碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法技术

一种碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法，先在煤矿井下形成采区大巷或作业巷道，为施工作业和瓦斯抽采提供场所；其次在煤矿井下沿煤层顶板距离煤层顶界或煤层底板距离煤层底界一定距离施工一组能覆盖一个采区多个工作面的定向长钻孔；之后在地面实施透巷井与井下采区大巷或作业巷道贯通，以便地面压裂管汇和地面井‑井下长钻孔高压连接装置的连接；后利用地面大型压裂装备对煤矿井下长钻孔交替实施分段压裂施工，分段压裂操作主要在井下巷道完成，最后利用煤矿井下瓦斯专用抽采管路进行并网抽采。本发明专利技术有效提高煤矿井下碎软低渗煤层储层改造强度和抽采效果，实现煤矿井下区域化无死角低成本的高效瓦斯抽采。

【技术实现步骤摘要】
碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法
本专利技术属于煤矿瓦斯抽采
，涉及一种碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法。
技术介绍
目前煤矿瓦斯抽采方式主要以地面煤层气开发和井下钻孔负压抽采为主，但碎软低渗高瓦斯突出煤层瓦斯抽采效果差、抽采成本高。以地面煤层气开发为主的煤矿瓦斯抽采方式具有运行成本高、抽采效率低、抽采周期长、占用土地多、受地形限制大等劣势。以井下钻孔负压抽采为主的煤矿瓦斯抽采方式受井下压裂装备和施工条件的限制，具有压裂泵注排量小、实施加砂难度大、设备搬运困难、煤层增透效果差的缺点，导致瓦斯抽采效果差。现有技术中公开了一种煤矿井下瓦斯钻孔压裂方法(专利号ZL201010252178.7)，采用地面钻井压裂设备对本煤层中的长钻孔进行全孔压裂，这种抽采的方式存在以下局限性，表现为①碎软煤层钻进易垮塌埋钻，钻孔长度有限；②采用裸眼钻孔全孔压裂，裂缝的起裂和延伸具有随机性，易形成抽采空白区，此外，直接在相对塑性的碎软煤层中压裂，压裂缝扩展延伸不长、改造增产效果不好；因此，技术层面的缺陷限制了这种方式在碎软低渗煤层的应用。现有技术中还公开了一种地面辅助井下长钻孔瓦斯强化抽采方法(专利号CN108661697A)，采用地面压裂设备对本煤层中的长钻孔进行分段压裂，这种联合抽采虽然利用地面压裂设备实现了井下钻孔的分段压裂，但由于水平钻孔布置在煤层中，除钻孔长度、煤层压裂效果受影响外，还存在煤层中下筛管困难及采煤前筛管处理等问题，从技术层面仍无法解决碎软低渗煤层区域瓦斯超前治理的问题。综上所述，针对碎软低渗煤层，目前地面煤层气开发技术、井下钻孔负压抽采技术和井上下联合抽采方式效果均不理想，都难以实现快速低成本降低碎软低渗煤层气含量和瓦斯压力的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法，其能有效克服现有技术的缺陷，有效提高碎软低渗煤层瓦斯抽采效率，实现快速低成本降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力的井上下联合压裂区域瓦斯抽采。为实现上述目的，本专利技术公开了一种碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：在煤矿井下形成采区大巷或作业巷道，为施工作业和瓦斯抽采提供场所，步骤二：在煤矿井下沿煤层顶板或煤层底板施工一组能覆盖一个采区多个工作面的长钻孔，长钻孔优选下套管固孔完井，也可选取裸眼完井或下筛管完井或下套管完井，步骤三：在地面实施至少1口透巷井与井下采区大巷贯通，以便地面压裂管汇和地面井-井下长钻孔高压连接装置连接，步骤四：利用地面大型压裂装备对煤矿井下长钻孔交替进行压裂施工，实现每个孔的分段压裂，分段压裂操作主要在井下巷道完成，步骤五：利用煤矿井下瓦斯专用抽采管路抽采瓦斯，实现瓦斯抽采孔并网抽采。其中：所述采区大巷和作业巷道指的是在采区范围内形成的可供钻机作业、地面井-井下长钻孔高压连接装置连接、瓦斯抽采的巷道。其中：所述的在煤矿井下沿煤层顶板或煤层底板施工一组能覆盖一个采区多个工作面的长钻孔指利用地质导向技术将钻孔孔眼轨迹控制在距离煤层顶界或煤层底界相对稳定的距离。其中：在步骤二中的下套管固孔完井指的是将孔内岩粉冲洗干净，套管前端安装管靴和止浆塞，管箍依次连接好套管，采用机械推送将套管下入预定深度，再进行封孔侯凝固孔作业。其中：所述的地面压裂管汇和地面井-井下长钻孔高压连接装置连接指的是地面压裂装备高压出口通过井上高压压裂井口连接，地面井底端与井下长钻孔之间通过高压连接装置连接，形成地面高压流体向煤矿井下长钻孔的输送通道，保障煤矿井下长钻孔分段压裂在井下巷道的安全操作。其中：套管固井完井长钻孔优选定向水力喷砂射孔环空分段压裂工艺技术，也可选择定向水力喷砂射孔分段压裂工艺技术；对于裸眼完井或下筛管完井或下套管完井的长钻孔优选定向水力喷砂射孔分段压裂工艺技术。其中：所述对煤矿井下长钻孔交替进行压裂施工，实现每个孔的分段压裂指的是通过改变在采区大巷或作业巷道中提前设置的地面井-井下长钻孔高压连接装置的阀门方向，对每个长钻孔进行交替分段压裂。由此，与现有技术相比，本专利技术的一种碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法具有如下效果：1、煤矿井下长钻孔布置在煤层顶板或煤层底板中，很好的解决碎软煤层钻进易垮塌埋钻、下套管困难、直接在相对塑性的碎软煤层中压裂，压裂缝扩展延伸不长、改造增产效果不好等问题，提高了长钻孔的长度、减少了煤层伤害、降低了施工难点与风险，减少了采煤前煤层筛管(套管)的处理工作量。2、采用地面压裂装备进行施工，解决了井下压裂装备排量小、实施加砂难度大、设备搬运困难、煤层增透效果差的缺点，可实现低成本、大排量加砂分段压裂改造，实现煤层有效增产改造。3、采用下套管固井完井方式，可配套优选定向水力喷砂射孔环空分段压裂工艺技术，在分段效果、压裂规模、压裂效果等方面的到了很大的提升。4、采用工厂化作业的理念和交替施工的方法对井下长钻孔进行分段压裂施工，各孔分段压裂衔接合理，避免了因地层降压、放喷以及压裂管柱拖动等带来的时间等待，大大缩短了压裂施工时间和成本。5、与地面煤层气开发相比，土地占用、钻进成本、瓦斯抽采成本大大降低。6、综上可见，本技术方法是煤矿瓦斯抽采
的重要突破，可快速降低碎软低渗煤层瓦斯含量和瓦斯压力，实现煤矿区域化低成本高效瓦斯抽采的目标，解决煤矿“掘-抽-采”失衡的难题。附图说明图1为碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采的主视图(长钻孔位于顶板)。图2为碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采的主视图(长钻孔位于底板)。图3为碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采的俯视图(长钻孔位于顶板)。附图标记：1-作业巷道；2-瓦斯抽采管路；3-巷道内高压管汇；3-1-巷道内高压管线；3-2-巷道内耐压阀门；4-地面井井底压裂井口；5-长钻孔压裂井口；6-煤层；7-煤层顶板；8-煤层底板；9-井下长钻孔；10-地面透巷井。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法可包含如下步骤：步骤一：确定瓦斯抽采目标区，形成采区大巷和作业巷道1，且能够满足长钻孔9钻井作业和压裂施工作业的要求。具体而言，为满足长钻孔9钻井作业和压裂施工作业的要求，作业巷道一般应满足宽度5m，高度4m。步骤二：施工多组煤层顶板或底板长钻孔9，覆盖整个瓦斯抽采区域。具体而言，钻孔钻进采用精确地质导向技术控制孔眼轨迹在煤层顶界或底界相对稳定的距离，便于后期定向射孔沟通钻孔与地层进行压裂，优选长钻孔孔眼轨迹距离煤层0.2m-2.0m。具体而言，在长钻孔随钻地质导向中应用边界探测技术，通过测量周围一定范围的煤、岩层的电阻率和自然伽马等参数，根据煤层与其顶板岩石电阻率和自然伽马差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法，其特征在于包含如下步骤：/n步骤一：在煤矿井下形成采区大巷或作业巷道，为施工作业和瓦斯抽采提供场所，/n步骤二：在煤矿井下沿煤层顶板或煤层底板施工一组能覆盖一个采区多个工作面的长钻孔，长钻孔优选下套管固孔完井，也可选取裸眼完井或下筛管完井或下套管完井，/n步骤三：在地面实施至少1口透巷井与井下采区大巷或作业巷道贯通，以便地面压裂管汇和地面井-井下长钻孔高压连接装置连接，/n步骤四：利用地面大型压裂装备对煤矿井下长钻孔交替进行压裂施工，实现每个孔的分段压裂，分段压裂操作主要在井下巷道完成，/n步骤五：利用煤矿井下瓦斯专用抽采管路抽采瓦斯，实现瓦斯抽采孔并网抽采。/n

【技术特征摘要】
1.一种碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤一：在煤矿井下形成采区大巷或作业巷道，为施工作业和瓦斯抽采提供场所，
步骤二：在煤矿井下沿煤层顶板或煤层底板施工一组能覆盖一个采区多个工作面的长钻孔，长钻孔优选下套管固孔完井，也可选取裸眼完井或下筛管完井或下套管完井，
步骤三：在地面实施至少1口透巷井与井下采区大巷或作业巷道贯通，以便地面压裂管汇和地面井-井下长钻孔高压连接装置连接，
步骤四：利用地面大型压裂装备对煤矿井下长钻孔交替进行压裂施工，实现每个孔的分段压裂，分段压裂操作主要在井下巷道完成，
步骤五：利用煤矿井下瓦斯专用抽采管路抽采瓦斯，实现瓦斯抽采孔并网抽采。


2.根据权利要求1所述的碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法，其特征在于：所述采区大巷和作业巷道指的是在采区范围内形成的可供钻机作业、地面井-井下长钻孔高压连接装置连接、瓦斯抽采的巷道。


3.根据权利要求1所述的碎软低渗煤层井上下联合压裂区域瓦斯高效抽采方法，其特征在于：所述的在煤矿井下沿煤层顶板或煤层底板施工一组能覆盖一个采区多个工作面的长钻孔指利用地质导向技术将钻孔孔眼轨迹控制在距离煤层顶界或煤层底界相对稳定的距离。


4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜在炳，张群，范耀，刘磊，杜天林，舒建生，庞涛，牟全斌，
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