一種提高地面鉆井抽采老空區(qū)煤層氣抽采量的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高地面鉆井抽采老空區(qū)煤層氣抽采量的系統(tǒng)及方法，屬于煤層氣抽采技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國主要采用地面鉆井對老空區(qū)內(nèi)殘留煤層氣進(jìn)行抽采，抽采效果并不理想，當(dāng)煤層氣產(chǎn)量下降后地面鉆井往往直接被棄用，然而事實(shí)上此時棄用地面鉆井并沒有把地下大量的煤層氣充分抽采利用，地下存在的大量未被采出的煤炭中仍吸附著大量可利用煤層氣。這部分煤層氣由吸附狀態(tài)解吸轉(zhuǎn)為游離狀態(tài)需要一定時間，此時若棄用地面鉆井則大量煤層氣被棄采，此時若持續(xù)抽采則抽采上的瓦斯純度不高，達(dá)到煤層氣的利用仍需地面提純，這無疑增加了成本。
[0003]據(jù)統(tǒng)計，長期大規(guī)模的煤炭開采給山西留下了為數(shù)眾多的廢棄礦井和面積巨大的老空區(qū)，截止2013年底，山西省共有4700余處廢棄礦井，老空區(qū)面積已達(dá)5000平方公里，瓦斯儲量約30億立方米。瓦斯是一種清潔能源，對老空區(qū)殘留煤層氣的能源化利用，可有效緩解我國天然氣供應(yīng)不足的局面，并且具有良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。目前，老空區(qū)瓦斯主要由地面向采空區(qū)上部裂隙帶內(nèi)施工地面鉆井以抽采老空區(qū)瓦斯，此種方法鉆井施工過程中施工難度大、事故發(fā)生率高、成孔率低、產(chǎn)量小、成本大，而且僅僅可抽采單一老空區(qū)的瓦斯。亟需開發(fā)一種施工難度小、事故發(fā)生率低且產(chǎn)量大、成本小的老空區(qū)殘留煤層氣的抽米方法。
[0004]近年來，隨著煤層開采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭開采后遺留下大量老空區(qū)，而這些老空區(qū)很多處于煤層氣資源量豐富的煤田。由于歷史原因使得我國存在很多由于小煤礦開采形成的采空區(qū)，這些礦區(qū)存在著煤炭回采率較低，老空區(qū)遺煤較多，殘留煤體長期釋放出數(shù)量可觀的煤層氣資源未被有效利用的問題，開采利用這一部分煤礦老空區(qū)內(nèi)瓦斯意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種提高地面鉆井抽采老空區(qū)煤層氣抽采量的系統(tǒng)及方法，克服了傳統(tǒng)地面鉆井穿越采空區(qū)施工難度大、事故發(fā)生率高、成孔率低的難題，提高了煤層氣抽采量、延長地面鉆井單井有效服務(wù)年限。
[0006]本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明提供了一種提高地面鉆井抽采老空區(qū)煤層氣抽采量的系統(tǒng)，包括抽采鉆井、地面抽采站、閥門I1、抽采管、注流管、壓力表、閥門1、三通管1、加熱裝置、液體增壓栗、液態(tài)CO2儲罐、制冷裝置、閥門II1、氣體增壓栗、閥門IV、三通管I1、CO 2儲氣罐，所述抽采鉆井通往煤柱底部，抽采管、注流管通過抽采鉆井送至煤柱底部；密封段I (6)與地面平齊，密封段II (19)位于煤柱上方0.5~2m ;地面上方注流管連接壓力表、閥門1、三通管I，三通管I另一端與并聯(lián)管路連接，并聯(lián)管路的一端依次設(shè)有加熱裝置、液體增壓栗、液態(tài)CO2儲罐、制冷裝置、閥門III，并聯(lián)管路的另一端依次設(shè)有氣體增壓栗、閥門IV，之后兩路匯集于三通管II，三通管II連接0)2儲氣罐。
[0007]上述系統(tǒng)中所述制冷裝置主要由進(jìn)氣口、儲氣腔、制冷片、隔溫層、溫度傳感器、壓力
傳感器、泄壓閥、出氣口等部分組成；加熱裝置主要由進(jìn)氣口、儲氣腔、加熱片、泄壓閥、壓力傳感器、溫度傳感器、出氣口等部分組成。
[0008]上述系統(tǒng)中，所述抽采管插入煤柱內(nèi)的范圍為篩管段，篩管段上均勻設(shè)有孔，所述注流管插入煤柱內(nèi)的范圍為水平噴口段，注流管底端密封，水平噴口段垂直于注流管，水平噴口沿注流管軸線360度均勻分布。
[0009]本發(fā)明提供了一種提高地面鉆井抽采老空區(qū)煤層氣抽采量的方法，采用上述裝置，包括以下步驟:
O由地面向相鄰采空區(qū)空洞間的煤柱處進(jìn)行施工抽采鉆井，鉆孔打至煤柱底部，分別采用蘸有聚氨酯的棉布捆綁抽采管和注流管井口端，以及抽采管、注流管插入煤柱范圍部分的上端0.5~2m處，將抽采管、注流管均送至煤柱底板，在抽采鉆井井口處和煤柱上方處分別形成密封段I和密封段II ;
2)打開閥門1、閥門III，使制冷裝置、加熱裝置、液體增壓栗工作，由地面0)2儲氣罐依次經(jīng)過閥門II1、制冷裝置、液態(tài)CO2儲罐、液體增壓栗、加熱裝置、閥門1、壓力表、向注流管內(nèi)持續(xù)注入30~60 MPa超臨界CO2，待壓力表示數(shù)驟降時，關(guān)閉閥門1、閥門III，停止射流壓裂；
3)打開閥門II由地面抽采站經(jīng)抽采管對煤層氣進(jìn)行抽采，記錄初始瓦斯流量，記為A;
4)待煤層氣流量下降至初始瓦斯流量A的30%時，關(guān)閉閥門II，打開閥門1、閥門IV，由地面CO2儲氣罐依次經(jīng)過閥門IV、氣體增壓栗、閥門I向注流管注入0.5~2MPa CO 2氣體12~24h，關(guān)閉閥門1、閥門IV，放置24~30h ;
5)打開閥門II，繼續(xù)由地面抽采站經(jīng)抽采管對煤層氣進(jìn)行抽采；
6)當(dāng)煤層氣流量再次下降至初始瓦斯流量A的30%時重復(fù)步驟4)、5)，直至煤層氣流量最終下降至初始瓦斯流量A的16%時，關(guān)閉閥門II停止煤層氣抽采。
[0010]上述方法中所述鉆孔打至煤柱底部距底板0.5~lm,密封段I和密封段II的密封長度為3~5m。
[0011]上述方法中抽采鉆井的直徑為250?350mm，抽采管和注流管的直徑為100?150mm,注流管最底端密封，水平噴口段的水平噴口直徑為2~8mm。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
(1)傳統(tǒng)地面鉆井由于穿透采空區(qū)，所以存在鉆井施工過程中施工難度大、事故發(fā)生率高、成孔率低的難題；本發(fā)明向煤柱處打鉆施工鉆孔，避免了上述難題；
(2)傳統(tǒng)地面鉆井有效服務(wù)周期較短、煤層氣抽采量低；本發(fā)明有效提高了老空區(qū)煤層氣抽采量，并延長了地面鉆井有效服務(wù)年限，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本獲得更大收益；
(3)有效提高了抽采上來的煤層氣濃度，降低了煤層氣工業(yè)化利用仍需分離提純這部分的成本；
(4)采用超臨界CO2射流破碎煤柱門限壓力低、破碎速度快，對煤層氣儲層無污染，能大幅提尚破巖效率。
【附圖說明】
[0013]圖1為老空區(qū)抽采煤層氣的系統(tǒng)示意圖。
[0014]圖中，1、抽采鉆井，2、采空區(qū)空洞，3、煤柱，4、抽采管，5、注流管，6、密封段I，7、閥門11，8、閥門I，9、氣體增壓栗，10、0)2儲氣罐，11、地面抽采站，12、篩管段，13、閥門IV，14閥門III，15、制冷裝置，16、液態(tài)CO2儲罐，17、液體增壓栗，18、射流管段，19、密封段II，20、三通管I，21、三通管II，22、加熱裝置，23、壓力表。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0016]實(shí)施例:
如圖1所示，本發(fā)明提供一種提高地面鉆井抽采老空區(qū)煤層氣抽采量的系統(tǒng)，包括抽采鉆井1、地面抽采站11、閥門II 7、抽采管4、注流管5、壓力表23、閥門I 8、三通管I 20、加熱裝置22、液體增壓栗17、液態(tài)CO2儲罐16、制冷裝置15、閥門III 14、氣體增壓栗9、閥門IV 13、三通管II 21、CO2儲氣罐10，所述抽采鉆井I通往煤柱3底部，抽采管4、注流管5通過抽采鉆井I送至煤柱3底部；密封段I (6)與地面平齊，密封段II (19)位于煤柱上方
0.5~2m ;地面上方注流管5連接壓力表23、閥門I 8、三通管I 20，三通管I 20另一端與并聯(lián)管路連接，并聯(lián)管路的一端依次設(shè)有加熱裝置22、液體增壓栗17、液態(tài)CO2儲罐16、制冷裝置15、閥門III 14，并聯(lián)管路的另一端依次設(shè)有氣體增壓栗9、閥門IV 13，之后兩路匯集于三通管II 21，三通管II 21連接CO2儲氣罐10。