一種提高煤層氣地面鉆井穩(wěn)定性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用在煤層氣開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種提高煤層氣地面鉆井穩(wěn)定性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國煤層氣開發(fā)領(lǐng)域，地面鉆井抽采煤層氣是高效抽采煤層氣方法之一，但這種方法投入巨大，需要有充分的經(jīng)濟回收保證，同時絕大多數(shù)地面鉆井無法做到“一井多用”，鉆井利用率低，這是因為在采動影響階段，井身圍巖發(fā)生劇烈變形，繼而造成井身變形、堵塞，使得煤層氣井在采動影響期和采后穩(wěn)定期發(fā)生閉孔現(xiàn)象，無法繼續(xù)抽采煤層氣。要做到煤層氣井“一井多用”，不僅要有合理的煤層氣工業(yè)規(guī)劃，更重要的是提高煤層氣井的抽采效率和井身穩(wěn)定性。在采動影響期，隨煤層開采，上覆巖層發(fā)生冒落、彎曲、斷裂，從上至下依次形成緩沉帶、裂隙帶、冒落帶，傳統(tǒng)的煤層氣鉆井布置于冒落帶或裂隙帶內(nèi)，在水平和豎直方向受應(yīng)力影響會隨巖石一同發(fā)生劇烈變形，因此提高煤層氣井井身穩(wěn)定性就是要提高井身的水平和豎直方向的抗變形能力。
[0003]泡沫混凝土是通過化學或物理的方式，根據(jù)應(yīng)用需要將空氣或氮氣、二氧化碳、氧氣等氣體引入混凝土漿體中，經(jīng)過合理養(yǎng)護，而形成的含有大量細小封閉氣孔，并具有相當強度的混凝土制品，具有輕質(zhì)高強、變形能力好、沖擊能量吸收性能好、滲透性好的特點。泡沫混凝土自上世紀30年代，由瑞典人開發(fā)研制，在挪威大舉成功，在歐、美地區(qū)迅速取得廣泛的應(yīng)用。我國從建國初期泡沫混凝土由前蘇聯(lián)傳入我國，目前已在建筑、煤炭等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，但是目前尚未有泡沫混凝土應(yīng)用于煤層氣地面鉆井。
[0004]根據(jù)煤層氣地面鉆井在采動期的變形破壞特性與泡沫混凝土的特點，可在煤層氣井鉆井期輸送泡沫混凝土，在吸收采動期圍巖水平變形沖擊能量的同時又不影響巖層或煤層的滲透性；在鉆井軸向安裝變形裝置，抵抗巖層豎直變形。通過上述措施提高井身的水平和豎直方向的抗變形能力，實現(xiàn)煤層氣地面鉆井“一井多用”，提高煤層氣地面鉆井利用率，降低煤層氣井的全壽命周期成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的問題是克服目前煤層氣地面鉆井在地下煤炭開采期受采動影響導致的井身變形、閉孔等現(xiàn)象，提高煤層氣地面鉆井的穩(wěn)定性，繼而實現(xiàn)煤層氣井的“一井多用”。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供了一種提高煤層氣地面鉆井穩(wěn)定性的方法，包括如下步驟:
[0008](I)利用水力噴射鉆孔設(shè)備在煤層氣開發(fā)區(qū)域的地表處對鉆井進行擴井，水力噴射鉆孔設(shè)備即基于水動力學的動量-沖量定律，當高壓流體通過噴嘴時，液流的壓強被噴嘴轉(zhuǎn)換為動量，以高速射流射出，而沖擊目標物。此時，動量在瞬時被轉(zhuǎn)換為沖量，在沖擊力作用下底層巖石被剝蝕破損；擴井即利用鉆井設(shè)備將原始鉆井孔徑擴大；
[0009](2)擴井段高度為開采煤層的冒落帶高度，擴井段直徑為鉆井孔徑的8?10倍，擴井段即利用鉆井設(shè)備將原始鉆井孔徑擴大后，具有一定高度和擴大后的鉆井孔徑的空間范圍；
[0010](3)擴井完成后向擴井段輸送泡沫混凝土，待泡沫混凝土成形后，利用鉆井設(shè)備按照原始鉆井孔徑，從井口進入鉆孔，鉆穿泡沫混凝土至首次鉆井井頭處，鉆井成型后安裝外層套管、內(nèi)層抽采管以及篩管；
[0011](4)在篩管與內(nèi)層抽采管之間安裝軸向變形裝置。
[0012]該方法施工簡單，費用較低，同時提高了煤層氣鉆井的穩(wěn)定性，使煤層氣井在采動影響期和采后穩(wěn)定期不受巖層運動的影響發(fā)生閉孔、堵塞現(xiàn)象，真正可實現(xiàn)煤層氣地面鉆井的“一井多用”，提高煤層氣鉆井的利用率，降低了煤層氣鉆井的全壽命周期費用，間接的降低了煤層氣地面鉆井的開發(fā)成本。
[0013]步驟(I)中所述的煤層氣鉆井孔徑為1.2?2米。
[0014]步驟⑴中所述擴井操作中鉆井深度達到煤層頂板上方3?5米處。
[0015]步驟⑵中所述的礦井的冒落帶高度利用煤礦冒落帶高度經(jīng)驗公式確定，即當煤層傾角小于54°時，若直接頂抗壓強度σ彡20MPa，冒落帶高度H1= (I?2)M，M為采高；若直接頂抗壓強度20MPa ( σ ( 40MPa，冒落帶高度H2= (3?4)M ;若直接頂抗壓強度40MPa彡σ彡60MPa，冒落帶高度H3= (4?5)M。
[0016]步驟(3)中所述輸送操作中輸送體積為擴井段體積的1.5?2倍。采用擴井與輸送泡沫混凝土的方法，擴井增加煤層氣井的水平抗壓空間，充分發(fā)揮泡沫混凝土吸收沖擊能力強和滲透性好的特點，提高煤層氣鉆井的抗水平變形能力。
[0017]步驟(4)中所述軸向變形裝置為彈簧。采用加裝軸向變形裝置的方法，通過高強彈簧的變形能力，結(jié)合煤層開采后上覆巖層的運動特點，賦予煤層氣鉆井中的篩管軸向變形能力。
[0018]上述的提高煤層氣地面鉆井穩(wěn)定性的方法要求在煤層開采前完成煤層氣鉆井成井作業(yè)。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020](I)本發(fā)明針對煤層氣鉆井穩(wěn)定性的抗水平變形能力，采用擴井與輸送泡沫混凝土的方法，擴井增加煤層氣井的水平抗壓空間，同時可增大抽采段的滲透性，輸送泡沫混凝土則充分發(fā)揮了其吸收沖擊能力強和滲透性好的特點。在煤層開采后的采動影響和采后穩(wěn)定期，利用擴井帶來的水平抗壓空間和泡沫混凝土的沖擊吸收性能，將本來直接作用于煤層氣鉆井抽采管的沖擊動能吸收降低，大大提高了煤層氣鉆井的抗水平變形能力。
[0021](2)本發(fā)明針對煤層氣鉆井穩(wěn)定性的抗豎直變形能力，采用加裝軸向變形裝置的方法，通過高強彈簧的變形能力，結(jié)合煤層開采后上覆巖層的運動特點，賦予煤層氣鉆井中的篩管軸向變形能力。在煤層開采后，上覆巖層彎曲、垮落、沉陷后，煤層氣鉆井的篩管部分可隨巖層運動改變軸向長度，既能適應(yīng)巖層的軸向拉伸，也能適應(yīng)巖層的軸向壓縮。
[0022](3)本發(fā)明與傳統(tǒng)的煤層氣鉆井相比增加的擴井方法、泡沫混凝土制備及輸送工藝均施工簡單，費用較低，同時提高了煤層氣鉆井的穩(wěn)定性，使煤層氣井在采動影響期和彩后穩(wěn)定期不受巖層運動的影響發(fā)生閉孔、堵塞現(xiàn)象，真正可實現(xiàn)煤層氣地面鉆井的“一井多用”，提高煤層氣鉆井的利用率，降低了煤層氣鉆井的全壽命周期費用，間接的降低了煤層氣地面鉆井的開發(fā)成本。
【附圖說明】
:
[0023]圖1是本發(fā)明的煤層氣地面鉆井施工過程豎向剖面圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的煤層開采前煤層氣地面鉆井的豎向剖面圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的煤層開采后煤層氣地面鉆井的豎向剖面圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的擴井段的水平剖面圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的泡沫混凝土地面配制及泵送設(shè)備系統(tǒng)。
[0028]其中:1 一水力噴射鉆孔設(shè)備，2—鉆頭，3—直接頂，4一采煤層，5—鉆井井頭，6—泡沫混凝土地面配制及泵送設(shè)備系統(tǒng)，7—泡沫混凝土，8—外層套管，9一內(nèi)層抽采管，10—篩管，11—軸向變形裝置，12—尚強度彈簧，13—上料口，14—攪拌機，15—發(fā)泡劑，16—發(fā)泡裝置，17—出料