本发明专利技术涉及一种井下煤层压裂后控制降压抽采瓦斯的系统及其方法。该系统包括：一个控制降压的井口装置、压裂设备、压裂管线、气管线、排水管线、气水分离器、瓦斯流量计和/或负压抽采设备。该井口装置具有一个四通、四个连接端口、一个压力表、四个阀门和一个放压油嘴。该井口装置设置在井下，通过与四个连通端口中的两个连通端口相连的压裂管线与煤层钻孔孔口连接。所述压力表和放压油嘴连接在所述井口装置连通端口的另外两个端口上。该瓦斯抽采的控制降压方法是通过在煤矿井下巷道内安装本发明专利技术的井口装置，用井口装置的放压油嘴控制降压，从而使煤层中的水、气稳定流出，不使因水流流速过快，使支撑煤层裂隙的砂子随水流走，造成裂隙重新闭合；不使瓦斯气混合空气，在高压下大量涌出，造成事后开采瓦斯时，瓦斯气的浓度降低。度降低。度降低。
【技术实现步骤摘要】
一种井下煤层压裂后控制降压抽采瓦斯的系统及其方法
[0001]本专利技术涉及煤矿井下抽采瓦斯，尤其涉及一种井下抽采瓦斯的控制降压系统 和控制降压方法。
技术介绍
[0002]地面煤层气抽采技术，作为瓦斯治理的方法，理论上，在地面布置足够多的 抽采井，能够达到区域消突的目的。但地面地形复杂，许多地方不适合部署地面 抽采井。
[0003]水平鱼骨井技术，该技术钻井可在煤层中水平延伸，并在钻井主干上向两侧 打出鱼骨状的一些枝杈短井。该技术有效地使单口地面井覆盖较大区域，扩大煤 层气排放和抽采的范围。
[0004]但我国煤层透气性普遍偏低，一般平均在0.01～0.5
×
10
‑3μm2，属于勉强抽放或 难以抽放的煤层，为了增减煤层的透气性，我国又引进了煤层压裂技术。煤层压 裂是通过进入煤层的钻井，向煤层注水加压，使煤层破裂，产生缝隙，从而使煤 层的透气性提高，有效地释放出煤层气。为了使压裂的缝隙不重新闭合，一般要 在压裂后注入砂子，用以支撑所述缝隙。煤层压裂技术有效地增加煤层气解透， 提高了煤层气的排放和产量。
[0005]但煤层压裂后，瓦斯抽采前，需要把压裂注入的水排出来。地面煤层气井排 水要求“稳”、“平”、“缓”，以防止降压过快，支撑煤层裂缝的砂粒会随水 流出，从而将作为煤层气运移通道的煤层裂缝被重新堵塞。由于地面煤层气井与 地下钻孔之间有上千米的距离，当在地面的井口装置观察到排水中有砂粒和煤屑 时，已有相当量的砂粒已经从煤层裂缝中流出。由于不能及时观察到排水中是否 有砂粒和煤屑，所以多数地面抽采井要很谨慎地放压，始终保持钻孔中的压力不 能下降太快，这导致排水时间较长，一般需要1年以上才能排完注入水，进入煤层 气的稳产期。由于地面煤层气井抽采时间过长，导致煤矿无法尽快投入生产。
[0006]另外，地面抽采，是负压抽采，抽采设备需不停地运转。抽采过程中，需要 对抽采设备持续提供电力，确保其24小时连续运转。抽采设备(绝大部分是电动机) 用电量惊人，增大了电能损耗成本。
[0007][0008][0009]
技术实现思路
[0010](一)要解决的技术问题
[0011]针对地面钻井抽采煤层气排水时间较长，本专利技术提供了一种井下排水、抽气 的控压抽采系统和方法。
[0012]由于受井下施工条件和煤层压裂设备较大的限制，现有技术的井下钻孔抽采 煤层气都不实施煤层压裂，只是在井下瓦斯聚集区精准钻些钻孔，抽采局部瓦斯 气。虽然抽采局部煤层也能快速降低煤层内瓦斯浓度，但其覆盖面积受到很多的 局限，并且煤层气抽
采也不够彻底，煤层气产量较低。为了解决上述现有技术的 缺点，本专利技术提供了一种提高煤层透气性、能彻底采气、且产气高的井下控压抽 采系统和方法。
[0013](二)技术方案
[0014]本专利技术将井下控压抽采系统设置在离煤层钻孔咫尺之遥的地方，在其气水分 离器中，可以及时观察到排水中有无砂粒和/或煤屑流出，如果没有，可以开大一 些放压油嘴，加速排水；如果有，则要关小放压油嘴直至排出的水中不再有砂粒 和/或煤屑。
[0015]本专利技术用压裂管线将体积巨大的、放置于地面的煤层压裂设备与井下的钻孔连 接起来，用以将煤层压裂。
[0016]本专利技术将地面煤层气井压裂增透技术和井下精细化抽采技术二者结合，使其具 有抽采周期短、瓦斯浓度高、瓦斯抽采量大的优势。
[0017]本专利技术的特点之一是，除地面压裂设备外，所有其他设备都可以设置在井下； 本专利技术，除地面压裂施工外，所有其他工程都在井下巷道内完成，如井下钻煤层 钻孔、铺设压裂管线、放压、抽采等。
[0018]本专利技术的控制降压抽采瓦斯的系统具有：一个煤层钻孔孔口、一个控制降压抽 采瓦斯的井口装置、煤层压裂设备、压裂管线、气管线、排水管线、气水分离器 等。
[0019]在本专利技术的一个优选的实施例中，本专利技术的控制降压抽采瓦斯的系统还具有： 一个瓦斯流量计，用以计量产气量。
[0020]在本专利技术的另一个优选的实施例中，本专利技术的控制降压抽采瓦斯的系统，需要 时，还具有一个负压抽采设备。
[0021]所述控制降压抽采瓦斯的井口装置具有一个四通、一个放压油嘴、一个压力表 和四个阀门。
[0022]所述压裂管线分为第一段压裂管线和第二段压裂管线。
[0023]所述气管线分为第一段气管线和第二段气管线。
[0024]所述控制降压抽采瓦斯的井口装置，共有四个连接端口，第一连接端口与第一 段压裂管线的一端连接，所述第一段压裂管线的另一端与所述煤层钻孔的孔口连 接；第二连接端口与第二段压裂管线的一端连接，第二段压裂管线的另一端与放 置在地面的压裂设备连接；第三连接端口与所述压力表连接，用于观察煤层钻孔 孔口压力变化的情况；第四连接端口与所述放压油嘴连接。在各个连接端口与其 各自连接的管线或设备之间各设置一个阀门。所述放压油嘴通过第一段气管线与 所述气水分离器连接，所述气水分离器具有两个出口，第一出口与所述排水管线 连接，第二出口与所述第二段气管线连接。
[0025]所述瓦斯流量计可选择性地使用，可以设置在所述第二段气管线上。
[0026]在煤层压力处于0mPa时，可以使用负压抽采设备，所述负压抽采设备可以连 接在所述第二段气管线的末端。
[0027]所述负压抽采设备包括负压抽采电机和负压抽采管线，所述负压抽采电机安装 在所述负压抽采管线的出气端。
[0028]所述负压抽采设备还可以包括一个负压调节阀门，用以调整负压的强度，所述 负压抽采设备可以设置在井下，也可以设置在地面。所述负压调节阀门安装在所 述负压抽采电机和所述负压抽采管线之间。
[0029]施工时，设置在地面的煤层压裂设备，向压裂管线中注高压水，水顺压裂管线 注
入到井下的煤层钻孔中，高压水的冲击力将煤层压裂，然后通过压裂管线灌砂， 支撑压裂的煤层缝隙，压裂施工完毕。在煤层压裂施工前，关闭所述井口装置的 所述第四连接端口与所述放压油嘴之间的第四阀门；压裂施工后，关闭所述井口 装置的第二连接端口与所述第二段压裂管线之间的第二阀门，打开所述井口装置 的所述第四连接端口与所述放压油嘴之间的第四阀门，观察井口压力表。所述井 口装置通过所述放压油嘴控制煤层中水、气的压力，进行放压抽采操作。
[0030]本专利技术排水、抽气过程分为四个阶段，即1)放压排液阶段，2)临界解吸阶 段，3)正压抽采阶段和4)负压抽采阶段，其中前三个阶段都可以通过调节所述 放压油嘴来控制抽采，第四个阶段可启动所述负压抽采设备抽采。
[0031](三)有益效果
[0032]本专利技术的上述技术方案具有以下有益效果：
[0033]1、地面无抽采设备，不存在设备的用电问题，为节能减排提供保障；
[0034]2、瓦斯抽采量可增加一倍以上，相应减少甲烷(瓦斯)排放，煤矿采煤中甲 烷排放减少一半以上；
[0035]3、瓦斯抽采效率提高3倍以上，抽采达标时间缩短1倍以上；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种井下煤层压裂后控制降压抽采瓦斯的系统，所述系统包括：煤层钻孔孔口(1)；一个井口装置(2)，所述井口装置(2)具有控制降压的功能，所述井口装置(2)包括一个四通(10)、第一阀门(11)、第二阀门(12)、第三阀门(13)、第四阀门(14)、一个压力表(15)和一个放压油嘴(16)；压裂设备(3)；压裂管线(4)，所述压裂管线(4)分为第一段压裂管线(4.1)和第二段压裂管线(4.2)，所述第一段压裂管线(4.1)的一端与所述四通(10)连接，另一端与所述煤层钻孔孔口(1)连接；排水管线(5)；气水分离器(6)；气管线(7)，所述气管线(7)分为第一段气管线(7.1)和第二段气管线(7.2)，所述第一段气管线(7.1)的一端与所述放压油嘴(16)连接，所述第一段气管线(7.1)的另一端与所述气水分离器(6)的入口端连接，所述第二段气管线(7.2)的一端与所述气水分离器(6)的出气端口连接，所述排水管线(5)与所述气水分离器(6)的出水端口连接；所述四通(10)具有四个连接端口，第一连接端口(17)与所述第一段压裂管线(4.1)连接，第二连接端口(18)与所述第二段压裂管线(4.2)连接，第三连接端口(19)与所述压力表(15)连接，第四连接端口(20)与所述放压油嘴(16)连接；所述第一阀门(11)设置在所述第一连接端口(17)与所述第一段压裂管线(4.1)之间；所述第二阀门(12)设置在所述第二连接端口(18)与所述第二段压裂管线(4.2)之间，所述第三阀门(13)设置在所述第三连接端口(19)与所述压力表(15)之间，所述第四阀门(14)设置在所述第四连接端口(20)与所述放压油嘴(16)之间；所述控制降压抽采瓦斯的系统，除所述压裂设备(3)外，其他均可设置在煤矿井下。2.一种根据权利要求1所述的井下煤层压裂后控制降压抽采瓦斯的系统，其中，所述系统进一步包括一个瓦斯流量计(8)，所述瓦斯流量计(8)设置在所述第二段气管线(7.2)接近瓦斯气出口的位置上。3.一种根据权利要求1或2所述的井下煤层压裂后控制降压抽采瓦斯的系统，其中，所述系统还进一步包括负压抽采设备(9)，所述负压抽采设备(9)包括负压抽采电机(9.1)、负压抽采管线(9.2)，所述负压抽采电机(9.1)设置在井下或井上，所述负压抽采管线(9.2)与所述第二段气管线(7.2)出气端口连接。4.一种根据权利要求3所述的井下煤层压裂后控制降压抽采瓦斯的系统，其中，所述负压抽采设备(9)进一步包括一个负压调整阀门(9.3)，用以控制抽采负压的强度。5.一种井下煤层压裂后控制降压抽采瓦斯的方法，所述方法使用一种控制降压抽采瓦斯系统，所述控制降压抽采瓦斯系统具有煤层钻孔孔口(1)、井口装置(2)、压裂设备(3)、压裂管线(4)、排水管线(5)、气水分离器(6)、气管线(7),所述系统的各个设备和管线，除所述压裂设备(3)外，其他均可设置在煤矿井下；所述井口装置(2)包括一个四通(10)、第一阀门(11)、第二阀门(12)、第三阀门(13)、第...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁志波，赵生山，贾佳妮，高健，屈会南，
申请(专利权)人：北京九尊能源技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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