煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法技术

一种煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法，包含：步骤一：在煤矿井下从距碎软煤层顶界一定距离的泥岩或砂岩顶板或碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层中施工瓦斯抽采长钻孔；步骤二：下入引鞋和刚性套管；步骤三：对瓦斯抽采长钻孔和刚性套管之间的环形空间进行水泥浆封堵固孔；步骤四：采用连续管拖动封隔器方式进行封隔分段，喷射器进行喷砂射孔，连续管与套管的环空进行压裂；步骤五：起出压裂工具，进行压裂液统一放喷；本发明专利技术能克服目前瓦斯抽采钻孔成孔困难、压裂裂缝起裂位置不确定、压裂缝延伸不长、压裂改造效果不好、抽采影响范围小且不均匀、抽采持续时间短等问题，实现瓦斯抽采长钻孔成孔与多级精准分段压裂。

【技术实现步骤摘要】
煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法
本专利技术涉及瓦斯治理的
，尤其涉及一种煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法。
技术介绍
在各种煤矿灾害中，瓦斯灾害是我国煤矿安全生产的最大灾害，因此，采煤前必须提前对煤层瓦斯进行预抽采，以保障煤矿安全高效生产。目前，煤矿井下煤层瓦斯预抽采主要采取穿层钻孔和顺层钻孔等方式，为提高煤储层透气性，采用水力压裂措施，取得了一定效果，但仍存在以下问题：(1)碎软煤层瓦斯抽采孔钻进成孔困难、钻孔深度浅；在碎软煤层中钻进瓦斯抽采孔易出现塌孔、卡钻等事故，导致成孔难度大，钻孔深度浅，施工风险高，且完钻后孔眼易垮塌；(2)现行的煤矿井下压裂工艺一般采用裸眼钻孔全孔压裂。受煤矿井下巷道空间的限制，井下压裂设备的排量较小(最大注入排量一般小于1m3/min)，裸眼钻孔全孔压裂压裂液漏失大，裂缝起裂点具有很大的随机性，且易出现多点起裂现象，造成压裂液能量不集中，压裂裂缝扩展延伸不长甚至无法压开煤层，压裂效果不太好。(3)碎软煤层脆性小甚至呈塑性，其弹性模量低、泊松比高，直接在煤层中进行水力压裂，裂缝扩展困难，很难形成长裂缝，往往形成短宽裂缝，造成泄压影响范围小，影响煤层压裂效果。为此，本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法，以克服上述缺陷。本专利技术也适用于碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层进行顺煤层瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法，其能克服目前煤矿井下瓦斯预抽采存在的碎软煤层顺煤层瓦斯抽采钻孔成孔困难、裸眼全孔压裂裂缝延伸不长、压裂裂缝位置不确定、抽采影响范围小且不均匀、抽采效果不太好、持续时间短等问题，实现瓦斯抽采长钻孔成孔以及多级精准分段压裂。为解决上述问题，本专利技术公开了一种煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：在煤矿井下，从距碎软煤层顶界一定距离的泥岩或砂岩顶板或碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层中施工瓦斯抽采长钻孔；步骤二：对瓦斯抽采长钻孔下入引鞋和刚性套管；步骤三：对瓦斯抽采长钻孔和刚性套管之间的环形空间进行水泥浆封堵固孔；步骤四：采用连续管拖动封隔器方式进行封隔分段，喷射器进行喷砂射孔，连续管与套管的环空进行压裂，逐段完成射孔压裂施工；步骤五：起出压裂工具，进行压裂液统一放喷。其中：步骤一的瓦斯抽采长钻孔的钻孔位置选择碎软煤层顶板岩层或碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层。其中：步骤四包括以下步骤：第一步：在瓦斯抽采长钻孔孔口安装压裂孔口，依次连接压裂工具串，自上而下为：连续管接头+丢手工具+扶正器+喷射器+扶正器+反循环阀+可重复坐封封隔器+锚定装置+接箍定位器+引鞋；第二步：通过连续管与压裂工具串连接后，送入钻孔中，通过定位器进行精确定位、校深，待压裂工具串送至设计改造位置后，通过外拉-里推管柱实现封隔器坐封，打压进行验封；第三步：采用喷砂射孔方式对目标段进行射孔，穿透套管、水泥环，沟通钻孔和岩层，射孔施工完成后采用连续管与套管的环空注入的方式对射孔段进行压裂施工；第四步：封隔器解封，外拉压裂管柱至下一个设计压裂段，重复坐封、验封、射孔、压裂等施工过程，逐段完成全孔段压裂施工。其中：对于在碎软煤层顶板岩层瓦斯抽采长钻孔中进行压裂，步骤四的喷射器进行喷砂射孔，优选向下定向射孔；对于瓦斯抽采钻孔布置在碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层中时，可以根据钻孔具体位置优选非定向射孔或定向射孔，优选原则是射孔方向应朝向预改造的煤层。其中：步骤三和步骤四的射孔液和压裂液的介质选择水或者液氮或者超临界二氧化碳。其中：步骤四的连续管与套管的环空进行压裂过程中加入或不加入支撑剂。通过上述内容可知，本专利技术的煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法具有如下效果：1、选择在碎软煤层顶板泥岩或砂岩中钻孔，避免了在碎软煤层中钻孔易出现塌孔、卡钻等问题，大大提高了钻孔深度、降低了施工风险；2、采用钻孔与套管环形空间注浆封堵密封方式，确保了钻孔的稳定性，避免了瓦斯抽采过程中塌孔的风险，且为分段压裂工艺的实施提供了条件；3、采用连续管带底封分段拖动压裂方式，实现了精准定位射孔和定点压裂，分段级数不受限制，且封隔器无需钻除，施工周期短，作业快捷；4、采用喷砂射孔方式，解决了煤矿井下无法采用射孔弹以聚能爆破方式进行射穿套管和水泥环的问题，且不会产生压实污染带；5、采用差别式套管强度设计，在设计射孔位置下入强度相对较弱的套管短节，确保喷砂射孔的成功率，提高施工的效率；6、环空压裂相比连续管压裂施工摩阻小，施工排量大，可实现较大规模的改造；7、通过碎软煤层顶板瓦斯抽采长钻孔进行压裂，会在煤层中形成远长于在煤层中直接压裂的压裂缝；8、与现有技术相比，本专利技术技术提高了煤矿井下瓦斯抽采钻孔的成孔深度和成孔效率；压裂缝起裂位置可控、压裂缝扩展延伸长、压裂改造效果更好，可显著提高钻孔瓦斯抽采量和抽采效率，快速降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力，降低瓦斯防治达标时间。同时，一趟管柱完成长钻孔的多级精准分段压裂，施工效率高、成本低。本专利技术的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。附图说明图1显示了本专利技术的煤矿井下煤层顶板瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法的示意图。图2显示了本专利技术的煤矿井下碎软煤层的硬分层或硬煤层中瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法的示意图。图3显示了本专利技术中定位卡块的示意图。附图标记：1-碎软煤层；2-顶板；3-瓦斯抽采长钻孔；4-连续管；5-连续管接头；6-丢手工具；7-扶正器；8-喷射器；9-反循环阀；10-可重复坐封封隔器；11-锚定装置；12-接箍定位器；13-引鞋；14-压裂缝；15-套管；16-套管扶正器；17-套管接箍。具体实施方式参见图1，显示了本专利技术的煤矿井下煤层顶板瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法。所述煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法包括以下步骤：步骤一：在煤矿井下，从距碎软煤层1顶界一定距离的泥岩或砂岩的顶板2中，钻出预设长度的瓦斯抽采长钻孔3；具体而言，采用煤矿用坑道定向钻机，从底板岩巷或顶板岩巷进行瓦斯抽采长钻孔3的定向施工，瓦斯抽采长钻孔3的水平段位于距碎软煤层1顶界以上0.5m-2m之间的泥岩或砂岩的顶板2中，钻孔长度优选的大于200m，钻孔直径优选96/98/120mm；除此之外，瓦斯抽采长钻孔3的钻孔位置也优选碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层。其中，在考虑到在碎软煤层1中直接钻孔易出现塌孔、卡钻等问题，选择在碎软煤层1的泥岩或砂岩顶板2中钻孔，大大提高了钻孔深度、降低了施工风险；采用煤矿用坑道定向钻机进行定向钻进，可实现距碎软煤层1顶界以上0.5m-2m之间的泥岩或砂岩顶板2中钻孔的孔眼轨迹要求。步骤二：在瓦斯抽采长钻孔3中下入引鞋13和套管15，并且在套管的外壁上预定位置安装套管扶正器16；采用煤矿用坑道定向钻机在瓦斯抽采长钻孔3中下入设有单向阀的引鞋和套管，并且在套管的外壁上预定位置安装套管扶正器16；优选的采用差别式套管强度设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：在煤矿井下，从距碎软煤层顶界一定距离的泥岩或砂岩顶板或碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层中施工瓦斯抽采长钻孔；步骤二：对瓦斯抽采长钻孔下入引鞋和刚性套管；步骤三：对瓦斯抽采长钻孔和刚性套管之间的环形空间进行水泥浆封堵固孔；步骤四：采用连续管拖动封隔器方式进行封隔分段，喷射器进行喷砂射孔，连续管与套管的环空进行压裂，逐段完成射孔压裂施工；步骤五：起出压裂工具，进行压裂液统一放喷。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：在煤矿井下，从距碎软煤层顶界一定距离的泥岩或砂岩顶板或碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层中施工瓦斯抽采长钻孔；步骤二：对瓦斯抽采长钻孔下入引鞋和刚性套管；步骤三：对瓦斯抽采长钻孔和刚性套管之间的环形空间进行水泥浆封堵固孔；步骤四：采用连续管拖动封隔器方式进行封隔分段，喷射器进行喷砂射孔，连续管与套管的环空进行压裂，逐段完成射孔压裂施工；步骤五：起出压裂工具，进行压裂液统一放喷。2.如权利要求1所述的煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法，其特征在于：步骤一的瓦斯抽采长钻孔的钻孔位置选择碎软煤层顶板岩层或碎软煤层的硬分层或煤体结构好的硬煤层。3.如权利要求1所述的煤矿井下瓦斯抽采长钻孔套管内连续管射孔分段压裂方法，其特征在于：步骤四包括以下步骤：第一步：在瓦斯抽采长钻孔孔口安装压裂孔口，依次连接压裂工具串，自上而下为：连续管接头+丢手工具+扶正器+喷射器+扶正器+反循环阀+可重复坐封封隔器+锚定装置+接箍定位器+引鞋；第二步：通过连续管与压裂工具串连接后，送入钻孔中，通过定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张群，范耀，姜在炳，孙四清，舒建生，赵继展，茹婷，刘柏根，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61