[0001] 本发明为一种用于瓦斯抽采钻井的冷热交替增产方法，涉及一种扩展煤体裂隙、提高瓦斯抽采量的方法。

[0002] 20世纪70年代，美国率先在世界上开展地面钻井抽采瓦斯工程，由于美国煤层透3
气性好，地面预抽瓦斯获得极大成功，至2004年，瓦斯产量达500亿m ；此外，澳大利亚、德国、前苏联和英国等国先后利用地面钻井技术抽采瓦斯，取得了不错的效果。我国在20世纪70年代末期开始进行地面钻井抽放瓦斯试验，主要在抚顺、阳泉、焦作和白沙等矿区施工了40多个地面预抽钻井，并开展了水力压裂试验，但瓦斯抽采效果不佳。

[0003] 80年代末期，我国借鉴美国的成功经验，开展了煤层气地面勘探和开发的试验工作。在全国近20年的试验中，瓦斯抽采整体效果较差。美国地面钻井预抽瓦斯的经验表明，-15 2煤层气地面开发选区通常要求煤层的渗透率不低于9.87×10 m，而我国由于含煤地层一般都经历了成煤后的强烈构造运动，煤层内生裂隙系统遭到破坏，塑变性大大增强，因而成-15 2
为低透气性的高可塑性结构，造成煤层渗透率普遍较低，通常都小于9.87×10 m，因此煤层的低渗透性是限制我国利用地面钻井预抽瓦斯效果的主要原因。

[0004] 为了提高煤层渗透性，一般采用水力压裂技术进行煤层增透处理，但相关研究结果表明：水力致裂产生的裂缝主要沿垂直于最小主应力方向扩展，所产生的裂隙数量少，难以形成较长裂缝，未能对煤层储存产生体破裂效果，同时还存在压裂流体压力高的缺点。目前该技术在我国大部分矿区的应用效果还不太理想，相关的技术工艺有待进一步研究，同时也亟待开发新的地面钻井瓦斯增产方法，丰富我国的地面钻井高效抽采煤层瓦斯的技术体系。

[0005] 针对我国煤层孔裂隙发育程度低、具有的渗透率相对较低这一瓦斯抽采劣势，本发明提供了一种有效扩展煤体裂隙、提高瓦斯抽采量的方法。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:通过冷热交替改变水的存在状态，利用其热胀冷缩体积变大从而使煤体裂隙膨胀扩展。

[0007] 一种用于瓦斯抽采钻井的冷热交替增产方法，具体实施步骤如下：1)将地面钻井施工至超过煤层底板0.5~1m,依次向地面钻井内送入瓦斯抽采管、注气管，瓦斯抽采管送至煤层底板，注气管送至超过封孔段底部；其中瓦斯抽采管连有阀门Ⅰ，注气管连有阀门Ⅱ；
2)注水：打开阀门Ⅱ通过注气管向地面钻井内注入足量5~10MPa清水，使水进入地面钻井周边煤层中的裂隙中；
3)排水：打开阀门Ⅰ并保持阀门Ⅱ开启，通过注气管将1~2MPa的压缩空气注入地面钻井内，将地面钻井内的清水经瓦斯抽采管排出；
4)注冷：关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅱ通过注气管向地面钻井内注入5~10MPa冷空气，注冷时间为1~3d，使地面钻井内的温度降至-20℃~-50℃；
5)关闭阀门Ⅱ,并保持2~5d，使煤层中水充分遇冷结冰，使裂隙遇冷继续发育、扩展；
6)注热：分别打开阀门Ⅰ、阀门Ⅱ，并通过注气管向地面钻井内注入温度为
100℃~200℃的5~10MPa氮气，注入1~3d，使裂隙中冰热化成水蒸气并从瓦斯抽采管排出；
7) 分别关闭阀门Ⅰ和阀门Ⅱ，并保持2~5d，使裂隙中冰充分解冻；
8) 分别打开阀门Ⅰ和阀门Ⅱ，冷却3~5d，使地面钻井内温度降至常温；
9) 打开阀门Ⅰ和阀门Ⅱ, 通过注气管向地面钻井内注入5~10MPa压缩空气，使钻井内水分排出；
10) 关闭阀门Ⅱ，开始经地面钻井抽采煤层中的瓦斯；
3
11)当瓦斯抽采管内瓦斯流量低于5m/min时，重复步骤2~9。

[0008] 步骤3中将压缩空气注入地面钻井内，可以使先前进入裂隙的水更进一步深入裂隙中，为后续孔隙水结冰产生冻胀力扩张裂隙做准备；同时将留存在地面钻井内的水挤压排出，为后续的冷气、热气的进入做准备；步骤4中注入的冷空气以及冷空气的温度一方面使孔隙、裂隙水结冰产生冻胀力扩张裂隙，同时低温使煤体力学性能劣化，更利于裂隙的张开，上述效果可以使裂隙在随后的时间段内充分且快速的扩张，以保证瓦斯能够最大限度的被抽采出来；步骤6中注入的热的氮气能够促使裂隙中的冰直接升华成水蒸气排出，大大提高了工作效率，缩短了抽采前期的准备时间；冰升华或者热化后形成的局部真空也可以将煤层中的瓦斯快速的“吸出”；步骤7和8中关闭阀门以及打开阀门的时间段能够充分有效的利用氮气的热量，同时又达到抽采工序所用时间的最优化；步骤9注入压缩空气的操作可以使钻井内水分充分排出并为后续瓦斯抽采创造有利条件。

[0009] 步骤2中清水的压力能够使水有效进入煤层裂隙中，步骤3中压缩空气的压力可以使水基本排出，方便后续步骤的开展。冷、热空气的气压可使气体快速有效的到达地面钻井内的各个位置，加快进入裂隙中的水体的冷冻以及冰的融化。

[0010] 步骤2中的注水量可以根据实际地质情况、地面钻井的深度进行合理调整，步骤3中的气体注入量应能使先前注入的水全部排出；步骤4、6、9中气体的注入量均可以根据实际钻井的深度、半径、地质构造进行合理的推算；上述水或者气体的注入量均是本领技术人员结合公知常识很容易就可以得出的。

[0011] 本发明采用冷热交替的方法使煤层中的裂隙充分扩展，进而促使煤层中的瓦斯通过扩展后的裂隙进入地面钻井，以利于抽采。该方法能够充分抽采井下的瓦斯，实现了资源的有效利用，冷热交替的方法不仅实现了瓦斯的高效抽采，同时加快了工作效率。使用本方法还可有效确保井下后续作业的安全。附图说明

[0012] 图1是本发明具体应用时的示意图。

[0013] 图中：1-瓦斯抽采管，2-阀门Ⅰ，3-密封装置，4-封孔段，5-煤层，6-裂隙，7-地面钻井，8-注气管，9-阀门Ⅱ。

[0014] 下面结合附图对本发明做进一步说明。

[0015] 如图1所示，本发明一种用于瓦斯抽采钻井的冷热交替增产方法，具体步骤如下：1)将地面钻井7施工至超过煤层5底板0.5~1m（可选择0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、1.0m）,依次向地面钻井7内送入瓦斯抽采管1、注气管8，瓦斯抽采管1送至煤层5底板，注气管8送至超过封孔段4底部；其中瓦斯抽采管1连有阀门Ⅰ2，注气管8连有阀门Ⅱ9；
2)注水：打开阀门Ⅱ9通过注气管8向地面钻井7内注入足量5~10MPa清水，使水进入地面钻井7周边煤层5中的裂隙6中；
3)排水：打开阀门Ⅰ并保持阀门Ⅱ9开启，通过注气管8将1~2MPa的压缩空气注入地面钻井7内，将地面钻井7内的清水经瓦斯抽采管1排出；
4)注冷：关闭阀门Ⅰ2，打开阀门Ⅱ9通过注气管8向地面钻井7内注入5~10MPa冷空气，注冷时间为1~3d（1天、2天、3天），使地面钻井7内的温度降至-20℃~-50℃（可选择-20℃、-25℃、-30℃、-35℃、-40℃、-50℃）；
5)关闭阀门Ⅱ9,并保持2~5d（2天、3天、4天、5天），使煤层5中水充分遇冷结冰，使裂隙6遇冷继续发育、扩展；
6)注热：分别打开阀门Ⅰ2、阀门Ⅱ9，并通过注气管8向地面钻井7内注入温度为
100℃~200℃（可选择100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃）的5~10MPa氮气，注入1~3d（1天、2天、3天），使裂隙6中冰热化成水蒸气并从瓦斯抽采管1排出；
7) 分别关闭阀门Ⅰ2和阀门Ⅱ9，并保持2~5d，使裂隙6中冰充分解冻；
8) 分别打开阀门Ⅰ2和阀门Ⅱ9，冷却3~5d，使地面钻井7内温度降至常温；
9) 打开阀门Ⅰ2 和阀门Ⅱ9, 通过注气管8向地面钻井7内注入5~10MPa压缩空气，使钻井内水分排出；
10) 关闭阀门Ⅱ9，开始经地面钻井7抽采煤层5中的瓦斯；
3
11)当瓦斯抽采管1内瓦斯流量低于5m/min时，重复步骤2~10。