穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法技术

本发明专利技术公开一种穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法，包括确定L型水平井穿采空区群的井眼轨迹；根据采空区最小水平主应力方向、下组煤的等高线确定水平井水平段的布设方位和平均井斜；根据勘探得到的下组煤层顶面与相邻采空区底面之间的距离、下组煤坚固性系数、下组煤层应力、下组煤层顶板应力和下组煤层底板应力，确定水平井水平段的布设层位；完成穿采空区群下组煤层水平井的钻完井施工；确定水平井水平段的射孔位置和压裂段位置，完成水平井水平段的分段压裂施工；完成水平井压裂后放喷返排、通洗井作业，进行煤层气排水采气。本发明专利技术方法能高效穿采空区群以实现大范围、快速抽采下组煤煤层气，施工风险低、抽采效果好。施工风险低、抽采效果好。施工风险低、抽采效果好。

【技术实现步骤摘要】
穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法


[0001]本专利技术属于地面煤层气抽采
，具体涉及一种穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法。

技术介绍

[0002]矿区煤层气开发具有缓解能源紧张局面、保护大气环境和遏制煤矿瓦斯灾害等多重经济和社会效益。随着多煤层发育矿井煤炭开采的进行，上部多煤层开采完毕后形成了巨大的采空区群，对下组煤煤层气抽采产生阻隔影响，为保证煤矿区煤层气资源超前预抽和连续性开发利用，抽采煤矿采空区群下组煤的煤层气已成为煤矿区煤及煤层气共采的重要技术难题。目前下组煤煤层气的抽采普遍采用穿采空区直井预抽，这种方法存在施工工程量大、单井控制面积小、产量低、抽采效率低的缺陷，难以达到高效穿采空区群以实现大范围、快速降低下组煤煤层气含量的需要。未使用水平井抽采主要是由于以下几方面的原因：(1)采空区煤柱分布、地层沉陷规律复杂，水平井穿采空区群的井位和水平段层位布设困难；(2)水平井穿采空区群钻完井难度大，采空区段钻井漏失严重、堵漏难度大、钻井效率低、施工风险高；(3)上部采空区群对下部煤层的水平井层位布设具有重要影响。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法，以解决现有技术中穿采空区群下组煤煤层气抽采效率低的技术问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0005]一种穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、获得目标矿区的勘探数据，根据勘探数据确定L型水平井穿采空区群的井眼轨迹；
[0007]步骤2、根据勘探得到的采空区最小水平主应力方向、下组煤的等高线确定水平井水平段的布设方位和平均井斜；
[0008]步骤3、根据勘探得到的下组煤层顶面与相邻采空区底面之间的距离、下组煤坚固性系数、下组煤层应力、下组煤层顶板应力和下组煤层底板应力，然后确定水平井水平段的布设层位：
[0009]步骤4、完成穿采空区群下组煤层水平井的钻完井施工；
[0010]步骤5、确定水平井水平段的射孔位置和压裂段位置，然后完成水平井水平段的分段压裂施工；
[0011]步骤6、完成水平井压裂后放喷返排、通洗井作业，然后进行煤层气排水采气。
[0012]本专利技术还具有以下技术特征：
[0013]更进一步的，根据勘探数据确定L型水平井穿采空区群的井眼轨迹具体包括：
[0014]步骤1.1.勘探得到各采空区中保护煤柱的位置、回采煤层厚度和回采时间；
[0015]步骤1.2.步骤1.2.根据各采空区中保护煤柱的位置、回采煤层厚度和回采时间确
定井眼轨迹，将水平井布置在煤层回采厚度小于4m且回采时间大于5年的区域内，且井眼轨迹的垂直段中垂线与煤层水平线的交点与每个回采层内相邻煤柱延长线的水平距离不小于20倍煤层回采厚度，所述相邻煤柱是指与井眼轨迹的垂直段相邻的煤柱。
[0016]更进一步的，步骤3所述的确定水平井水平段的布设层位具体包括：
[0017]当下组煤坚固性系数＞1时，水平井水平段布设在下组煤层中；
[0018]当下组煤坚固性系数＜1、下组煤层与下组煤层顶板的垂向应力＞下组煤层与下组煤层顶板水平应力、下组煤层顶板的最小水平主应力＞下组煤层煤层的最小水平主应力，且下组煤层与相邻采空区之间的距离＞水平井水平段的压裂裂缝高度模拟值2倍时，将水平井水平段布设在紧邻下组煤层的顶板岩层中；
[0019]当下组煤坚固性系数＜1、下组煤层与下组煤层顶板的垂向应力＞下组煤层与下组煤层顶板水平应力、下组煤层顶板的最小水平主应力＞下组煤层煤层的最小水平主应力，且下组煤层与其相邻采空区之间的距离＜水平井水平段的压裂裂缝高度模拟值2倍时，将水平井水平段布设在紧邻下组煤层的底板岩层中。
[0020]更进一步的，步骤2所述的水平井水平段的井斜角为90
°
～110
°
。
[0021]更进一步的，步骤2所述的水平井水平段的井斜角为100
°
。
[0022]更进一步的，步骤4所述的穿采空区群下组煤层水平井的钻完井施工具体包括，采用三开井身结构，且在穿采空区群钻完井过程中，由上至下依次下入直径逐渐缩小的膨胀管，相邻膨胀管的直径差值为20～25mm。
[0023]更进一步的，所述膨胀管上设置有橡胶密封元件，所述橡胶密封元件的下入位置设置在采空区群内每个采空区的顶板裂隙带以上5～10米和底鼓裂隙带以下5～10米的岩层内。
[0024]更进一步的，步骤5所述的分段压裂施工的工艺参数包括：
[0025]当水平井水平段布设在下组煤层顶板时：采用竖直向下定向射孔方式、射孔穿深＞1m，采用沉式支撑剂、体积密度＞1000kg/m3，采用光套管注入完成穿层压裂施工；
[0026]当水平井水平段布设在下组煤层中时，采用水平及向下水力定向喷砂射孔方式，采用沉式支撑剂、体积密度＞1000kg/m3，采用油管+环空联合注入方式完成压裂施工；
[0027]当水平井水平段布设在下组煤层底板时，采用竖直向上定向射孔方式、射孔穿深＞1m，采用浮式支撑剂、体积密度800～1000kg/m3，采用光套管注入完成穿层压裂施工。
[0028]更进一步的，在步骤6所述的排水采气作业中，泵挂位置为水平井着陆点靶点与水平井水平段末端靶点连线中点的垂深位置，且井斜角＜75
°
。
[0029]更进一步的，步骤6所述的放喷返排作业中，在水平井井口压力低于煤层闭合压力3MPa后开始放喷，起始放喷流量为0.5m3/d/段，最高放喷流量小于10.0m3/d/段。
[0030]本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
[0031](1)本专利技术方法可根据目标矿区的不同地质条件及下组煤煤层气抽采要求，选择L型水平井穿采空区群的井眼轨迹、水平井水平段的布设方位和平均井斜，从而实现水平井连续穿越采空区钻完井施工，完成对不同采空区群地层的水平井高效部署，有利于因地制宜、降低施工风险、提高穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采效果。
[0032](2)本专利技术方法通过水平井水平段方位与井斜角的设置，使得压裂形成的垂直裂缝可以垂直于水平井水平段的井筒，从而提高了水平井的压裂改造和排水采气效果，实现
了水平井水平段的整体降压，从而保证水平井具有较高的产能。
[0033](3)本专利技术方法通过对布设位置不同的水平井采用不同的分段压裂工艺，实现煤层气储层的改造，有利于在分段压裂过程中形成复杂网络裂缝，可有效提高单井产量。
附图说明
[0034]图1为本专利技术方法的流程图；
[0035]图2为本专利技术的地面井位部署位置及垂直段空间位置图；
[0036]图3为水平井穿采空区群逐级封堵钻完井结构示意图；
[0037]图4为穿采空区群下组煤层水平井强化抽采示意图。
[0038]图5为穿采空区群本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获得目标矿区的勘探数据，根据勘探数据确定L型水平井穿采空区群的井眼轨迹；步骤2、根据勘探得到的采空区最小水平主应力方向、下组煤的等高线确定水平井水平段的布设方位和平均井斜；步骤3、根据勘探得到的下组煤层顶面与相邻采空区底面之间的距离、下组煤坚固性系数、下组煤层应力、下组煤层顶板应力和下组煤层底板应力，然后确定水平井水平段的布设层位：步骤4、完成穿采空区群下组煤层水平井的钻完井施工；步骤5、确定水平井水平段的射孔位置和压裂段位置，然后完成水平井水平段的分段压裂施工；步骤6、完成水平井压裂后放喷返排、通洗井作业，然后进行煤层气排水采气。2.如权利要求1所述的穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法，其特征在于，根据勘探数据确定L型水平井穿采空区群的井眼轨迹具体包括：步骤1.1.勘探得到各采空区中保护煤柱的位置、回采煤层厚度和回采时间；步骤1.2.根据各采空区中保护煤柱的位置、回采煤层厚度和回采时间确定井眼轨迹，将水平井布置在煤层回采厚度小于4m且回采时间大于5年的区域内，且井眼轨迹的垂直段中垂线与煤层水平线的交点与每个回采层内相邻煤柱延长线的水平距离不小于20倍煤层回采厚度，所述相邻煤柱是指与井眼轨迹的垂直段相邻的煤柱。3.如权利要求1所述的穿采空区群下组煤煤层气水平井强化抽采方法，其特征在于，步骤3所述的确定水平井水平段的布设层位具体包括：当下组煤坚固性系数＞1时，水平井水平段布设在下组煤层中；当下组煤坚固性系数＜1、下组煤层与下组煤层顶板的垂向应力＞下组煤层与下组煤层顶板水平应力、下组煤层顶板的最小水平主应力＞下组煤层煤层的最小水平主应力，且下组煤层与相邻采空区之间的距离＞水平井水平段的压裂裂缝高度模拟值2倍时，将水平井水平段布设在紧邻下组煤层的顶板岩层中；当下组煤坚固性系数＜1、下组煤层与下组煤层顶板的垂向应力＞下组煤层与下组煤层顶板水平应力、下组煤层顶板的最小水平主应力＞下组煤层煤层的最小水平主应力，且下组煤层与其相邻采空区之间的距离＜水平井水平段的压裂裂缝高度模拟值2倍时，将水平井水平段布设在紧邻下组煤层的底板岩层中。4.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许耀波，杜志强，徐建平，巩泽文，王正喜，吴静，王晶，朱文侠，
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：