專利名稱：一種水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦防治水方法，特別是一種水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法。
背景技術(shù)：
煤層底板突水是一種復(fù)雜的地質(zhì)及采動(dòng)影響現(xiàn)象，是煤層下覆承壓水沖破底板隔水層的阻隔，以突發(fā)、緩發(fā)或滯發(fā)的形式進(jìn)入采空區(qū)或工作面，造成礦井涌水量增加甚至淹沒礦井的自然災(zāi)害?；茨系V區(qū)位于華北型煤田邊緣、淮河南岸。礦區(qū)主要發(fā)育上元古界震旦系、下古生界寒武系、奧陶系、上古生界石炭系、二疊系地層，其中寒武系、奧陶系與石炭系太原組碳酸鹽巖是礦區(qū)的主要巖溶地層，富含巖溶水。礦區(qū)開采煤層屬二迭系山西組和石盒子組，自下而上分A、B、C組，A組煤含1、2、3煤三層，1、3兩層都可采，總厚IOm左右，A組煤資源17億噸，全區(qū)賦存穩(wěn)定，煤質(zhì)優(yōu)良。其中1煤平均厚度為6. 99m，底板隔水層厚度平均17. 67m ；受構(gòu)造影響地段，平均厚度僅為5. 72m，灰?guī)r水頭壓力6. 25 6. IMpa,向深部增大，具有開采煤層厚度大、底板隔水層厚度小、灰?guī)r水頭壓力大的特點(diǎn)，而奧陶系灰?guī)r含水層與石炭系太原組灰?guī)r含水層是A組煤開采的主要突水含水層。因此為實(shí)現(xiàn)A組煤安全開采，必須對(duì)煤層底板巖溶水害進(jìn)行有效防治，同時(shí)也以實(shí)現(xiàn)A、B、C組同采，減緩礦井延深速度，減輕深部高瓦斯、高地壓、高地濕的治理壓力，其防治效果也直接關(guān)系到高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和礦井安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，該方法通過在灰?guī)r層段采用裸眼完井的方式，增加了灰?guī)r層段的裸露面積，減少了灰?guī)r巖溶水流入井筒的阻力，另外由于礦區(qū)巖溶地層碳酸鹽巖主要由碳酸鹽類礦物組成，徑向鉆孔作業(yè)采用鹽酸溶液作為射流流體，可進(jìn)一步提供徑向孔眼的導(dǎo)滲能力，增強(qiáng)灰?guī)r巖溶水的排水效果。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明提供了一種水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，包括以下步驟(1)在灰?guī)r頂板上部鉆直井并下入金屬套管固井，再鉆開灰?guī)r層段裸眼完井；(2)利用修井機(jī)下入導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀；(3)利用連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備下入射流噴頭在灰?guī)r層段進(jìn)行水力噴射徑向鉆孔，由連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭的前向噴嘴所產(chǎn)生的水力能量沖蝕切割地層，同時(shí)在射流噴頭的后向噴嘴產(chǎn)生的“自牽引力”作用下，射流噴頭自動(dòng)前進(jìn)，從而建立起地層與井筒間溝通通道。(4)起出導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀，下入螺桿泵抽排灰?guī)r巖溶水。優(yōu)選地，所述步驟(1)中，包括由表土層至基巖面以下30米的深度下入第一層金屬套管固井，之后，穿過第一層金屬套管再下入第二層金屬套管至灰?guī)r頂板上部固井。優(yōu)選地，所述步驟(1)中，包括穿過第二層套管鉆開灰?guī)r層段至灰?guī)r底板以下100 米，裸眼完井。優(yōu)選地，所述步驟O)中，包括導(dǎo)鞋出口方位的確定及作業(yè)深度的校定；測井電纜通電啟動(dòng)陀螺測斜儀后，利用修井機(jī)將連接在作業(yè)油管下端的導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀下入到目標(biāo)深度，測量出導(dǎo)鞋出口方位及校定作業(yè)深度，可通過在地面上旋轉(zhuǎn)作業(yè)油管以及配接油管短接對(duì)導(dǎo)鞋出口方位和作業(yè)深度進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，利用連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備從作業(yè)油管內(nèi)下入連續(xù)油管，在連續(xù)油管前端依序連接有由噴射軟管和射流噴頭組成的噴射管串，噴射管串在導(dǎo)鞋內(nèi)通道的引導(dǎo)下由垂直轉(zhuǎn)向水平，由連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭的前向噴嘴所產(chǎn)生的水力能量沖蝕切割地層，當(dāng)射流噴頭進(jìn)入地層后，在射流噴頭的后向噴嘴產(chǎn)生的“自牽引力”作用下，噴射管串自動(dòng)前進(jìn)，待徑向孔眼鉆進(jìn)長度達(dá)到設(shè)計(jì)長度后，緩慢回收噴射管串，以使射流噴頭后向噴嘴產(chǎn)生的水力能量切割地層擴(kuò)孔，從而形成一個(gè)具有一定直徑，且達(dá)到一定鉆進(jìn)長度的徑向孔眼，從而建立起地層與井筒間溝通通道。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，射流流體為濃度9% -15%的鹽酸溶液。優(yōu)選地，所述步驟中，徑向水力噴射鉆孔結(jié)束后，起出導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀，再下入洗井管柱洗井，清除井筒內(nèi)的巖屑直至井筒內(nèi)清潔，然后下入螺桿泵抽排灰?guī)r巖溶水。本發(fā)明的有益效果 1.本發(fā)明由于灰?guī)r層段采用裸眼完井方式，使得灰?guī)r層段裸露面積大，灰?guī)r巖溶水流入井筒內(nèi)的阻力小。2.本發(fā)明所采用的射流流體為酸液，由于礦區(qū)巖溶地層碳酸鹽巖主要由方解石 (CaCO3)、白云石(MgCa(CO3)2)等碳酸鹽類礦物組成，采用鹽酸溶液進(jìn)行噴射作業(yè)，可增大徑向孔眼的導(dǎo)滲能力，同時(shí)增強(qiáng)灰?guī)r巖溶水的抽排效果。3.本發(fā)明通過在灰?guī)r層段可進(jìn)行多層次多方位的噴射作業(yè)，從而增加灰?guī)r巖溶水的有效供給范圍。


圖1為本發(fā)明煤層底板灰?guī)r層段水力噴射徑向鉆孔示意中標(biāo)號(hào)1第一層金屬套管；2基巖面；3第二層金屬套管；4煤層底板灰?guī)r層段； 5徑向孔眼；6作業(yè)油管；7連續(xù)油管；8噴射軟管；9導(dǎo)鞋；10射流噴頭；11測井電纜；12陀螺測斜儀。圖2為本發(fā)明煤層底板灰?guī)r層段徑向孔眼平面示意3為本發(fā)明煤層底板灰?guī)r巖溶水抽排示意中標(biāo)號(hào)13螺桿泵。
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明提供一種水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水方法，該方法至少包括以下步驟步驟一在灰?guī)r頂板上部鉆直井并下入金屬套管固井，再鉆開灰?guī)r層段4裸眼完井；如圖1所示，在該步驟一中包括由表土層至基巖面2以下30米的深度下入第一層金屬套管1固井，再穿過第一層金屬套管1下入第二層金屬套管3至灰?guī)r頂板上部固井，然
4后鉆開灰?guī)r層段4，裸眼完井，所述第二層金屬套管3的外徑小于第一層金屬套管1的內(nèi)徑， 所述灰?guī)r層段4裸眼孔徑小于第二層金屬套管3內(nèi)徑。步驟二 利用修井機(jī)下入導(dǎo)鞋9和陀螺測斜儀12 ；如圖1所示，將陀螺測斜儀12連接在導(dǎo)鞋9下端，測井電纜11通電啟動(dòng)陀螺測斜儀12后，利用修井機(jī)將連接在作業(yè)油管6下端的導(dǎo)鞋9和陀螺測斜儀12下入到目標(biāo)深度， 測量出導(dǎo)鞋9出口方位以確定徑向鉆孔的方位角，同時(shí)校定導(dǎo)鞋9的下入深度，通過在地面井口旋轉(zhuǎn)作業(yè)油管6及配接油管短接來調(diào)整導(dǎo)鞋9出口方位角以及作業(yè)深度，所述導(dǎo)鞋9 外徑略小于灰?guī)r層段4裸眼孔徑，所述陀螺測斜儀12采用動(dòng)調(diào)試陀螺。步驟三利用連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備下入射流噴頭10在灰?guī)r層段4進(jìn)行水力噴射徑向鉆孔，由連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭10的前向噴嘴所產(chǎn)生的水力能量沖蝕切割地層，同時(shí)在射流噴頭10的后向噴嘴產(chǎn)生的“自牽引力”作用下，射流噴頭10自動(dòng)前進(jìn)，從而建立起地層與井筒間溝通通道；如圖1、圖2所示，利用連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備從作業(yè)油管6內(nèi)下入連續(xù)油管7，在連續(xù)油管7前端依序連接有由噴射軟管8和射流噴頭10組成的噴射管串，噴射管串在導(dǎo)鞋 9內(nèi)通道的引導(dǎo)下由垂直轉(zhuǎn)向水平，由連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭10的前向噴嘴所產(chǎn)生的水力能量沖蝕切割地層，當(dāng)射流噴頭10進(jìn)入地層后，在射流噴頭10的后向噴嘴的“自牽引力”作用下，噴射管串自動(dòng)前進(jìn)，待徑向孔眼5鉆進(jìn)長度達(dá)到設(shè)計(jì)長度后，緩慢回收噴射管串，以使射流噴頭10的后向噴嘴產(chǎn)生的水力能量切割地層擴(kuò)孔，從而形成一個(gè)具有一定直徑，且達(dá)到一定鉆進(jìn)長度的徑向孔眼5，所述射流流體為濃度9% -15%的鹽酸溶液。步驟四起出導(dǎo)鞋9和陀螺測斜儀12，下入螺桿泵13抽排灰?guī)r巖溶水；如圖3所示，徑向水力噴射鉆孔結(jié)束后，起出導(dǎo)鞋9和陀螺測斜儀12，再下入洗井管柱洗井，清除井筒內(nèi)的巖屑直至井筒內(nèi)清潔，然后下入螺桿泵13抽排灰?guī)r巖溶水。由上所述，本發(fā)明通過在灰?guī)r頂板上部鉆直井并下入金屬套管固井，再鉆開灰?guī)r層段4裸眼完井的方式，增加了灰?guī)r層段4的裸露面積，減少了巖溶水流入井筒內(nèi)的阻力； 由于礦區(qū)巖溶地層碳酸鹽巖主要由方解石(CaCO3)、白云石(MgCa(CO3)2)等碳酸鹽類礦物組成，徑向鉆孔作業(yè)采用鹽酸溶液作為射流流體，可進(jìn)一步提供徑向孔眼5的導(dǎo)滲能力，增強(qiáng)灰?guī)r巖溶水的排水效果。下面提供一個(gè)本發(fā)明水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板灰?guī)r巖溶水的方法的具體實(shí)例，以對(duì)該方法的實(shí)施及效果作出進(jìn)一步說明。西二 1井使用12 1/4英寸鉆頭一開鉆表土層至基巖面以下30米深，用95/8英寸石油套管固井；使用8 1/2英寸鉆頭二開至灰?guī)r頂板以上5米，用5 1/2英寸石油套管 (Φ139. 7mmX7. 72mm)固井；使用Φ 122mmPDC鉆頭三開鉆井至灰?guī)r底板以下100米，裸眼完井。利用連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備下入依次連接有1/2英寸的不銹鋼連續(xù)油管，1/2英寸的噴射軟管和1/2英寸的射流噴頭組成的噴射管串對(duì)目標(biāo)灰?guī)r層段進(jìn)行多層次、多方位的噴射作業(yè)，該井總計(jì)施工14個(gè)徑向水平孔眼，累計(jì)進(jìn)尺1400米。
權(quán)利要求
1.一種水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，包括以下步驟(1)在灰?guī)r頂板上部鉆直井并下入金屬套管固井，再鉆開灰?guī)r層段裸眼完井；(2)利用修井機(jī)下入導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀；(3)利用連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備下入射流噴頭在灰?guī)r層段進(jìn)行水力噴射徑向鉆孔，由連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭的前向噴嘴所產(chǎn)生的水力能量沖蝕切割地層，同時(shí)在射流噴頭的后向噴嘴產(chǎn)生的“自牽引力”作用下，射流噴頭自動(dòng)前進(jìn)，從而建立起地層與井筒間溝通通道；(4)起出導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀，下入螺桿泵抽排灰?guī)r巖溶水。
2.如權(quán)利要求1所述的水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特征在于 所述步驟(1)中，包括由表土層至基巖面以下30米的深度下入第一層金屬套管固井，再穿過第一層金屬套管下入第二層金屬套管至灰?guī)r頂板上部固井，然后鉆開灰?guī)r層段，裸眼完井，所述第二層金屬套管的外徑小于第一層金屬套管的內(nèi)徑，所述灰?guī)r層段裸眼孔徑小于第二層金屬套管內(nèi)徑。
3.如權(quán)利要求1所述的水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特征在于 所述步驟O)中，包括導(dǎo)鞋出口方位的確定及作業(yè)深度的校定，測井電纜通電啟動(dòng)陀螺測斜儀后，利用修井機(jī)將連接在作業(yè)油管下端的導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀下入到目標(biāo)深度，測量出導(dǎo)鞋出口方位及校定作業(yè)深度，可通過在地面上旋轉(zhuǎn)作業(yè)油管以及配接油管短接對(duì)導(dǎo)鞋出口方位和作業(yè)深度進(jìn)行調(diào)整，所述導(dǎo)鞋外徑略小于灰?guī)r層段裸眼孔徑，所述陀螺測斜儀采用動(dòng)調(diào)試陀螺。
4.如權(quán)利要求1所述的水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特征在于 所述步驟(3)中，利用連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備從作業(yè)油管內(nèi)下入連續(xù)油管，在連續(xù)油管前端依序連接有由噴射軟管和射流噴頭組成的噴射管串，噴射管串在導(dǎo)鞋內(nèi)通道的引導(dǎo)下由垂直轉(zhuǎn)向水平，由連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭的前向噴嘴所產(chǎn)生的水力能量沖蝕切割地層，當(dāng)射流噴頭進(jìn)入地層后，在射流噴頭的后向噴嘴的“自牽引力”作用下，噴射管串自動(dòng)前進(jìn)，待徑向孔眼鉆進(jìn)長度達(dá)到設(shè)計(jì)長度后，緩慢回收噴射管串，以使射流噴頭后向噴嘴產(chǎn)生的水力能量切割地層擴(kuò)孔，從而形成一個(gè)具有一定直徑，且達(dá)到一定鉆進(jìn)長度的徑向孔眼，以建立起地層與井筒間溝通通道。
5.如權(quán)利要求1所述的水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特征在于 所述步驟(3)中，所述射流流體為濃度9%-15%的鹽酸溶液。
6.如權(quán)利要求1所述的水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特征在于 所述步驟中，包括徑向水力噴射鉆孔結(jié)束后，起出導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀，再下入洗井管柱洗井，清除井筒內(nèi)的巖屑直至井筒內(nèi)清潔，然后下入螺桿泵抽排灰?guī)r巖溶水。
全文摘要
本發(fā)明為一種水力噴射徑向鉆孔治理煤層底板巖溶水的方法，該方法至少包括以下步驟(1)在灰?guī)r頂板上部鉆直井并下入金屬套管固井，再鉆開灰?guī)r層段裸眼完井；(2)利用修井機(jī)下入導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀；(3)利用連續(xù)油管徑向鉆孔設(shè)備下入射流噴頭在灰?guī)r層段進(jìn)行水力噴射徑向鉆孔，從而建立起地層與井筒間溝通通道。(4)起出導(dǎo)鞋和陀螺測斜儀，下入螺桿泵抽排灰?guī)r巖溶水。本發(fā)明在灰?guī)r層段采用裸眼完井的方式，增加了灰?guī)r層段的裸露面積，減少了灰?guī)r巖溶水流入井筒的阻力；另外由于礦區(qū)巖溶地層碳酸鹽巖主要由碳酸鹽類礦物組成，徑向鉆孔作業(yè)采用的射流流體為鹽酸溶液，可進(jìn)一步提供徑向孔眼的導(dǎo)滲能力，增強(qiáng)灰?guī)r巖溶水的排水效果。
文檔編號(hào)E21B47/04GK102155187SQ20111006866
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者吳剛, 王道串, 謝志雙 申請人:上海宏睿油氣田徑向井技術(shù)服務(wù)有限公司