一種協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法。該方法首先對礦井進行勘測，由地面向老空區(qū)底板施工水平井，壓入二氧化碳氣體清洗，進行煤層氣抽采；當煤層氣單位時間抽采量下降到Q1的20%~40%，循環(huán)停抽?降低抽采壓力并再次抽采的過程；當抽采量下降到Q1的20%以下時，注入二氧化碳驅替并再次抽采；當抽采量再次下降到Q1的20%以下，壓裂水平井與下煤層煤巖層，進行煤層氣排采；當抽采量下降至Q2的20%以下時，進行超臨界二氧化碳驅替；再次抽采直至抽采量下降到的Q2的10%時停抽。該方法實現(xiàn)了協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及臨近薄煤層的煤層氣，節(jié)約成本并最大限度抽采煤層氣資源。
【專利說明】
一種協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，屬于抽采煤層氣
技術領域。
【背景技術】
[0002] 由于長期的工業(yè)化開采，我國存在著無數(shù)眾多、面積巨大的老空區(qū)。僅以山西省為 例，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5000平方公里，這些老 空區(qū)的開挖多是采用的是采出率較低舊式爆破采煤工藝，其煤炭采出率一般在50%~ 60%，甚至更低，因此上述老空區(qū)賦存著相當可觀的煤層氣資源瓦斯儲量，相關數(shù)據(jù)顯示僅 以山西省為例老空區(qū)煤層氣資源量約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不足的局面；同時瓦斯作為一種有害氣體， 排放到大氣中所產(chǎn)生的溫室效應是二氧化碳的21倍，因此對這部分瓦斯的抽采利用具有良 好的經(jīng)濟效益及環(huán)境效益。
[0003] 目前針對老空區(qū)瓦斯的抽采主要是針對單一工作面老空區(qū)瓦斯的抽采，其方法是 由地面向老空區(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。而且一個地面井筒只能針對一個老空區(qū)進行抽采， 抽采的煤層氣產(chǎn)量低且成本高。中國專利CN105114038A公布了一種依靠超臨界C0 2射流壓 裂相鄰老空區(qū)間煤柱抽采同一水平兩個老空區(qū)瓦斯的方法；中國專利CN104696006A公布了 一種穿透多層老空區(qū)殘留煤柱抽采多層老空區(qū)殘余煤層氣的方法;上述方法均為豎井抽采 多個老空區(qū)瓦斯做出了重要探索；
[0004] 然而，上述專利存在著地面垂直鉆井與煤層氣儲層接觸面小、抽采范圍有限等問 題，同時上述專利均為抽采老空內(nèi)存留煤層氣資源，均未將老空區(qū)煤層氣與相鄰為開采煤 層氣資源統(tǒng)籌起來，考慮協(xié)同起來抽采。
[0005] 事實上，煤田中煤層往往以多層煤相距一定距離的形式賦存在煤田中，針對上部 是老空區(qū)下部是較薄煤層的組合地質情況下，目前從固體礦床開挖開采(傳統(tǒng)開挖采煤)的 角度往往對下部煤層厚度起伏變化較大的薄煤層(〇~1.5米)進行棄采，棄采的原因多為采 礦技術上不可行或技術上可行但從經(jīng)濟成本角度對其棄采，這就造成了相當一大部分煤炭 (煤層氣)資源的大量浪費。
[0006] 為此針對上述問題，本發(fā)明從協(xié)同抽采、綜合開發(fā)的角度出發(fā)，提出一種將上部垮 落法開采形成老空區(qū)煤層氣以及下部薄煤層煤層氣同時抽采出的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述煤炭(煤層氣)資源棄采造成的大量資源浪費現(xiàn)象，本發(fā)明提出一種既能 協(xié)同抽采上部老空區(qū)煤層氣又能回收下部薄煤層煤層氣資源的煤層氣抽采方法。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案是：
[0009] 本發(fā)明提供了一種協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，包括以下步 驟：
[0010] 1)根據(jù)礦井采掘情況、煤層柱狀圖以及井上下對照圖等已有地質采掘資料，同時 運用物理勘探手段對已開挖的老空區(qū)進行現(xiàn)場勘測，明確獲得上部已開挖的老空區(qū)參數(shù) (包括老空區(qū)開挖范圍，空洞、煤柱分布情況等），下部煤層與上部老空區(qū)之間的距離D; [0011] 2)獲得由上部煤層垮落式老空區(qū)開挖引起的底板破壞深度d;
[0012] 3)若Dfd則由地面向上部老空區(qū)底板和下部煤層頂板之間的中間巖層處施工水 平井，打開閥門Π 由注氣管向水平井內(nèi)壓入1~2MPa的二氧化碳氣體30~60分鐘，對水平井 進行清洗;若D>d時，則由地面向上部老空區(qū)底板破壞深度處施工水平井，打開閥門Π 由注 氣管向水平井內(nèi)壓入1~2MPa的二氧化碳氣體30~60分鐘，對水平井進行清洗；
[0013] 水平井由井下向地面延伸處依次分為水平井水平段、造斜段、水平井垂直段以及 水平井地面端，其中水平井地面端通過三通分兩條支路:抽采管I和注氣管，其中抽采管I上 設有閥門I，注氣管上設有閥門Π ，對水平井垂直段近地面端進行密封形成密封段I，地面設 有密封裝置I;
[0014] 4)打開閥門I由抽采管I對水平井進行第一次煤層氣抽采，記錄此時單位時間內(nèi)煤 層氣抽采量為Qi;
[0015] 5)當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至Gh的20 %~40 %時，關閉閥門I，停抽12~36 小時，之后再次打開閥門I，同時降低抽采壓力繼續(xù)進行煤層氣抽采；當單位時間內(nèi)煤層氣 抽采量再次下降至Qi的20%~40%時，再次關閉閥門I，停抽12~36小時，之后再次打開閥 門I，再次降低抽采壓力進行煤層氣抽采;循環(huán)上述停抽-降壓抽采的過程，直至抽采壓力降 低至比大氣壓低80~lOOkpa;
[0016] 6)當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至&的20%以下時，關閉閥門I，打開閥門Π 由 注氣管向水平井內(nèi)注入5~20MPa的⑶2氣體8~36小時，之后關閉地面上閥門Π ，靜待12~ 48小時，之后再次打開閥門I進行煤層氣抽采；
[0017] 7)當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量再次下降至&的20 %以下時，拆卸井口三通及密封 裝置I，由井口下放分段壓裂設備，對水平井水平段與下部煤層之間的層間巖層以及下部煤 層實施定向壓裂；
[0018] 8)將水平井垂直段進行垂向延伸，直至延伸至下部煤層底板5~20米范圍處；
[0019] 9)由水平井垂直段處安設相關排采設備，排采設備由井下到地面部分依次設有抽 油栗、抽油管，抽油管內(nèi)設有抽油桿，地面設置的抽油機通過抽油桿驅動抽油栗對水平井垂 直段內(nèi)的水進行排采;水平井垂直段地面端由四通分為三條支路:排水管、抽采管Π 、注流 管，排水管連接井下抽油管，地面端設有閥門IV，抽采管π地面端連有閥門m，注流管地面 端連有閥門V，注流管的井下部分一直延伸到水平井水平段內(nèi)，且位于水平井水平段內(nèi)為 篩眼段，對水平井垂直段近地面端進行密封形成密封段π，地面設有密封裝置π;
[0020] 打開閥門m和閥門iv，由抽油機通過抽油桿驅動抽油栗對水平井垂直段內(nèi)的水進 行抽采，同時由抽采管π進行煤層氣抽采，記錄排采中單位時間內(nèi)煤層氣最大抽采量q2 ;
[0021] 10)當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至出的2〇%以下時，關閉閥門m、閥門IV，打 開閥門V由注流管向水平井內(nèi)注入溫度為32~50°C、壓力為8~20MPa的超臨界C0224~72 小時，關閉閥門IV，靜待12~48小時；
[0022] 11)再次打開閥門m、閥門IV，由排采設備再次進行排水降壓以及煤層氣抽采；
[0023] 12)當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至出的10%以下時，停止煤層氣抽采。
[0024] 上述的協(xié)同抽采上部垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，所述上部老空區(qū)底板 巖層破壞深度的確定，需要運用現(xiàn)場實測、保護層開采中底板卸壓深度公式、基于塑形理論 的底板巖層最大破壞深度公式以及實驗室數(shù)值模擬、相似模擬的方式或是五種方法相互結 合來確定，確定破壞深度時取上述方法獲得的最小值作為參考值。
[0025] 上述的協(xié)同抽采上部垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，所述水平井垂直段從 老空區(qū)邊界煤柱中穿過，與邊界煤柱端部的水平距離為10~60米，水平井水平段垂深由底 板破壞深度以及上部老空區(qū)與下部煤層之間的層間距離所決定，水平井造斜段造斜點選取 則由已確定的水平段、垂直段層位以及現(xiàn)場鉆井工藝決定。
[0026] 上述的協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，所述定向分段壓裂為套管 限流壓裂、多級封隔器分段壓裂或定向水力噴射分段壓裂技術中的一種。
[0027] 采用上述技術方案，本發(fā)明獲得的有益效果是：
[0028] 該發(fā)明從煤炭(煤層氣)資源協(xié)同開采(抽采)的角度出發(fā)，同時將老空區(qū)殘留的大 量煤層氣資源以及采用傳統(tǒng)采礦方法棄采的臨近薄煤層的煤層氣資源考慮在內(nèi)，提出了一 種協(xié)同抽采煤層氣的創(chuàng)新方法。該方法可有效解決原有單純采用地面垂直鉆井抽采老空區(qū) 時，抽采鉆井與老空區(qū)儲層有效接觸面積小、抽采范圍有限的難題；同時該方法避免了地面 鉆井施工至老空區(qū)裂隙帶上方造成的鉆井事故率高、成孔率低、施工難度大的難題;在抽采 老空區(qū)煤層氣的同時將臨近薄煤層的煤層氣資源一并抽采上來，解決了棄采呆滯煤層氣資 源的回收，做到了一井多用，極大的節(jié)約了成本；同時水平井位于下部煤層以上，避免了鉆 井直接打至煤層時，由于煤層過于松散而發(fā)生的井道坍塌事故以及井道堵塞事故。
【附圖說明】：
[0029] 圖1為本發(fā)明前期階段施工水平井抽采過程的結構示意圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明后期階段增設排采設備后抽采過程的結構示意圖。
[0031] 圖中1、抽采管1，2、閥門1，3、閥門Π ，4、注氣管，5、水平井垂直段，6、造斜段，7、分 段壓裂裂縫，8、分段壓裂間隔段，9、水平井水平段，10、上部垮落式老空區(qū)，11、分段壓裂段， 12、底板破壞帶范圍，13、下部煤層，14、邊界煤柱，15、水平井，16、密封段I，17密封裝置I， 18、抽采管Π ，19、閥門ΙΠ ，20、排水管，21、閥門IV，22、注流管，23、閥門V，24、抽油機，25、四 通，26、密封裝置Π ，27、密封段Π ，28、抽油管，29、抽油桿，30、抽油栗，31、三通。
【具體實施方式】
[0032] 下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0033] 實施例：
[0034]以下實施例旨在對本發(fā)明做示意性說明與解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。
[0035]為了本發(fā)明的技術目標、特征和效果有更清楚的解釋，現(xiàn)結合附圖對一種協(xié)同抽 采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法進行詳細說明。
[0036]下面以晉煤集團岳城礦某工作面為例，說明該發(fā)明方法:岳城礦坐落于沁水煤田， 該煤田是我國煤層氣資源豐富的重要煤田之一，煤田范圍內(nèi)井田內(nèi)可采煤層為山西組的3 號煤層和太原組的9號、15號煤層。由于歷史以及開采方法的落后等原因，煤田內(nèi)主采煤層3 號煤采出率低，遺留在井下大量煤，老空區(qū)煤層氣資源量相當豐富。與3煤底板平均間距為 46米的薄煤層9號煤，其平均煤厚1米，該煤層尚未開采。該薄煤層若用傳統(tǒng)采礦中的井工開 采則成本高昂，可采價值不大，但對這部分資源棄之可惜。為圓滿解決上部垮落式老空區(qū)以 及下煤層煤層氣資源的協(xié)同開采，本發(fā)明提供的發(fā)明方法具體為：
[0037]為解決煤炭(煤層氣)資源的協(xié)同開采，該發(fā)明提供的具體方法為：
[0038] 1、根據(jù)礦井采掘情況、煤層柱狀圖以及井上下對照圖等已有地質采掘資料并結合 三維激光掃描儀、瞬變電磁法等手段確定井下上部垮落式老空區(qū)（10)參數(shù)以及下部煤層 (13)與上部垮落式老空區(qū)（10)之間的距離D = 47米;所述老空區(qū)參數(shù)包括柱采區(qū)的范圍、數(shù) 目以及煤柱數(shù)目、大小、分布大體位置；
[0039] 2、獲得由上部煤層垮落式老空區(qū)開挖引起的底板破壞深度d:關于底板破壞深度 以及寬度的確定，此處需要運用現(xiàn)場實測、保護層開采中底板卸壓深度公式、基于塑形理論 的底板巖層最大破壞深度公式以及實驗室數(shù)值模擬、相似模擬的方式或是五種方法相互結 合來確定，確定破壞深度時取上述方法獲得的最小值作為參考值;本發(fā)明實例采用了保護 層開采相關理論以及基于塑形理論的底板巖層最大破壞深度公式理論：
[0040] 根據(jù)上述地質以及物探手段得到:根據(jù)礦井地質條件以及開采情況岳城煤礦某工 作面參數(shù)如下：3號煤層(保護層)平均煤厚6.19米，埋深400m煤層傾角平均3度，該工作面3 煤(保護層)平均開采厚度4米，工作面傾向面長125米，沿走向工作面面長400米，該煤層采 煤方法采用走向長壁式，頂板管理方法為全部垮落法。
[0041] a.由保護層開采理論，根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》確定底板破壞深度ho:
[0042] 根據(jù)下部卸壓角（取60度)和層間距(47米)可計算被保護的下部邊界相對于保護 層工作面內(nèi)錯距離為：Li = H*ctg60 = 26m，L2 = H*ctg60 = 26m;
[0043] 其中1^為被保護層相對于保護工作面開切眼側無法保護的寬度；
[0044] L2為為被保護層相對于保護工作面停采線側無法保護的寬度；
[0045] 3號煤層開采后層間最大有效保護層間距:SizS'iAfe
[0046] 根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》查表可得上保護層開采理論有效最大垂距S'上= 66m，保護層采后4m，取01=1，此=1，所以最大有效保護層間距S上為66米，此處，最大有效保 護層間距即為基于保護層開采理論的底板破壞深度h〇，即h〇 = Si：=66m。
[0047] b.由塑形理論分析底板巖體最大破壞深度h為：
[0049] 上式中，xa為煤層屈服區(qū)長度，紙>為底板巖體的內(nèi)摩擦角；
[0050] 此處，煤層屈服區(qū)長度Xa的確定可由現(xiàn)場實測或根據(jù)A.H.Wilson提出的屈服極限 公式，兼顧煤層與頂?shù)装鍘r性對底板破壞的影響，若煤層強度低于頂?shù)装鍘r體強度，則：
[0051 ]若煤層強度接近定底板巖體強度時：

[0054]對應該工況，由相關報告，3號煤層開采m = 4m，內(nèi)摩擦角30度，底板平均容重為 2.5t/m3，埋深H=400米，底板巖石平均內(nèi)摩擦角取45度，煤體強度低于頂?shù)装鍙姸?，故? 3；F = 2.55；

[0057] 所以，基于塑形理論分析底板巖體最大破壞深度1η = 21.56m;
[0058] 綜上，確定底板破壞深度取上述兩方法中ho和hi的最小值即d=min(ho，hi) = 21m，
[0059] 需要注意的是，此處底板破壞深度的確定還可以結合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)或是實驗室室 內(nèi)相似模擬或是數(shù)值模擬結果，取值時取所應用的方法中的最小值作為破壞深度d。
[0060] 3、本發(fā)明實例中，D>d(47m>21m)，所以由地面向上部垮落式老空區(qū)（10)底板以下 21m處施工水平井（15)，打開閥門Π (3)由注氣管(4)向水平井（15)內(nèi)壓入IMPa的二氧化碳 氣體30分鐘，對水平井進行清洗；
[0061 ]水平井（15)由井下向地面延伸處依次分為水平井水平段(9)、造斜段(6)、水平井 垂直段(5)以及水平井地面端，其中水平井地面端通過三通(31)分兩條支路:抽采管I (1)和 注氣管(4)，其中抽采管1(1)上設有閥門1(2)，注氣管(4)上設有閥門Π (3)，對水平井垂直 段(5)近地面端進行密封形成密封段I (16 )，地面設有密封裝置I (17);
[0062] 4、打開閥門1(2)由抽采管1(1)對水平井（15)進行第一次煤層氣抽采，記錄此時單 位時間內(nèi)煤層氣抽采量為Q1;
[0063] 5、當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至&的26 %時，關閉閥門I (2 )，停抽12小時，之 后再次打開閥門1(2)，同時降低抽采壓力繼續(xù)進行煤層氣抽采；當單位時間內(nèi)煤層氣抽采 量再次下降至&的26%時，再次關閉閥門1(2)，停抽12小時，之后再次打開閥門1(2)，再次 降低抽采壓力進行煤層氣抽采;循環(huán)上述停抽-降壓抽采的過程，直至抽采壓力降低至比大 氣壓低80kpa;
[0064] 6、當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至&的20%以下時，關閉閥門1(2)，打開閥門 Π (3)由注氣管（4)向水平井（15)內(nèi)注入10 Μ P a的C 0 2氣體3 6小時，之后關閉地面上閥門Π (3)，靜待48小時，之后再次打開閥門1(2)進行煤層氣抽采；
[0065] 7、當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量再次下降至&的20%以下時，拆卸井口三通(31)及 密封裝置1(17)，由井口下放分段壓裂設備，對水平井水平段(9)與下部煤層（13)之間的層 間巖層以及下部煤層(13)實施定向壓裂；
[0066] 8、將水平井垂直段(5)進行垂向延伸，直至延伸至下部煤層（13)底板10米范圍處；
[0067] 9、由水平井垂直段(5)處安設相關排采設備，排采設備由井下到地面部分依次設 有抽油栗(30)、抽油管(28)，抽油管(28)內(nèi)設有抽油桿(29)，地面設置的抽油機(24)通過抽 油桿(29)驅動抽油栗(30)對水平井垂直段(5)內(nèi)的水進行排采;水平井垂直段(5)地面端由 四通(25)分為三條支路:排水管(20)、抽采管Π (18)、注流管(22)，排水管(20)連接井下抽 油管(28)，地面端設有閥門IV(21)，抽采管Π (18)地面端連有閥門ΙΠ (19)，注流管(22)地面 端連有閥門V (23)，注流管(22)的井下部分一直延伸到水平井水平段(9)內(nèi)，且位于水平井 水平段(9)內(nèi)為篩眼段，對水平井垂直段(5)近地面端進行密封形成密封段Π (27)，地面設 有密封裝置Π ( 26);
[0068] 打開閥門ΙΠ (19)和閥門IV (21)，由抽油機(24)通過抽油桿(29)驅動抽油栗(30)對 水平井垂直段(5)內(nèi)的水進行抽采，同時由抽采管Π (18)進行煤層氣抽采，記錄排采中單位 時間內(nèi)煤層氣最大抽采量Q2;
[0069] 10、當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至Q2的20 %以下時，關閉閥門m (19)、閥門IV (21)，打開閥門V (21)由注流管(22)向水平井（15)內(nèi)注入溫度為38°C、壓力為15MPa的超臨 界C0224小時，關閉閥門IV(21)，靜待12小時；
[0070] 11、再次打開閥門ΠΚ19)、閥門IV(21)，由排采設備再次進行排水降壓以及煤層氣 抽米；
[0071] 12、當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至出的10%以下時，停止煤層氣抽采。
[0072] 上述方法中，所述上部垮落式老空區(qū)（10)底板巖層破壞深度的確定，需要運用現(xiàn) 場實測、保護層開采中底板卸壓深度公式、基于塑形理論的底板巖層最大破壞深度公式以 及實驗室數(shù)值模擬、相似模擬的方式或是五種方法相結合來確定，確定破壞深度時取上述 方法獲得的最小值作為參考值；
[0073] 上述方法中，所述水平井垂直段（5)從老空區(qū)邊界煤柱（14)中穿過，與邊界煤柱 (14)端部的水平距離為40米，水平井造斜段（6)造斜點選取則由已確定的水平井水平段 (9)、水平井垂直段(5)層位以及現(xiàn)場鉆井工藝決定。
[0074]上述方法中，采用了定向水力噴射分段壓裂技術。
【主權項】
1. 一種協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，其特征在于:包括以下步驟： 1) 根據(jù)礦井采掘情況、煤層柱狀圖以及井上下對照圖等已有地質采掘資料，同時運用 物理勘探手段對已開挖的老空區(qū)進行現(xiàn)場勘測，明確獲得上部已開挖的老空區(qū)參數(shù)，下部 煤層與上部老空區(qū)之間的距離D，老空區(qū)參數(shù)包括老空區(qū)開挖范圍、空洞、煤柱分布情況； 2) 獲得由上部煤層垮落式老空區(qū)開挖引起的底板破壞深度d; 3) 若Dfd則由地面向上部老空區(qū)底板和下部煤層頂板之間的中間巖層處施工水平井， 打開閥門Π 由注氣管向水平井內(nèi)壓入1~2MPa的二氧化碳氣體30~60分鐘，對水平井進行清 洗;若D>d時，則由地面向上部老空區(qū)底板破壞深度處施工水平井，打開閥門Π 由注氣管向 水平井內(nèi)壓入1~2MPa的二氧化碳氣體30~60分鐘，對水平井進行清洗； 水平井由井下向地面延伸處依次分為水平井水平段、造斜段、水平井垂直段以及水平 井地面端，其中水平井地面端通過三通分兩條支路:抽采管I和注氣管，其中抽采管I上設有 閥門I，注氣管上設有閥門Π ，對水平井垂直段近地面端進行密封形成密封段I，地面設有密 封裝置I; 4) 打開閥門I由抽采管I對水平井進行第一次煤層氣抽采，記錄此時單位時間內(nèi)煤層氣 抽米量為Qi; 5) 當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至&的20%~40%時，關閉閥門I，停抽12~36小時，之后 再次打開閥門I，同時降低抽采壓力繼續(xù)進行煤層氣抽采;當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量再次 下降至&的20%~40%時，再次關閉閥門I，停抽12~36小時，之后再次打開閥門I，再次降低抽 采壓力進行煤層氣抽采;循環(huán)上述停抽-降壓抽采的過程，直至抽采壓力降低至比大氣壓低 80~lOOkpa; 6) 當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至&的20%以下時，關閉閥門I，打開閥門Π 由注氣管 向水平井內(nèi)注入5~20MPa的⑶2氣體8~36小時，之后關閉地面上閥門Π ，靜待12~48小時，之 后再次打開閥門I進行煤層氣抽采； 7) 當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量再次下降至&的20%以下時，拆卸井口三通及密封裝置I， 由井口下放分段壓裂設備，對水平井水平段與下部煤層之間的層間巖層以及下部煤層實施 定向壓裂； 8) 將水平井垂直段進行垂向延伸，直至延伸至下部煤層底板5~20米范圍處； 9) 由水平井垂直段處安設相關排采設備，排采設備由井下到地面部分依次設有抽油 栗、抽油管，抽油管內(nèi)設有抽油桿，地面設置的抽油機通過抽油桿驅動抽油栗對水平井垂直 段內(nèi)的水進行排采;水平井垂直段地面端由四通分為三條支路:排水管、抽采管Π 、注流管， 排水管連接井下抽油管，地面端設有閥門IV，抽采管π地面端連有閥門m，注流管地面端連 有閥門V，注流管的井下部分一直延伸到水平井水平段內(nèi)，且位于水平井水平段內(nèi)為篩眼 段，對水平井垂直段近地面端進行密封形成密封段π，地面設有密封裝置π; 打開閥門m和閥門iv，由抽油機通過抽油桿驅動抽油栗對水平井垂直段內(nèi)的水進行抽 采，同時由抽采管π進行煤層氣抽采，記錄排采中單位時間內(nèi)煤層氣最大抽采量q2 ; ?ο)當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至出的2〇%以下時，關閉閥門m、閥門iv，打開閥門 V由注流管向水平井內(nèi)注入溫度為32~50°C、壓力為8~20MPa的超臨界C02 24~72小時，關閉 閥門IV，靜待12~48小時； 11)再次打開閥門m、閥門IV，由排采設備再次進行排水降壓以及煤層氣抽采； 12)當單位時間內(nèi)煤層氣抽采量下降至出的10%以下時，停止煤層氣抽采。2. 根據(jù)權利要求書1所述的協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，其特征在 于:上部老空區(qū)底板巖層破壞深度的確定，需要運用現(xiàn)場實測、保護層開采中底板卸壓深度 公式、基于塑形理論的底板巖層最大破壞深度公式以及實驗室數(shù)值模擬、相似模擬的方式 或是五種方法相結合來確定，確定破壞深度時取上述方法獲得的最小值作為參考值。3. 根據(jù)權利要求1所述的協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，其特征在于： 所述水平井垂直段從老空區(qū)邊界煤柱中穿過，與邊界煤柱端部的水平距離為10~60米，水平 井水平段垂深由底板破壞深度以及上部老空區(qū)與下部煤層之間的層間距離所決定，水平井 造斜段造斜點選取由已確定的水平井水平段、水平井垂直段層位以及現(xiàn)場鉆井工藝決定。4. 根據(jù)權利要求1所述的協(xié)同抽采垮落式老空區(qū)及下煤層煤層氣的方法，其特征在于： 所述定向分段壓裂為套管限流壓裂、多級封隔器分段壓裂或定向水力噴射分段壓裂技術中 的一種。
【文檔編號】E21B43/26GK106089291SQ201610453385
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】馮國瑞, 李振, 張鈺亭, 高強, 杜獻杰, 白錦文, 郭軍, 張玉江, 康立勛
【申請人】太原理工大學