单一厚煤层地面采动井抽采工艺
阅读：906发布：2020-05-12
专利汇可以提供单一厚煤层地面采动井抽采工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且发明 属于 煤 层气开采技术领域，具体涉及一种单一厚 煤层 地面采动井抽采工艺。本发明为了能对高地应 力 、低渗透率条件下的单一煤层进行规模性和高效益的开采，提供了一种单一厚煤层地面采动井抽采工艺，采用三开钻进工艺，方面采用局部固井方式来缓解因 地层 移动导致 套管 的破坏，另一方面通过增设悬挂器装置来防止地面采动井工艺结构的破坏；并通过抽采实验井的抽采效果分析及技术和经济可行性评价，得知单一厚煤层开采条件下地面采动井产出效益和成本基本相抵，这一成果对今后其他矿区开展地面 煤层气 采动井工艺设计和施工有一定的借鉴和指导作用。，下面是单一厚煤层地面采动井抽采工艺专利的具体信息内容。
单一厚煤层地面采动井抽采工艺
技术领域
背景技术
[0002] 对于含有石炭二叠系重要的可采煤层和煤层气资源的矿区，其主采煤层为高阶无烟煤，具有构造简单、煤层硬度高、瓦斯含量高等特点。受煤炭埋藏深浅、煤厚、技术难易程度、开采经济性等影响，优先开采了二叠系山西组3号煤层（俗称二叠系下组煤）。因地质构造条件较好,未能导致煤成气（主要为甲烷气）形成期发生气体大量逸散，所以吨煤煤层气（煤矿瓦斯）含量高。依据安全生产要求，进行煤炭开采前，需要采取地面煤层气井和井下抽采钻孔抽采煤层气（煤矿瓦斯），降低吨煤煤层气（煤矿瓦斯）含量后，方可进行煤炭开采。
[0003] 目前的采煤过程中，“垮落式长壁开采工艺”为主要采煤工艺，并采用“多巷道、大断面、大风量、分区通风”特点的“三进两回偏Y”型通风系统，高瓦斯矿井实行“区域递进式预抽采瓦斯模式”，建立了本煤层、采空区两套瓦斯抽采系统，针对上隅角等局部地面瓦斯建立井下移动式抽采泵站。
[0004] 但对于此类矿区，采用常规地面煤层气井完井工艺后，用地面负压真空泵抽采和下入井内探测装置进行测试，对井身结构受采煤岩移破坏进行初步现场试验和分析后发现，煤层气井井身结构易受采煤岩移破坏，由于在风化带和基岩的交界面上岩层发生水平位移最大，所以会导致井身结构在该位置发生彻底破坏，同时，通过地面负压真空泵的负压值达到极限值，也反映了井身结构破坏后，无裂隙有效沟通。因此，由于受二叠系上组煤开采形成的破碎塌陷带影响，采用上述常规开采方法难以在高地应力、低渗透率条件下实现煤层气有一定规模和高效益的开发，无法有效实现对煤炭开采过程中和采后采空塌陷区的瓦斯的抽采。
[0005] 同时，由于我国煤矿区的地应力值主要集中在8~17MPa，最大可达22.7MPa(大城地区)，采用该常规开采方法，即使是在盆地，其开采量也只有单井平均3000方/日产量左右；而美国的黑勇士盆地地应力值1~6MPa，所以在同等完井工艺条件下，我国地面煤层气开发的采收率要远远低于美国的井平均6000~8000方/日的产量。由此可见，在我国采用常规开采方法难以在高地应力、低渗透率条件下实现煤层气有一定规模和高效益的开发。
发明内容
[0006] 本发明为了能对高地应力、低渗透率条件下的单一煤层进行规模性和高效益的开采，提供了一种单一厚煤层地面采动井抽采工艺。
[0007] 本发明采用如下技术方案：一种单一厚煤层地面采动井抽采工艺，采用三开钻进工艺，其具体工艺步骤为：
一开： 采用常规钻头钻孔，下套管局部固井，上返水泥至地面；
二开：采用钻头常规泥浆钻进至采空区煤层底板，全井无阻碍后下入二开套管，二开套管底部安装悬挂器，固井并封固二开套管底口，侯凝；
三开：继续采用钻头常规泥浆钻进，钻穿引鞋，钻至煤层顶板处停钻，通过悬挂器下入筛孔管完井。
一开： 采用常规钻头钻孔，下套管局部固井，上返水泥至地面；
二开：采用钻头常规泥浆钻进至采空区煤层底板，全井无阻碍后下入二开套管，二开套管底部安装悬挂器，固井并封固二开套管底口，侯凝；
三开：继续采用钻头常规泥浆钻进，钻穿引鞋，钻至煤层顶板处停钻，通过悬挂器下入筛孔管完井。
[0008] 所述二开套管的上端面高出地表面。
[0009] 本发明具有如下有益效果：1、本发明通过局部固井的方式有效缓解了因地层移动导致套管破坏的问题；
2、通过增设悬挂器装置进一步有效防止了对地面采动井工艺结构的破坏；
3、基于项目净现值评价法，进行了如下经济可行性评价，得出直接产出和成本基本相抵，对今后其他矿区开展地面煤层气采动井工艺设计和施工有一定的借鉴和指导作用：
（1）建设投资估算
成本： 1口地面采动煤层气井的直接建井成本为150万元，抽采成本为50万元，集输利用成本为40万元，1年运行费用20万元。合计成本为260万元。
2、通过增设悬挂器装置进一步有效防止了对地面采动井工艺结构的破坏；
3、基于项目净现值评价法，进行了如下经济可行性评价，得出直接产出和成本基本相抵，对今后其他矿区开展地面煤层气采动井工艺设计和施工有一定的借鉴和指导作用：
（1）建设投资估算
成本： 1口地面采动煤层气井的直接建井成本为150万元，抽采成本为50万元，集输利用成本为40万元，1年运行费用20万元。合计成本为260万元。
[0010] （2）项目净现值评价净现值=
式中：n——项目期限；
Ik——第k年的现金流入量；
Ok——第K年的现金流出量；
i——资本成本。
式中：n——项目期限；
Ik——第k年的现金流入量；
Ok——第K年的现金流出量；
i——资本成本。
[0011] 按照当前国内资本成本10%，结合项目产出情况和销售现状：平均日产折纯量6000立方米，累计抽采1年，累计抽采纯量200余万方。按1.2元/方上游销售成本计算，包括国家的共计0.25元/方补贴，累计年产出额=200×（1.2+0.25）=290万元；净现值=290×0.9091-260=3.639（万元）；得出，产出和成本基本相抵。
附图说明
附图说明
[0012] 图1为本发明抽采工艺过程中的井身结构示意图；图中：1-套管、2-二开套管、3-水泥、4-悬挂器、5-筛孔管、6-煤层、7-煤层顶板、8-煤层底板、A-一开孔、B-二开孔、C-三开孔。
具体实施方式
[0013] 单一煤层开采过程中，因井身结构在风化带和基岩的交界面处容易发生彻底破坏，本发明在三开钻进工艺时采用了如图1所示的局部固井方式，并增设了悬挂器装置，其具体工艺步骤如下：一开孔A：采用φ444.5mm钻头开孔，下φ377.7mm的套管1局部固井，上返水泥至地面。利用局部固井方式可缓解因地层移动导致套管的破坏。
[0014] 二开孔B：采用φ311.1mm钻头进行常规泥浆钻进，钻进至60m处的采空区煤层底板8，全井无阻碍后下入φ244.5mm二开套管2，二开套管2底部安装悬挂器4，固井并封固二开套管2底口，侯凝。其中，二开套管2的上端面应高出地表面，保证其上返水泥等杂物不会进入套管内影响施工；同时通过增设悬挂器装置来防止三开套管下沉后破坏地面采动井的结构。
[0015] 三开孔C：采用φ215.9mm钻头常规泥浆钻进，钻穿引鞋，钻至煤层顶板处后停钻，通过悬挂器下4入φ139.7mm筛孔管5完井。
[0016] 本发明的工艺分析为：根据矿山岩层移动理论，煤层在开采过程中，先是顶底板岩层垮落、移动，产生裂隙，然后是开采煤层和卸压煤层内的瓦斯卸压与解吸。由于瓦斯具有生浮移动和渗流特性，来自于大面积的卸压瓦斯沿裂隙通道汇集到裂隙充分发育区，即汇集到环形裂隙圈内，在环形裂隙圈内形成瓦斯积存库。将抽采钻孔和巷道布置在环形裂隙圈内，能够获得理想的抽采效果，从而避免采空区瓦斯大量涌入到回采空间。
[0017] 因单一厚煤层采场上覆岩层移动的分层组合特点决定了地面钻井的变形呈现不同的变形形式：单一岩层内钻孔主要发生拉伸缩径，单一组合岩层内的交界面处钻孔主要发生剪切破断，两组合岩层交界面处钻孔主要发生拉剪综合变形。而如图1所示的井身结构可有效抵抗其变形破坏。
[0018] 在工艺设计设计上，按以下三方面原则确定：（1）钻孔不易受采动破坏：针对提前施工的采动区钻孔，即煤层回采前就施工的地面抽采钻孔应布置在受未来采动破坏最小的区域，例如：煤柱等位置。
[0019] （2）孔距合理：由于采动影响范围内煤岩层的裂隙发育，导流能力大大提高，单孔控制面积较大，较少的钻孔就可以满足抽采需要，因此一般考虑孔距大于300m。
[0020] （3）地面环境有利：应保证地面有足够的空间实施地面工程，没有地面建筑、水体等；能够满足施工需要的道路交通、供电供水条件。
[0021] 本发明中为作特殊说明的构件均为现有技术。
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