[0001] 本发明涉及一种多煤层瓦斯抽采方法，尤其涉及一种煤层群井地联合分层压裂分组合层排采方法。

[0002] 煤层气是一种新型洁净能源，我国煤层气资源丰富，新一轮资源评价表明，我国埋深2000 m以浅的煤层气地质资源量约36.81万亿m3,居世界第三,开发潜力巨大,同时，煤层气还是一种强烈的温室效应气体,其温室效应是相同数量二氧化碳的21.5倍。但作为一种危险因素,由其引发的瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出已成为我国煤矿安全生产的最大危害,成为制约矿井安全高效生产的瓶颈。

[0003] 瓦斯治理的根本措施就是抽采瓦斯,若能解决瓦斯抽采难问题,不仅可以减少煤矿瓦斯事故的发生,而且可以增加优质清洁能源供给,改善能源供给结构,推动节能减排,保护生态环境。目前，瓦斯治理分为地面煤层气开发和井下瓦斯治理两部分，其中地面煤层气开发技术仅在沁水盆地、辽宁阜新盆地等个别矿区取得了较好效果,其昂贵的钻井费用使很多矿井望而却步，井下瓦斯抽采以实现矿井安全生产为目的,以实施各种类型的井下钻孔为手段进行瓦斯抽采。但常规的井下钻孔瓦斯抽采半径小,抽采效果差,很难短时间实现煤层消突和获取高浓度瓦斯资源的目的,往往以密集布孔和煤层顶底板抽采巷等高工程投入为代价进行抽采。专利CN103174453 A提出一种井下多煤层分层水力压裂方法，但该方法仅仅使用井下压裂设备，功率有限压裂范围小，且进行的合层抽采，没有对多煤层进行分组，煤储层间的层间差异，往往造成严重的层间的干扰，甚至出现倒灌现象严重影响产能。近年来出现的大量井下增透措施试验，其中水力压裂取得了不错的效果，也暴露了一些问题，如井下压裂设备由于受空间限制，往往牺牲功率为代价来减小设备尺寸，从而在压裂过程中出现由于动力不足造成的压裂失败，达不到预期效果。

[0004] 本发明的目的是提供一种煤层群井地联合分层压裂分组合层排采方法，即保证了水力压裂的影响范围，又降低了打井的费用，可有效避免各储层间由于储层物性特征的差异过大导致的煤储层之间流体流动产生相互干扰，部分煤储层不能发挥应有的产能。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：煤层群井地联合分层压裂分组合层排采方法，包括如下步骤：（1）若顶层煤层没有突出危险性，则首采顶层煤层，并在顶层煤层内开挖抽采巷道；若顶层煤层有突出危险性，则在距离顶层煤层10-20m的顶板内施工抽采巷道，（2）在地面建立压裂泵房，在压裂泵房处施工煤层开发地面垂直井，施工联络巷，联络巷连通垂直井和抽采巷道，（3）在垂直井中下入与压裂泵房内水力压裂泵组连接且用于输送压裂液的耐高压管路，并将耐高压管路沿抽采巷道铺设，（4）从抽采巷道向下施工测试钻孔，测试钻孔穿过抽采巷道下侧的多层煤层，通过测试钻孔测试抽采巷道下侧每层煤层的物性参数，（5）根据煤储层的物性特征，将抽采巷道下侧的多层煤层分组，分组标准为：将煤储层渗透率相差不超过30%、瓦斯压力差值小于0.5MPa、初始含气饱和度相差10%则划分为同一组；（6）实施压裂抽采单元，压裂抽采单元包括穿层钻孔，压裂抽采单元内穿层钻孔的数量与煤层分组个数相等，每个穿层钻孔对应一组煤层，穿层钻孔钻至该穿层钻孔的对应组煤层中的最下层煤层，通过穿层钻孔对该穿层钻孔的对应组内所有煤层依次实施压裂和排采，同一穿层钻孔内对同组煤层压裂时按照从下至上的顺序依次对相应煤层实施压裂，同一穿层钻孔内对同组内所有煤层同时实施排采。

[0006] 在步骤（6）中，通过穿层钻孔实施压裂时，先将穿层钻孔内下入套管柱，套管柱上对应相应组内所有煤层均设有喷射孔，喷射孔设置在套管柱的侧壁上并向侧边伸出，喷射孔的外圈表面包覆有橡胶层，对套管柱及相应穿层钻孔孔壁之间注浆封孔后，在套管柱内下入压裂管至要压裂煤层对应处，所述压裂管顶端连接耐高压管路，压裂管的出液口的上侧和下侧均设置封隔器，利用压裂管输送压裂液对相应煤层实施压裂。

[0007] 对应同组煤层共设置多个穿层钻孔，对应同组煤层的相邻两穿层钻孔在该组煤层中第一层煤层的见煤点间距小于水力压裂影响半径的2倍。

[0008] 本发明所述的煤层群井地联合分层压裂分组合层排采方法，在井下巷道内施工穿层钻孔模拟地面煤层气开发的垂直井组，利用测试钻孔取样测试每层煤的物性特征，根据物性特征的差异进行分组，每个穿层钻孔对应一个煤层分组，避免层间干扰影响部分储层的产能，利用耐高压管路通过地面垂直井和井下巷道将地面大功率水力压裂设备提供的大排量加砂高压水运送到煤矿井下，对同组煤层进行分层水力压裂，保证了水力压裂的影响范围，井下排采设备控制排水防止翻砂进行采气，该方法在减少打井费用的条件下，在井下已有巷道内实现煤层气组加砂水力压裂，分组合层排采开发煤层气（瓦斯），为多煤层矿井安全高效生产提供技术保障,应用前景广阔。附图说明

[0009] 图1是本发明的结构示意图；图2是巷道分布示意图；
图3是压裂管对第二煤层实施压裂的示意图；
图4是A组对应穿层钻孔的排采示意图；
图5是B组对应穿层钻孔的排采示意图。

[0010] 由图1-图5所示的煤层群井地联合分层压裂分组合层排采方法，是针对多煤层群瓦斯抽采，本实例中，共有四层煤层，四层煤层从上至下分别为顶层煤层7、第一煤层8、第二煤层9和第三煤层10，该四层煤层的煤厚分别相应为3m、6.2m、2.3m、4.6m，该矿为下行开采，其包括如下步骤：（1）由于顶层煤层7没有突出危险性，则首采顶层煤层7，并在顶层煤层7内开挖巷道,在顶层煤层7中掘进的巷道包括上山6、切眼16和顺槽15（上山6、切眼16和顺槽15为现有技术，故不详细叙述）。抽采巷道为顶层煤层7内的顺槽15。当然，本发明不拘泥于上述形式，根据实际情况，抽采巷道也可为上山6或者切眼16。

[0011] （2）在地面建立压裂泵房1，压裂泵房1为永久压裂泵房1，压裂泵房1内设水力压裂泵组，永久压裂泵房1根据井下巷道的布置情况及地面地形选择地面适合位置建立（压裂泵房1为现有技术，故不详细叙述），压裂泵房1的位置必须考虑井下连接耐高压管路5对整个采区实施水力压裂的方便性，在压裂泵房1处施工煤层开发地面垂直井2，垂直井2钻至首采的顶层煤层7（首采煤层）时，做人工井底，然后进行在垂直井2内下套管3固井，泥浆返至地面，然后利用定位系统，在巷道——上山6中施工联络巷4，联络巷4连通垂直井2和顶层煤层7内的抽采巷道——顺槽15。

[0012] （3）在垂直井2中下入用于输送压裂液的耐高压管路5，并将耐高压管路5通过联络巷4后沿顶层煤层7内的抽采巷道——顺槽15和上山6铺设，覆盖整个采区。耐高压管路5连接地面泵房1中的水力压裂泵组。压裂液为水。

[0013] （4）从顶层煤层7的抽采巷道——顺槽15向下施工测试钻孔，测试钻孔穿过抽采巷道下侧的多层煤层（也同时为顶层煤层7下侧的多层煤层）——第一煤层8、第二煤层9和第三煤层10，通过测试钻孔测试抽采巷道下侧每层煤层的物性参数，测试钻孔施工时全程取煤芯，并记录各个煤层位置和厚度，测试每一层煤层的含气量、水文地质条件、渗透率3 3
和瓦斯压力，第一煤层8、第二煤层9和第三煤层10的含气量依次为8.2 m/t 、10.5 m/t、
3
13.1m/t、渗透率分别为 瓦斯压力分别
为1.7MPa、2.3MPa、2.5MPa。测试钻孔可作为后续步骤中，相应组煤层的穿层钻孔使用。

[0014] （5）根据煤储层的物性特征，将抽采巷道下侧的多层煤层——第一煤层8、第二煤层9和第三煤层10分组，分组标准为：将煤储层渗透率相差不超过30%、瓦斯压力差值小于0.5MPa、初始含气饱和度相差10%则划分为同一组，否则划分为不同的组，每个分组可以为多个或者单一煤层，每一个穿层钻孔针对一组煤层进行压裂排采，据此将第一煤层8分为B组，第二煤层9和第三煤层10分为A组。

[0015] （6）实施压裂抽采单元11，压裂抽采单元11包括穿层钻孔12，压裂抽采单元11内穿层钻孔12的数量与煤层分组个数相等，每个穿层钻孔12对应一组煤层，穿层钻孔12钻至该穿层钻孔12的对应组煤层中的最下层煤层，压裂抽采单元11共设置多个，由于本实施例中，多层煤层共分为A、B两组，所以压裂抽采单元11共包括两穿层钻孔12，每个压裂抽采单元11的两穿层钻孔12分别对应A组煤层和B组煤层。对应A组煤层的穿层钻孔12向下依次贯穿第一煤层8、第二煤层9和第三煤层10，对应B组煤层的穿层钻孔12仅向下贯穿第一煤层8。

[0016] 通过穿层钻孔12对该穿层钻孔12的对应组内所有煤层依次实施压裂和排采，并且同一穿层钻孔12内对同组煤层（与该穿层钻孔12相对应组煤层）压裂时按照从下至上的顺序依次对相应煤层实施压裂，即同一穿层钻孔12内按照从下至上的顺序依次层层对相应组内煤层实施压裂，同一穿层钻孔12内对同组内所有煤层（与该穿层钻孔12相对应组内所有煤层）同时实施排采。

[0017] 通过穿层钻孔12实施压裂时，以A组煤层对应的穿层钻孔12为例，如图3所示，先将A组煤层的穿层钻孔12内下入套管柱13，套管柱13上对应相应组——A组煤层内所有煤层（第二煤层9和第三煤层10）均设有喷射孔19，套管柱13由套管和设置喷射孔19的喷射套管依次交替对接而成，A组煤层内所有煤层均对应设置一段喷射套管，套管柱13对应A组内每层煤层均设置数个喷射孔19，喷射孔19设置在套管柱13的侧壁上并向两侧边伸出，喷射孔19的外圈表面包覆有橡胶层，以防止水泥浆进入喷射孔19或者套管柱13内，对套管柱13与其相应穿层钻孔12孔壁之间注浆封孔后，在套管柱13内下入压裂管14至要压裂煤层对应处，压裂管14顶端连接耐高压管路5，压裂管14的出液口18与所要压裂煤层处的喷射孔19位置一致，压裂管14的出液口18的上侧和下侧均相应设置封隔器17，由于同组内煤层为从下至上层层压裂，对A组煤层压裂时，应先压裂第三煤层10，后压裂第二煤层9，所以应先将压裂管14的出液口18下至与第三煤层10的对应处，此时，压裂管14的出液口18与第三煤层10处的喷射孔19相对应，出液口18上、下侧的两封隔器17分别相应位于第三煤层10的上、下侧，由于两封隔器17的坐封使套管柱13内形成一个封闭的空间，携砂高压水只能通过喷射孔19进入第三煤层10中，打开地面泵房1中的水力压裂泵组，携砂高压水通过耐高压管路5经垂直井2、联络巷4、上山6、顺槽15进入该A组对应的穿层钻孔12的压裂管14中，再利用压裂管14输送压裂液对相应煤层——第三煤层10实施压裂,井上下联合水力压裂开始，由于地面泵组的功率较大，在压裂的过程不仅能形成较大的裂缝，携砂还可以起到支撑作用，当第三煤层10压裂完毕后，卸压，压裂管14的两封隔器17解封。
将压裂管14的出液口18提升至A组中的第二煤层9对应处，此时，压裂管14的出液口18与第二煤层9处的喷射孔19相对应，出液口18上、下侧的两封隔器17分别相应位于第二煤层9的上、下侧，由于两封隔器17的坐封使套管柱13内形成一个封闭的空间，携砂高压水只能通过喷射孔19进入第二煤层9中，打开地面泵房1中的水力压裂泵组，携砂高压水通过耐高压管路5经垂直井2、联络巷4、上山6、顺槽15进入该A组对应的穿层钻孔12的压裂管14中，再利用压裂管14输送压裂液对相应煤层——第二煤层9实施压裂,井上下联合水力压裂开始，由于地面泵组的功率较大，在压裂的过程不仅能形成较大的裂缝，携砂还可以起到支撑作用，当第二煤层9压裂完毕后，卸压，压裂管14的两封隔器17解封，压裂管14从相应穿层钻孔12中取出。图3所示为压裂管14对第二煤层9实施压裂的示意图。

[0018] 同理，通过相应穿层钻孔12对B组煤层对应煤层——第一煤层8实施压裂时，对应B组煤层的穿层钻孔12仅向下贯穿第一煤层8。将B组煤层的穿层钻孔12内下入套管柱13，套管柱13上对应相应组——B组煤层内所有煤层（第一煤层8）均设有喷射孔19，对套管柱13与其相应穿层钻孔12孔壁之间注浆封孔后，在套管柱13内下入压裂管14至要压裂煤层——第一煤层8对应处，压裂管14的出液口18与第一煤层8处的喷射孔19相对应，压裂管14顶端连接耐高压管路5，压裂管14的出液口18的上侧和下侧均相应设置封隔器17，压裂管14出液口18上、下侧的两封隔器17分别相应位于第一煤层8的上、下侧，打开地面泵房1中的水力压裂泵组，携砂高压水通过耐高压管路5经垂直井2、联络巷4、上山6、顺槽15进入该B组对应的穿层钻孔12的压裂管14中，再进入第一煤层8，井上下联合水力压裂开始，由于地面泵组的功率较大，在压裂的过程不仅能形成较大的裂缝，携砂还可以起到支撑作用，当第一煤层8压裂完毕后，卸压，压裂管14的两封隔器17解封，压裂管14从相应穿层钻孔12中取出。

[0019] 对应同组煤层共设置多个穿层钻孔12，对应同组煤层的相邻两穿层钻孔12在该组煤层中第一层煤层的见煤点间距小于水力压裂影响半径的2倍，即对应A组煤层的相邻两穿层钻孔12在A组煤层中第一层煤层——第二煤层9的见煤点间距小于水力压裂影响半径的2倍，即对应B组煤层的相邻两穿层钻孔12在B组煤层中第一层煤层——第一煤层8的见煤点间距小于水力压裂影响半径的2倍。

[0020] 通过穿层钻孔12实施排采时，以A组煤层对应的穿层钻孔12为例，如图4所示，安装排采设备，将带有电潜泵22的排采管23下入A组煤层对应的穿层钻孔12中的套管柱13内，并且排采管23底端下入第三煤层10底部相应处，排采管23顶端连接排水管20，排水管20上设有液体流量计21，采气管25与套管柱13顶口连接，采气管25连接安装气体流量计24，采气管25与瓦斯抽采管路连接，采气管25与套管柱13顶口的对接处对应排采管23设有插口，使排采管23顶端从该插口穿出套管柱13外并与排水管20连接。通过控制电潜泵22的排水量控制动液面的高度，从而控制储层压力，在井下实现对大直径穿层钻孔12的排水采气作业。

[0021] 同理，通过相应穿层钻孔12对B组煤层实施压裂时，与A组排采的方法区别仅在于针对B组的第一煤层8进行排采，如图5所示，安装排采设备，将带有电潜泵22的排采管23下入B组煤层对应的穿层钻孔12中的套管柱13内，排采管23底端下入第一煤层8底部相应处，排水管20顶端连接排水管20，排水管20上设有液体流量计，采气管25与套管柱13顶口连接，采气管25连接安装气体流量计，采气管25与瓦斯抽采管路连接，采气管25与套管柱13顶口的对接处对应排采管23设有插口，使排采管23顶端从该插口穿出套管柱
13外并与排水管20连接。通过控制电潜泵22的排水量控制动液面的高度，从而控制储层压力，在井下实现对大直径穿层钻孔12的排水采气作业。对B组煤层进行排采时，由于不对第二煤层9和第三煤层10进行排采所以打钻时不需要揭露二号和三号煤，每个压裂抽采单元11都由针对A组煤层的穿层钻孔12和针对B组煤层的穿层钻孔12组成，根据压裂的影响范围，设计钻场的间距，对整个采区进行分层水力压裂分组合层排采，从而实现利用已开采煤层的巷道对下层煤瓦斯进行预先抽采。

[0022] 当然，本发明不拘泥于上述形式，可根据实际情况，若顶层煤层7有突出危险性，则在距离顶层煤层10-20m的顶板内施工抽采巷道，此时的抽采巷道为顶板内的岩层巷道，然后与本实施例的方法步骤类似，将本实施例中的抽采巷道——顺槽15替换为顶板内的岩层巷道，重复步骤（2）-（6），将抽采巷道下侧的包括顶层煤层在内的所有多层煤层进行分组，后进行分组合层压裂排采即可。

[0023] 本发明所述的煤层群井地联合分层压裂分组合层排采方法，不拘泥于上述形式，多层每层的分组可以是多个分组，每个组可以是多层煤层或一层煤层；所述的垂直井2根据地形可以是定向井或者水平井，固井后，煤矿井下掘进联络巷4道连接井筒。