本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種煤礦瓦斯治理及區(qū)域消突方法，所述方法包括：在井下采面或煤巷條帶區(qū)域目標(biāo)煤層或煤層頂、底板布置水平長鉆孔并進(jìn)行施工；使用壓裂管線建立煤礦井下采面或煤巷條帶水平長鉆孔與地面壓裂設(shè)備間的管線連接通道，地面壓裂設(shè)備使用石油天然氣壓裂的大功率壓裂設(shè)備；利用經(jīng)由所述管線連接通道輸送的來自地面壓裂設(shè)備的壓裂介質(zhì)，對所述采面或煤巷條帶區(qū)域目標(biāo)煤層或煤層頂、底板進(jìn)行壓裂,建立瓦斯運移通道；在采面兩巷或與所述目標(biāo)煤層鄰近的巖巷布置順煤層或穿煤層瓦斯抽采短鉆孔，所述瓦斯抽采短鉆孔與井下瓦斯抽采管道連通，利用井下水平長鉆孔壓裂和井下瓦斯抽采短鉆孔抽采，實現(xiàn)采面或煤巷條帶瓦斯區(qū)域抽采及區(qū)域消突。抽采及區(qū)域消突。抽采及區(qū)域消突。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
煤礦瓦斯治理及區(qū)域消突方法
[0001]本申請涉及煤礦井下瓦斯治理及區(qū)域消突技術(shù)，具體涉及一種煤礦井下采煤工作面(以下簡稱“采面”)或煤巷條帶區(qū)域水平長鉆孔壓裂+短鉆孔抽采的瓦斯治理及區(qū)域消突方法。
技術(shù)介紹
[0002]煤與瓦斯突出是煤礦井下含瓦斯煤巖體向采掘空間急劇運動、并伴隨大量瓦斯噴出的一種強烈動力過程，是一種極為復(fù)雜嚴(yán)重的煤礦自然災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著煤礦安全生產(chǎn)。國家政策法規(guī)要求煤礦在開采前需將噸煤瓦斯含量和瓦斯壓力降到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以下。
[0003]為了降低煤層中的瓦斯壓力，目前通常采用從采面相鄰的巖巷布置穿煤層鉆孔或從已開掘的采面煤巷(以下簡稱“兩巷”)布置順煤層鉆孔，進(jìn)行瓦斯抽采和區(qū)域消突。但我國的煤層滲透率普遍偏低、壓力傳導(dǎo)慢，局部鉆孔，瓦斯抽采效率很低，無法快速形成大面積降壓區(qū)域。
[0004]為了提高煤層透氣性(滲透率)這一問題，目前多數(shù)煤礦對低滲煤層，采用水力沖孔、水力割縫、深孔松爆、二氧化碳預(yù)裂等煤層增透措施來提高瓦斯抽采效率，但是這些方法增透范圍直徑不超過10m；井下水力壓裂增透范圍直徑不超過30m，均存在增透范圍小的缺點。
[0005]為了克服增透范圍小的缺點，目前通常采用“地面鉆井+地面水力壓裂”的方式，地面鉆井包括鉆垂直井段、造斜井段和順煤層水平延伸的水平井段，然后用煤層壓裂介質(zhì)，將煤層壓裂，得到大范圍的煤層裂縫，從而使瓦斯氣從煤層裂縫中析出，然后再通過地面抽采井或井下瓦斯抽采短鉆孔將瓦斯氣抽出。該方法可稱為地面壓裂+地面或井下抽采消突的方法。
[0006]雖然該方法具有增透范圍大、裂縫導(dǎo)流能力強、維持時間長等優(yōu)點，但因為其需要經(jīng)過地面打井、井下造斜以及水平鉆孔等一系列工藝流程，存在使用設(shè)備多(包括地面鉆井設(shè)備和造斜設(shè)備)、成本高、建井施工周期長，瓦斯抽采之前還需經(jīng)過漫長的排水、降壓的過程，故抽采達(dá)標(biāo)時間長等弊端，不能滿足低滲煤層煤礦所需要的快速、安全、經(jīng)濟(jì)抽采瓦斯和區(qū)域消突的目的。
[0007]有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)開創(chuàng)了在煤礦井下鉆水平井，在井下壓裂煤層的方法。在井下鉆水平井省略了地面打井的直井段、造斜段，節(jié)省了大量建井成本和縮短了鉆井施工周期，一般工期可縮短至10
?
15天。
[0008]但現(xiàn)有技術(shù)在井下打水平鉆孔，鉆機一般都布置在巖巷，從巖巷到煤層，尚需傾斜鉆穿巖層，穿巖層的斜井段還需要固井，亦有一定的成本。
[0009]井下鉆水平井，還受煤礦井下條件的限制，如會受到井下鉆機、鉆頭潤滑劑、井下泵壓力小等因素的影響，故現(xiàn)有技術(shù)在井下鉆的水平鉆孔長度一般不太長，不能滿足一次性大面積消突的需求。
[0010]傳統(tǒng)井下鉆孔，使用的是普通井下鉆機。施工是從采面兩巷就近鉆孔。就近鉆孔，
很容易打入煤層，但普通井下鉆機一般只能沿直線延伸，遇到煤層起伏、斷層等特殊地質(zhì)構(gòu)造，鉆孔易打穿煤層頂板或底板，進(jìn)入巖層，壓裂作業(yè)后，會導(dǎo)致采面中部煤層出現(xiàn)未被壓裂的空白帶。
[0011]另外，鉆井需要給鉆頭降溫和潤滑。傳統(tǒng)最佳鉆頭降溫和潤滑劑是泥漿，但井下往往沒有設(shè)置泥漿池的場地，也沒有制備泥漿的材料，所以井下鉆井只能使用井下容易獲得的水作為鉆頭潤滑劑。水的潤滑效果不如泥漿，在高速鉆井和鉆壓高的情況下，鉆頭溫度會很高，容易損壞鉆頭。
[0012]井下壓裂介質(zhì)也不同于地面的壓裂介質(zhì)。井下一般用清水作為壓裂介質(zhì)，而地面壓裂介質(zhì)一般是水和砂的混合物，砂在壓裂、排水后，可以留在煤層裂縫中用于支撐裂縫，阻止煤層裂縫重新閉合，而造成煤層瓦斯?jié)B透性下降。
[0013]井下壓裂的動力來自井下的壓力泵，井下壓力泵的排量很小，一般不超過0.5m3/min，排量小，壓裂的范圍就小，如上文所述，井下水壓裂的壓裂直徑一般不超過30m，不能達(dá)到充分壓裂擬治理煤層區(qū)域的要求，結(jié)果只是給煤層中注水。在煤層中注水對開采煤層降低粉塵有一定的作用，但注入煤層中的水堵塞了煤層中剛壓裂形成的縫隙或原有的縫隙，排水后，因縫隙沒有砂的支撐，會重新閉合，從而更不利瓦斯解吸和抽采。
[0014]煤層壓裂效果與壓力泵的排量關(guān)系密切，單位時間內(nèi)壓入煤層的介質(zhì)越多，產(chǎn)生的煤層裂縫也越多，即泵排量為一個恒定量時，壓裂的縫隙及壓裂范圍就基本確定了。
[0015]受上述種種原因影響，井下鉆孔長度都不太長，井下壓裂的效率較低。
[0016]所以高效、低成本地增強煤層透氣性，提高瓦斯治理的抽采效率，實現(xiàn)快速、安全的大面積區(qū)域消突是煤礦生產(chǎn)的迫切需求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0017]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，
[0018]本專利技術(shù)提供了一種高效、低成本地增強煤層透氣性，提高瓦斯治理的抽采效率，快速、安全大面積區(qū)域消突方法；
[0019]本專利技術(shù)提供一種在煤礦井下鉆水平長鉆孔方法。
[0020]本專利技術(shù)提供一種在煤礦井下采面鉆水平長鉆孔方法。
[0021]本專利技術(shù)提供一種在煤礦井下采面鉆水平長鉆孔、分段壓裂的方法。
[0022]本專利技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0023]本專利技術(shù)的實施例提供一種煤礦瓦斯治理及區(qū)域消突方法，所述方法包括：
[0024]在井下采煤工作面(采面)或煤巷條帶鉆水平長鉆孔，水平延伸段裸眼完井，壓裂煤層；在井下鉆瓦斯抽采短鉆孔，抽采瓦斯；
[0025]使用石油天然氣領(lǐng)域所使用的大功率地面壓裂設(shè)備；
[0026]使用壓裂管線建立煤礦井下采面或煤巷條帶所述水平長鉆孔與所述地面壓裂設(shè)備間的管線連接通道；
[0027]利用經(jīng)由所述壓裂管線輸送的來自所述地面壓裂設(shè)備的壓裂介質(zhì)，對所述采面的目標(biāo)煤層或所述煤層頂、底板進(jìn)行壓裂；
[0028]建立瓦斯抽采通道，所述瓦斯抽采通道由井下水平長鉆孔、瓦斯抽采短鉆孔和井下瓦斯抽采管道組成，在采面兩巷或鄰近巖巷布置若干順煤層或穿煤層瓦斯抽采短鉆孔，
主要利用所述井下瓦斯抽采短鉆孔抽采瓦斯。
[0029]在上述方案中，煤礦井下采面的所述水平長鉆孔可布置于煤層，也可布置于煤層頂板層或煤層底板層。其孔口位置可布置在煤巷、煤層高位巷或煤層底位巷。
[0030]煤屬于頁壓巖，不同煤質(zhì)的硬度不一致，越硬越脆越容易形成裂縫，有些泥煤、或煙煤較松軟，壓裂不易生成太多的裂縫，故在上述煤質(zhì)的情況下，可選擇在煤層的頂板或底板巖層鉆壓裂孔，一般巖層比煤層硬度高，極易形成豐富的裂縫。
[0031]在煤層的頂板或底板巖層鉆壓裂孔時，不能離煤層太遠(yuǎn)，一般在0
?
6米。在頂板鉆孔時，該限距稱作第一閾值，在底板鉆孔時，該限距稱作第二閾值。
[0032]上述方案中，在煤層頂板鉆孔是沿煤層與煤層頂板交界面鉆孔，鉆孔與煤層之間的距離小于或等于第一閾值；沿煤層底板鉆孔是在煤層與底板交界面鉆孔，鉆孔與煤層之間的距離小于或等于第二閾值。
[0033]在本專利技術(shù)的一個實施例中，根據(jù)煤層和煤層頂?shù)装鍓毫严禂?shù)不斷變化的情況，煤礦井下采面或煤巷條帶區(qū)域的所述水平長鉆孔的孔眼軌跡可全部位于煤層，也可部分位于煤層、部分位于煤層本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種煤礦瓦斯治理及區(qū)域消突方法，其特征在于：在井下采煤工作面(采面)或條帶區(qū)域鉆水平長鉆孔，壓裂煤層；在井下鉆瓦斯抽采短鉆孔，抽采瓦斯；所述水平長鉆孔可布置于煤層、或煤層頂板的巖層、或煤層底板的巖層；所述水平長鉆孔長度小于或等于擬治理和消突的采煤工作面的推采長度或擬治理和消突的煤巷條帶的長度；使用石油天然氣領(lǐng)域所使用的大功率地面壓裂設(shè)備；使用壓裂管線建立煤礦井下采面或煤巷條帶區(qū)域所述水平長鉆孔與所述地面壓裂設(shè)備間的管線連接通道；利用經(jīng)由所述壓裂管線輸送的來自所述地面壓裂設(shè)備的壓裂介質(zhì)，對所述采面或條帶區(qū)域的目標(biāo)煤層或所述煤層頂、底板進(jìn)行壓裂，建立瓦斯運移通道；建立瓦斯抽采通道，所述瓦斯抽采通道由井下水平長鉆孔、瓦斯抽采短鉆孔和井下瓦斯抽采管道組成，在采面兩巷布置若干順煤層瓦斯抽采短鉆孔，主要利用所述井下瓦斯抽采短鉆孔抽采瓦斯；通過對井下采面所述水平長鉆孔注入的所述壓裂介質(zhì)的壓力和液量的控制，實現(xiàn)對區(qū)域壓裂的范圍控制，注入煤層的所述壓裂介質(zhì)的壓力和液量，根據(jù)壓裂范圍、煤層厚度、煤質(zhì)硬度等參數(shù)確定，所述壓裂介質(zhì)的注入壓力≥20MPa，≤115MPa，所述壓裂介質(zhì)排量5
?
9m3/min。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：在所述水平長鉆孔內(nèi)下入分段壓裂工具，對所述采面目標(biāo)煤層或所述煤層頂、底板進(jìn)行分段壓裂。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述分段壓裂工具包括裸眼封隔器、套管封隔器、雙向錨定封隔器、液壓封隔器、軌道封隔器。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：煤礦井下采面或煤巷條帶區(qū)域的所述水平長鉆孔的孔眼軌跡可全部位于煤層，也可部分位于煤層、部分位于煤層頂板層或煤層底板層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：在煤層頂板鉆孔是沿煤層與煤層頂板交界面鉆孔，鉆孔與煤層之間的距離小于或等于第一閾值；沿煤層底板鉆孔是在煤層與底板交界面鉆孔，鉆孔與煤層之間的距離小于或等于第二閾值。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述井下瓦斯抽采短鉆孔是從與所述目標(biāo)煤層鄰近的上、下巖巷或從已開掘的主煤巷(采面兩巷)向所述目標(biāo)煤層鉆的短鉆孔；所述井下瓦斯抽采短鉆孔布置在所述水平長鉆孔對所述目標(biāo)煤層或煤層頂、底板壓裂后得到的若干個...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄭長江，賈佳妮，梁天征，
申請(專利權(quán))人：北京九尊能源技術(shù)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。