一种煤矿区煤层气水平井排水采气装置及方法与流程

本发明涉及煤层气开发，具体涉及一种煤矿区煤层气水平井排水采气装置及方法。

背景技术：

1、煤层气主要以吸附的形式储集于煤层中。煤层气开发的原理是通过排水降低储层压力，促进煤层吸附气解吸为游离气，之后通过扩散、渗流运移至煤层气井筒中。采用在井筒内下入潜水泵的方法将水抽排到地面，煤层气利用自身压力可以自动从井口排出。根据煤层气井的井型和井筒数量不同，排水采气方式不同。l型水平井只有一个井筒，排水采气在同一个井筒，在井口设置气水分离装置；u型水平井有2个井口，利用直井排水，水平井采气；v型水平井有3个井口，利用中间的直井排水，利用两边的水平井采气。

2、l型水平井现有技术目前存在的缺点：

3、1、使用成本较高，包括临时用地、排采泵、检泵作业、电费、临时发电机、地面水处理、人工费等。

4、2、临时用地时限受政策约束，煤层气水平井的排采周期一般为5-8年，《土地管理法实施细则》规定能源项目施工使用的临时用地期限不得超过4年，被迫管径将降低采气量和消突效果。

5、3、由于l型井井斜较大，采用杆式泵排水时，存在①泵无法下到井底，造成储层废弃压力高，降低采气量和消突效果；②管杆偏磨造成管漏、扭矩增大、不排液或排液量降低等，降低泵的使用寿命和检泵周期，造成排采不连续和储层污染；

6、4、采用电潜泵代替有杆泵，解决了泵下不到井底和管杆偏磨问题，但电潜泵对煤粉非常敏感，造成检泵周期短、泵使用寿命短，不适用与碎软松软煤层，且电潜泵价格和维护费用较高。

7、5、无论是杆式泵或电潜泵都需要一定的沉没度，均造成排水降压不充分，进而降低煤层气产量和煤层消突效果。

8、6、排采泵排液对大颗粒物携带效果差，桥塞残留、砂子、煤块等在井筒沉积板结，造成井筒堵塞。目前水平井捞砂泵及技术工艺仍不成熟，频繁捞砂对储层伤害大且不可逆。

9、公告号为cn103967472b，专利名称为一种煤层气分段压裂水平井强化抽采方法的现有专利技术其公开了一种u型井井型结构；而公开号为cn106640018a，专利名称为一种煤层气v型井组开采方法的现有专利技术其公开了一种v型井井型结构；上述两篇专利均是通过增加1口直井专门用于排水，解决了泵下深浅、管杆偏磨、废弃压力高、井筒堵塞等问题，但是这样的设置仍然无法避免煤粉造成的卡泵、大颗粒物滞留、临时用地时间受限等问题；同时增加了一口直井和1个地面井场，增加了工程成本和使用成本。另外，对山地地形条件适应性差，对此本技术提出一种煤矿区煤层气水平井排水采气装置及方法来解决上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决目前煤层气排采存在的地层降压不充分、井筒堵塞、频繁检泵、排采不连续、临时用地时间受限、排采成本高等问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种煤矿区煤层气水平井排水采气装置，包括地面水平井段和井下钻孔段，所述地面水平井水平段和井下钻孔段连通，且连通点位于水平井水平段标高最低处，所述井下钻孔为上向倾斜钻孔，倾角以大于45°且小于90°，所述地面水平井水平段和井下钻孔段的连通点位于地面水平井水平段的a端或者中间端或者b端；

4、所述井下钻孔段的另一端连接到位于井下钻场内的气水渣分离装置，其中井下钻场位于地面水平井段和井下钻孔段的下方，所述气水渣分离装置上连接有井下排水管路；

5、所述地面水平井井口连接到地面采气装置，所述地面采气装置的出口通过地面输气管路与气水渣分离装置连接。

6、作为本发明进一步的方案：所述气水渣分离装置还连通有井下抽采管路，所述地面水平井水平段的一端连接到连通水平井，所述连通水平井上开设射孔眼，其中煤层卸压解吸瓦斯和煤层采空区瓦斯通过射孔眼能够进入抽采管路中。

7、作为本发明进一步的方案：所述连通水平井包括有a端连通水平井、中间连通水平井和b端连通水平井；

8、所述地面水平井水平段和井下钻孔段的连通点位于地面水平井水平段的a端时，则地面水平井水平段的尾端连通a端连通水平井；

9、所述地面水平井水平段和井下钻孔段的连通点位于地面水平井水平段的中间端时，则地面水平井水平段的尾端连通中间连通水平井；

10、所述地面水平井水平段和井下钻孔段的连通点位于地面水平井水平段的b端时，则地面水平井水平段的尾端连通b端连通水平井。

11、作为本发明进一步的方案：所述地面采气装置的底部开设有与地面水平井水平段连通的进气口，且进气口处还设有气体电磁阀，所述地面采气装置的另一端开设有地面出气口，其中地面出气口处设有电动调气阀和电子气体流量计一，所述地面采气装置上还设有电子气压表。

12、作为本发明进一步的方案：所述气水渣分离装置的内侧开设有水渣分离室，其中水渣分离室的底部通过进口与井下钻孔段连通，所述气水渣分离装置的一侧开设有出气口和出水口，其中出水口与井下排水管路连通，所述水渣分离室的底部开设排渣口。

13、作为本发明进一步的方案：所述进口处设有电子水压表和总电磁阀；所述出气口处设有气体电磁阀和电子气体流量计；所述出水口处设有水电磁阀和电子水流量计二；所述排渣口处设有排渣电磁阀。

14、作为本发明进一步的方案：所述气水渣分离装置的内部且位于水渣分离室的上方还设有过滤网口，其中过滤网口的上方设有电动油嘴，所述气水渣分离装置的内部且位于水渣分离室的上方还设有气水分离室。

15、本技术还公开了一种煤矿区煤层气水平井排水采气装置的使用方法，包括如下步骤：

16、s1、打开总电磁阀，返排液从钻孔进入气水渣分离装置，首先进入装置底部的水渣分离室内，通过重力分异和过滤网实现水渣分离；

17、s2、打开电动油嘴，液体从水渣分离室进入入气水分离室，由于压力突然降低，溶解在水中的煤层气析出；

18、s3、打开气体电磁阀二，析出煤层气在负压作用下进入抽采管路；

19、s4、打开水电磁阀，水在重力作用下进入排水管路；

20、s5、当井口起套压后开始采气时，打开气体电磁阀一，煤层气在压力和浮力作用下进入地面输气管路；

21、s6、根据电子气压表、电子气流量计和电子水压表、电子水流量计数值实时分析变化规律，通过调节电动调气阀、电动油嘴开度调整生产速度；

22、s7、当需要排渣时，首先依次关闭气体电磁阀一、气体电磁阀二、水电磁阀、电动油嘴和总电磁阀，打开排渣电磁阀进行排渣；

23、s8、排渣结束后，立即关闭排渣电磁阀，然后依次打开气体电磁阀一、气体电磁阀二、水电磁阀、电动油嘴和总电磁阀，恢复正常排水采气作业。；

24、作为本发明进一步的方案：当排水采气结束后，将井下孔口直接与抽采管路连接，在工作面开采时，工作面煤层卸压瓦斯和采空区瓦斯通过射孔眼进入抽采管路中，实现一井两用。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、一、本发明井下钻孔段与地面水平井筒标高最低处连通，利用水、砂子、煤粉和桥塞残留物等固废的重力自动向下并从井下钻孔井下钻场排出，并通过井下钻场内的气水渣分离装置直接进行气水渣的分离，在巷道内便可完成自动分离；充分利用气体的压力和浮力自动向上从井口排出，并通过地面采气装置对气体的排出进行控制，本发明取消了地面井排水泵，杜绝了检泵/换泵作业及停产造成的储层伤害，真正实现了连续排采；取消了地面井排水泵，使最低液面不受下泵位置和沉没度影响，地层压力可以降低到理论最低值，实现最大化抽采和煤层消突；水携带砂粉利用自身重力从下部孔口排出，具有自动清洗井筒功能，保持井筒内干净；大幅降低临时用地、用工和排采成本；

27、二、本发明可以实现地面套压、地面气流量、井下流压、井下水流量、排渣信息采集传输，可以实现地面电动调气阀、井下排水电动油嘴的开度自动控制，可以实现地面气电磁阀、井下总电磁阀、排渣电磁阀、排水电磁阀、抽气电磁阀的开关自动控制，从而实现生产运营智能管理；

28、三、本发明通过将水平井一井两用，在工作面回采时抽采采空区卸压瓦斯，节省工作面瓦斯抽采成本；

29、四、本发明根据矿井目标区块煤层展布、地面施工条件和矿井巷道位置确定水平井轨迹及井型，水平井包括水平井水平段和钻孔段，水平井水平段与钻孔段连通点位于水平井水平段标高最低处，水平井井型包括a端连通型、中间连通型和b端连通型，通过设置多种连通位置，可以供用户选择；

30、五、本发明当需要清洗井筒作业时，可以实现大排量连续注水清洗井筒，通过控制地面井注水量和井下钻孔排水量平衡，保障地层压力恒定，即保护了储层又使井筒清洗更加干净。