CN112523733A - 一种煤层气与煤气化联采区域消突方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层气与煤气化联采区域消突方法，第一L型井1的水平段的压裂作业在提高井身周边煤层透气性的同时，也影响了第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段周边煤层的结构的应力变化，为第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段的煤炭在燃烧气化过程中气化通道的形成提供了有利基础，优化了气化炉结构；第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段在燃烧气化的过程中产生的高温，加速了第一L型井1的水平段周边煤体中煤层气的解吸，增加了煤体中游离煤层气的量，提高第一L型井1的产气量；第一L型井1的水平段周边煤层中的煤层气（煤矿瓦斯）的快速产出。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气、煤炭资源开发利用和煤矿瓦斯区域治理技术领域，具体涉及一种煤层气与煤气化联采区域消突方法。
背景技术
现有煤层气开采技术一般通过施工直井穿煤层并在煤层段进行压裂，或在煤层段钻水平井后进行排采，产出煤层气。由于煤层较岩层硬度系数小，结理发育，致使煤层松软且透气性差，且煤层气开采深度不断增加，目前通过压裂增透或增加煤层内钻井长度的常规开采方式效果不佳，难以形成高产。
现有煤矿瓦斯治理区域消突通常采用在顶底板内开掘高位或低位抽采巷，在抽采巷中施工密集穿煤层钻孔进行联网抽放。这种区域消突模式增加了3~4条岩石巷道的施工工程量，且为了消除抽放空白带而需要打密集钻孔，工程规模大，成本高，抽采期长，极易造成采掘失调，严重影响煤矿正常生产。
煤炭地下气化技术分为有井式和无井式，有井式气化技术由于未能取消井下人工作业，在气化过程中也需要人工井下操作，因此只能进行低压或常压气化，一般适用于残留煤柱的回收或人工开采不经济的煤炭资源；无井式气化技术气化过程全部在地面，通过钻井布置气化炉，安全经济高效。随着地面水平井水平的不断提高和工程成本的降低，无井式气化技术成为煤炭地下气化的发展方向，但也存在实体煤层中布置气化炉与生产过程控制要求较高等。但无井式气化也存在气化通道易堵，温度不集中等问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种煤层气与煤气化联采区域消突方法，既能够提高煤层气产量和煤炭气化效果，又能快速实现煤矿区域消突，降低煤矿生产成本，保障矿井采掘正常接替，实现安全生产。
本发明的目的是这样实现的：
包括以下步骤：1.钻完井作业：采用定向水平井技术，从地面施工第一L型井、第一垂直井和第二垂直井，第一垂直井和第二垂直井穿煤层60米完井，完井后在煤层段进行掏穴施工，在第一L型井1的前后两侧分别施工第二L型井和第三L型井分别与第一垂直井和第二垂直井底部贯通；第一L型井的水平段、第二L型井的水平段和第三L型井的水平段进煤层后沿煤层走向施工且相互平行；2.压裂作业：对第一L型井的水平段实施分段压裂，使煤层气逸出并进行煤层气的抽采；3. 排采作业：第一L型井下入举升设备，进行煤层气的排采；4. 气化作业：第二L型井和第三L型井作为注气井，第一垂直井和第二垂直井作为出气井，形成两套气化炉***，将点火***进入第二L型井的水平段和第三L型井的水平段进行煤层然后气化，气化产生的煤气从分别从第一垂直井和第二垂直井排出。
所述步骤1中的第一垂直井与第二L型井的水平段的端部贯通位置为第一贯通点，第二垂直井与第三L型井的水平段的端部贯通位置为第二贯通点。
所述第二L型井的水平段与第一垂直井贯通后下入筛管，第三L型井的水平段与第二垂直井贯通后下入筛管，第一L型井的水平段沿煤层走向钻井至贯通点相应位置后下入生产套管固井。
步骤2中的相邻两个压裂点间距50~100米。
所述步骤4中，从第二L型井和第三L型井下入柔性管，柔性管分别下至距第一贯通点和第二贯通点一定距离的设定位置。柔性管的顶端安装一个大功率喷嘴，用来点燃煤层炭，柔性管内部的两条细管分别供气化剂和可燃物形成点火***，喷嘴和点火***由地面控制***拖动，向第二L型井的竖直段和第三L型井竖直段方向移动，第二L型井的水平段和第三L型井的水平段的某一位置上的煤层被点燃后，煤层燃烧气化形成燃烧气化区，当燃烧气化区附近的煤炭燃烧气化结束，喷嘴和点火***拖动回撤至设定位置，再形成新的气化区，如此对水平井控制的区域进行循环气化。
所述步骤3、步骤4同时作业，或视步骤3作业情况，步骤4略晚于步骤3开始作业。
第一L型井的水平段的工作面宽度为180~260米，第二L型井的水平段工作面宽度和第三L型井的水平段工作面宽度均为40~50米，第一L型井的水平段和第二L型井的水平段之间的距离为60~80米，第一L型井的水平段和第三L型井的水平段之间的距离为60~80米。
第一L型井的水平段的长度为800~1000米，第二L型井的水平段长度和第三L型井的水平段长度均为800~1000米。
本发明的有益效果是：本发明本煤层气与煤气化联采区域消突方法中煤层气资源和煤炭资源的共同联合开采，第一L型井1的水平段的压裂作业在提高井身周边煤层透气性的同时，也影响了第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段周边煤层的结构的应力变化，为第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段的煤炭在燃烧气化过程中气化通道的形成提供了有利基础，优化了气化炉结构；第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段在燃烧气化的过程中产生的高温，加速了第一L型井1的水平段周边煤体中煤层气的解吸，增加了煤体中游离煤层气的量，提高第一L型井1的产气量；第一L型井1的水平段周边煤层中的煤层气（煤矿瓦斯）的快速产出，使得该区域煤层中煤层气的含量及压力快速降低，形成消突条带，有利于煤矿在此区域直接布置采煤工作面进行煤炭生产，减少了煤矿区域消突工程，降低了生产成本，提高了生产安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：第一L型井1，第二L型井2，第三L型井3，第一垂直井4，第二垂直井5，第一贯通点6，第二贯通点7，地面8，煤层9，第一气化区10，第二气化区11，抽采消突区12。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种煤层气与煤气化联采区域消突方法，包括以下步骤：1.钻完井作业：采用定向水平井技术，从地面施工第一L型井1、第一垂直井4和第二垂直井5，第一垂直井4和第二垂直井5穿煤层60米完井，完井后在煤层段进行掏穴施工，在第一L型井1的前后两侧分别施工第二L型井2和第三L型井3分别与第一垂直井4和第二垂直井5底部贯通；第一垂直井4与第二L型井2的水平段的端部贯通位置为第一贯通点7，第二垂直井5与第三L型井3的水平段的端部贯通位置为第二贯通点8，完井后在煤层段进行掏穴施工；第一L型井1的水平段、第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段进煤层后沿煤层走向施工且相互平行，第一L型井1的水平段、第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段位于煤层厚度的中间位置，第一L型井1的竖直段的顶端、第二L型井2的竖直段的顶端和第三L型井3竖直段的顶端均与地面连通，所述第二L型井2的水平段与第一垂直井4贯通后下入筛管，第三L型井3的水平段与第二垂直井5贯通后下入筛管，第一L型井1的水平段沿煤层走向钻井至贯通点相应位置后下入生产套管固井。
2.压裂作业：对第一L型井1的水平段实施分段压裂，使煤层气逸出并进行煤层气的抽采，步骤2中的相邻两个压裂点间距100米，第一L型井1的水平段的压裂作业在提高井身周边煤层透气性的同时，也影响了第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段周边煤层的结构的应力变化，为第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段的煤炭在燃烧气化过程中气化通道的形成提供了有利基础，优化了气化炉结构。
3. 排采作业：第一L型井下入举升设备，进行煤层气的排采。
4. 气化作业：采用长壁后退式气化技术，第二L型井2和第三L型井3作为注气井，第一垂直井4和第二垂直井5作为出气井，形成两套气化炉***，将点火***进入第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段进行煤层然后气化，气化产生的煤气从分别从第一垂直井4和第二垂直井5排出。从第二L型井2和第三L型井3下入柔性管，柔性管分别下至距第一贯通点7和第二贯通点8一定距离的设定位置。柔性管的顶端安装一个大功率喷嘴，用来点燃煤层炭，柔性管内部的两条细管分别供气化剂和可燃物形成点火***，喷嘴和点火***由地面控制***拖动，向第二L型井2的竖直段和第三L型井3竖直段方向移动，第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段的某一位置上的煤层被点燃后，煤层燃烧气化形成第一气化区10和第二气化区11，当燃烧气化区附近的煤炭燃烧气化结束，喷嘴和点火***拖动回撤至设定位置，再形成新的气化区，如此对水平井控制的区域进行循环气化，第一L型井1的水平段的工作面宽度为180米，第二L型井2的水平段工作面宽度和第三L型井3的水平段工作面宽度均为40米，第一L型井1的水平段和第二L型井2的水平段之间的距离为60米，第一L型井1的水平段和第三L型井3的水平段之间的距离为60米，第一L型井1的水平段的长度为800米，第二L型井的水平段长度和第三L型井的水平段长度均为800米，第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段在燃烧气化的过程中产生的高温，加速了第一L型井1的水平段周边煤体中煤层气的解吸，增加了煤体中游离煤层气的量，提高第一L型井1的产气量；第一L型井1的水平段周边煤层中的煤层气（煤矿瓦斯）的快速产出，使得该区域煤层中煤层气的含量及压力快速降低，形成抽采消突区12，有利于煤矿在此区域直接布置采煤工作面进行煤炭生产，减少了煤矿区域消突工程，降低了生产成本，提高了生产安全性。
所述步骤3、步骤4同时作业，或视步骤3作业情况，步骤4略晚于步骤3开始作业。
实施例2：
如图1所示，一种煤层气与煤气化联采区域消突方法，包括以下步骤：1.钻完井作业：采用定向水平井技术，从地面施工第一L型井1，并在第一L型井1的前后两侧分别施工第二L型井2和第三L型井3，然后施工第一垂直井4和第二垂直井5分别与第二L型井2的水平段的端部和第三L型井3的水平段的端部贯通；第一垂直井4与第二L型井2的水平段的端部贯通位置为第一贯通点7，第二垂直井5与第三L型井3的水平段的端部贯通位置为第二贯通点8，完井后在煤层段进行掏穴施工；第一L型井1的水平段、第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段进煤层后沿煤层走向施工且相互平行，第一L型井1的水平段、第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段位于煤层厚度的中间位置，第一L型井1的竖直段的顶端、第二L型井2的竖直段的顶端和第三L型井3竖直段的顶端均与地面连通，所述第二L型井2的水平段与第一垂直井4贯通后下入筛管，第三L型井3的水平段与第二垂直井5贯通后下入筛管，第一L型井1的水平段沿煤层走向钻井至贯通点相应位置后下入生产套管固井。
2.压裂作业：对第一L型井1的水平段实施分段压裂，使煤层气逸出并进行煤层气的抽采，步骤2中的相邻两个压裂点间距50米，第一L型井1的水平段的压裂作业在提高井身周边煤层透气性的同时，也影响了第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段周边煤层的结构的应力变化，为第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段的煤炭在燃烧气化过程中气化通道的形成提供了有利基础，优化了气化炉结构。
3. 排采作业：第一L型井下入举升设备，进行煤层气的排采。
4. 气化作业：采用长壁后退式气化技术，第二L型井2和第三L型井3作为注气井，第一垂直井4和第二垂直井5作为出气井，形成两套气化炉***，将点火***进入第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段进行煤层然后气化，气化产生的煤气从分别从第一垂直井4和第二垂直井5排出。从第二L型井2和第三L型井3下入柔性管，柔性管分别下至距第一贯通点7和第二贯通点8一定距离的设定位置。柔性管的顶端安装一个大功率喷嘴，用来点燃煤层炭，柔性管内部的两条细管分别供气化剂和可燃物形成点火***，喷嘴和点火***由地面控制***拖动，向第二L型井2的竖直段和第三L型井3竖直段方向移动，第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段的某一位置上的煤层被点燃后，煤层燃烧气化形成第一气化区10和第二气化区11，当燃烧气化区附近的煤炭燃烧气化结束，喷嘴和点火***拖动回撤至设定位置，再形成新的气化区，如此对水平井控制的区域进行循环气化，第一L型井1的水平段的工作面宽度为260米，第二L型井2的水平段工作面宽度和第三L型井3的水平段工作面宽度均为50米，第一L型井1的水平段和第二L型井2的水平段之间的距离为80米，第一L型井1的水平段和第三L型井3的水平段之间的距离为80米，第一L型井1的水平段的长度为1000米，第二L型井的水平段长度和第三L型井的水平段长度均为1000米，第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段在燃烧气化的过程中产生的高温，加速了第一L型井1的水平段周边煤体中煤层气的解吸，增加了煤体中游离煤层气的量，提高第一L型井1的产气量；第一L型井1的水平段周边煤层中的煤层气（煤矿瓦斯）的快速产出，使得该区域煤层中煤层气的含量及压力快速降低，形成抽采消突区12，有利于煤矿在此区域直接布置采煤工作面进行煤炭生产，减少了煤矿区域消突工程，降低了生产成本，提高了生产安全性。
所述步骤3、步骤4同时作业，或视步骤3作业情况，步骤4略晚于步骤3开始作业。
本发明本煤层气与煤气化联采区域消突方法中煤层气资源和煤炭资源的共同联合开采，第一L型井1的水平段的压裂作业在提高井身周边煤层透气性的同时，也影响了第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段周边煤层的结构的应力变化，为第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段的煤炭在燃烧气化过程中气化通道的形成提供了有利基础，优化了气化炉结构；第二L型井2的水平段和第三L型井3的水平段在燃烧气化的过程中产生的高温，加速了第一L型井1的水平段周边煤体中煤层气的解吸，增加了煤体中游离煤层气的量，提高第一L型井1的产气量；第一L型井1的水平段周边煤层中的煤层气（煤矿瓦斯）的快速产出，使得该区域煤层中煤层气的含量及压力快速降低，形成消突条带，有利于煤矿在此区域直接布置采煤工作面进行煤炭生产，减少了煤矿区域消突工程，降低了生产成本，提高了生产安全性。
Claims (9)
1.一种煤层气与煤气化联采区域消突方法，其特征在于：包括以下步骤：1.钻完井作业：采用定向水平井技术，从地面施工第一L型井、第一垂直井和第二垂直井，第一垂直井和第二垂直井穿煤层60米完井，完井后在煤层段进行掏穴施工，在第一L型井的前后两侧分别施工第二L型井和第三L型井分别与第一垂直井和第二垂直井底部贯通；第一L型井的水平段、第二L型井的水平段和第三L型井的水平段进煤层后沿煤层走向施工且相互平行；2.压裂作业：对第一L型井的水平段实施分段压裂，使煤层气逸出并进行煤层气的抽采；3. 排采作业：第一L型井下入举升设备，进行煤层气的排采；4. 气化作业：第二L型井和第三L型井作为注气井，第一垂直井和第二垂直井作为出气井，形成两套气化炉***，将点火***进入第二L型井的水平段和第三L型井的水平段进行煤层然后气化，气化产生的煤气从分别从第一垂直井和第二垂直井排出。
2.根据权利要求1所述的煤层气与煤气化联采区域消突方法，其特征在于：所述步骤1中的第一垂直井与第二L型井的水平段的端部贯通位置为第一贯通点，第二垂直井与第三L型井的水平段的端部贯通位置为第二贯通点。
3.根据权利要求2所述的煤层气与煤气化联采区域消突方法，其特征在于：所述第二L型井的水平段与第一垂直井贯通后下入筛管，第三L型井的水平段与第二垂直井贯通后下入筛管，第一L型井的水平段沿煤层走向钻井至贯通点相应位置后下入生产套管固井。
4.根据权利要求1所述的煤层气与煤气化联采区域消突方法，其特征在于：步骤2中的相邻两个压裂点间距50~100米。
5.根据权利要求1所述的煤层气与煤气化联采区域消突方法，其特征在于：所述步骤4中，从第二L型井和第三L型井下入柔性管，柔性管分别下至距第一贯通点和第二贯通点一定距离的设定位置。
6.柔性管的顶端安装一个大功率喷嘴，用来点燃煤层炭，柔性管内部的两条细管分别供气化剂和可燃物形成点火***，喷嘴和点火***由地面控制***拖动，向第二L型井的竖直段和第三L型井竖直段方向移动，第二L型井的水平段和第三L型井的水平段的某一位置上的煤层被点燃后，煤层燃烧气化形成燃烧气化区，当燃烧气化区附近的煤炭燃烧气化结束，喷嘴和点火***拖动回撤至设定位置，再形成新的气化区，如此对水平井控制的区域进行循环气化。
7.根据权利要求1所述的煤层气与煤气化联采区域消突方法，其特征在于：所述步骤3、步骤4同时作业，或视步骤3作业情况，步骤4略晚于步骤3开始作业。
8.根据权利要求1所述的煤层气与煤气化联采区域消突方法，其特征在于：第一L型井的水平段的工作面宽度为180~260米，第二L型井的水平段工作面宽度和第三L型井的水平段工作面宽度均为40~50米，第一L型井的水平段和第二L型井的水平段之间的距离为60~80米，第一L型井的水平段和第三L型井的水平段之间的距离为60~80米。
9.根据权利要求1所述的煤层气与煤气化联采区域消突方法，其特征在于：第一L型井的水平段的长度为800~1000米，第二L型井的水平段长度和第三L型井的水平段长度均为800~1000米。
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