气的抽采方法，首先通过地面钻井设备进行水平井钻井作业，在钻进目标煤层水平段前，将上部地层通过套管固井封隔；之后在煤层中钻进至少两个分支水平井；完钻后分别在两条分支水平井内下入筛管，最后通过抽气泵与两条分支水平井对接，煤层渗出的瓦斯气能通过筛管的筛孔进入井筒内，然后被抽气设备向外抽出，达到煤层气快速稳定抽采的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例提供的煤层抽排瓦斯井的结构示意图；

图2为图1中两条分支水平井与重合段的相对位置示意图；

图3为本发明实施例提供的煤层瓦斯气的抽采方法的产气量示意图。

附图标记说明：1、主水平井；2、表层套管；3、技术套管；4、重合段；5、第一分支水平井；51、第一弧线段；52、第一水平段；6、第一筛管；7、第二分支水平井；71、第二弧线段；72、第二水平段；8、第二筛管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1－3所示的一种煤层瓦斯气的抽采方法，包括以下步骤：

步骤s10，钻主水平井1：在地面钻水平井直至目标煤层的中部，完井后对所述主水平井1进行固井。在s10的步骤中，具体包括以下步骤：

步骤s11，一开钻直井段采用第一选定钻孔孔径大小的钻头钻至基岩面下40－60m，下入第一选定管径大小的表层套管2，固井水泥浆返至地面。在本实施例的一种具体实施方式中，一开钻中第一选定钻孔孔径大小的钻头为φ311.1mm的钻头，钻头钻进深度为50m；第一选定管径大小的表层套管2为长度为50m的φ244.5mm表层套管2。具体的，表层套管2的固井作业采用内插法全封固的方案，确保井口和表层套管2鞋处的封固质量，固井作业所采用水泥浆密度为1.85g/cm3；初凝时间＞60min，环境为20℃×0.1mpa；水泥浆做24小时抗压强度试验，抗压强度＞3.5mpa。

步骤s12，二开钻水平段采用第二选定钻孔孔径大小的钻头钻至目标煤层的中部，完钻后下入第二选定管径大小的技术套管3，固井水泥浆返至地面。在本实施例的一种具体实施方式中，二开钻中第二选定钻孔孔径大小的钻头为φ215.9mm的钻头，钻头钻进长度为550m，第二选定管径大小的技术套管3为长度为548m的φ177.8mm技术套管3，表层套管2的总长度略小于钻头的钻进长度。具体的，表层套管2的固井作业采用一次注水泥浆全封固井，固井作业所采用水泥浆密度1.85－1.9g/cm3，水泥浆返至地面。

步骤s20，钻分支水平井：在所述主水平井1底部继续向目标煤层内钻进至少两条沿水平方向延伸的分支水平井，向每条所述分支水平井内分别下入筛管。以钻进两条分支水平井为例说明步骤s20的具体实施步骤：

步骤s21，钻重合段4：在所述主水平井1底部沿水平方向钻进预定长度的重合段4。其中，水平方向与未来开掘坑道的轴线方向平行，重合段4与主水平井1相通。

步骤s22，钻第一分支水平井5：在所述重合段4的第一侧壁，采用第三选定钻孔孔径大小的钻头沿与所述重合段4的延伸方向呈第一夹角的方向斜向钻进第一分支水平井5的第一弧线段51，在所述第一弧线段51远离所述重合段4的一端与所述重合段4所在直线之间的间距达到25－30m时，调整钻头的钻进方向，在所述第一弧线段51的底部继续沿水平方向定向钻进第一分支水平井5的第一水平段52，向所述第一分支水平井5内下入第一选定管径大小的第一筛管6。

在本实施例的一种实施方式中，钻重合段4和钻第一分支水平井5可以采用同一型号的钻头钻进，钻重合段4和钻第一分支水平井5的步骤可以同时进行或分步骤进行。

步骤s23，钻第二分支水平井7：在所述重合段4的第二侧壁，采用第四选定钻孔孔径大小的钻头沿与所述重合段4的延伸方向呈第二夹角的方向斜向钻进第二分支水平井7的第二弧线段71，在所述第二弧线段71远离所述重合段4的一端与所述重合段4所在直线之间的间距达到25－30m时，调整钻头的钻进方向，在所述第二弧线段71的底部继续沿水平方向定向钻进第二分支水平井7的第二水平段72，向所述第二分支水平井7内下入第二选定管径大小的第二筛管8。

在本实施例的一种实施方式中，所述第三选定钻孔孔径大小的钻头和所述第四选定钻孔孔径大小的钻头均为φ152.4mm的钻头，所述第一筛管6和所述第二筛管8均为φ130.0mm的玻璃钢筛管。玻璃钢筛管的硬度大，放入分支水平井内之后，可以防止因煤层垮塌造成分支水平井堵塞而导致瓦斯气难以保持连续稳定抽采的问题。在其他可替换的实施方式中，筛管还可以采用其它硬度比较高的塑料筛管。

在所述s22和所述s23的步骤中，所述第一分支水平井5和所述第二分支水平井7的钻进深度为800－1200m，所述第一水平段52和所述第二水平段72之间的间距为50－60m。

步骤s30，瓦斯气排采：将抽气设备与所述分支水平井内的玻璃钢筛管对接，将瓦斯气自所述主水平井1的井口向外抽采。具体的，所述抽气设备可以为井下无杆泵。采用这种煤层瓦斯气的抽采方法的产气量示意图如图3所示，从图3中可知，这种瓦斯气抽采方法能够保证瓦斯气保持高产、稳产，抽采效率高。

本发明提供的煤层瓦斯气的抽采方法，首先通过地面钻井设备进行水平井钻井作业，在钻进目标煤层水平段前，将上部地层通过套管固井封隔；之后在煤层中钻进两个分支水平井；完钻后分别在两条分支水平井内下入玻璃钢筛管，最后通过抽气泵与两条分支水平井对接，煤层渗出的瓦斯气能通过筛管的筛孔进入井筒内，然后被抽气设备向外抽出，达到煤层气快速稳定抽采的目的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。