[发明专利]用于从地面通到地下矿层的方法和系统

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US 99/27494，国际申请日为1999 年11月19日，进入中国国家阶段的申请号为99815570.5，名称为“用于从地 表面接近地下矿藏的方法和系统”的发明专利申请的分案申请。

发明的技术领域

本发明总的涉及地下矿藏的开采，更具体地涉及用于从地表面接近地下矿 藏的方法和系统。

发明背景

许多年来，对于含有大量携带的甲烷气体的煤的地下矿藏，在从煤层中得 到甲烷气体是受到限制的。但是，大量的问题阻碍了更广泛的开发和使用煤层 中的甲烷气体。从煤层中得到甲烷气体的首要问题是煤层可能延伸上至几千英 亩的较大区域，煤层在深度上相当浅，从几英寸到几米。因此，尽管煤层常常 相当接近地表面，但钻入到煤层中用于获得甲烷气体的竖直井仅能在煤层中排 放相当小的半径范围。另外，对于经常用来从岩层中增加甲烷气体产量的压力 断裂和其他方法，煤层是不可修复的。其结果是，一旦生产从煤层中的竖直井 可容易排放出的气体，进一步的生产在量上就受到了限制。此外，煤层经常与 地下水相关，地下水必须从煤层中排出以生产甲烷。

水平钻井型式已被尝试用来延伸暴露于用于气体收集的钻孔的煤层的量。 但是，这样的水平钻井技术需要使用从煤层中除去携带的水存在困难的辐射的 (radiused)井眼。从地下井中抽取水的最有效的方法-抽吸杆式泵在水平或 辐射的井眼中不能很好地工作。

从煤层中在地表面生产气体的另一问题是由于煤层的多孔性造成的欠平 衡钻井状态所引起的困难。在竖直和水平地表钻井操作中，钻井流体用来将钻 屑从井眼移送到地表面。钻井流体在岩层上施加一流体静压，如果它超过岩层 所能承受的流体静压，这将致使钻井流体丧失到岩层中。这使得所携带的细小 岩屑进入到岩层中，从而易于阻塞产生气体所需的孔、裂缝和裂痕。

作为从煤层中进行地表生产甲烷气体的这些困难的结果，在开采之前必须 从煤层中移走的甲烷气体已通过使用地下方法从煤层中移开。尽管使用地下方 法可从煤层中容易地除去水并消除欠平衡钻井状况，但它们仅能够接近通过当 前的开采操作暴露的有限量的煤层。例如，在进行长壁开采时，地下钻井设备 用来钻凿从正在被开采的面进入到而后将被开采的相邻面中的水平孔。地下钻 井设备的局限限制了这些水平孔的到达范围，由此限制了能够有效排水的区域 。此外，下一个面的脱气在当前面的开采中限制了脱气时间。其结果是，必须 钻凿许多水平孔以在有限的时间段内除去气体。另外，在较高的气体含量或气 体通过煤层移动的情况下，需要中止或延迟开采，直到下一个面被充分地脱气 。这些生产上的延迟增加了与使煤层脱气相关的成本。

发明概述

本发明提供了用于从地表面接近地下矿藏的一改进的方法和系统，该方法 或系统基本消除或减少了与现有系统和方法相关的缺点和问题。具体讲，本发 明提供了带有贯穿一水平腔体井的排水型式的一分段的井(articulated well) 。该排水型式提供了从地表面到较大地下区域的通路，而竖直腔体井允许有效 地移开和/或产生携带的水、碳氢化合物及其他沉积物。

按照本发明的一个实施例，用于从地表面接近地下层的一方法包括从地表 面到该地下层钻凿出一大致竖直的井。从地表面到该地下层钻凿出一分段的井 。该分段的井在地表面处水平偏离大致竖直的井，并在邻近地下层的汇合处贯 穿该大致竖直的井。通过分段的井钻凿从汇合处进入到地下层中的一大致水平 的排水型式。

按照本发明的另一方面，该大致水平的排水型式包括一羽状型式，该羽状 型式具有从界定被排水型式覆盖的一区域的第一端的该大致竖直的井延伸至 该区域的一远端的一大致水平的对角井眼。第一组大致水平的边侧井眼彼此间 隔开地从该对角井眼延伸至位于该对角井眼的第一侧上的该区域的边界。第二 组大致水平的边侧井眼彼此间隔开地从该对角井眼延伸至位于该对角井眼的 相对的第二侧上的该区域的边界。

按照本发明的另一方面，用于准备一地下层以进行开采的一方法使用了大 致竖直的井和分段的井以及该排水型式。水通过该排水型式从地下层排放到大 致竖直井的汇合处。通过该大致竖直的井将水从汇合处抽吸到地表面。通过大 致竖直的井和分段的井中的至少一个从该地下层产生气体。在完成脱气之后， 通过该排水型式将水和其他附加物注入到地下层中来进一步准备该地下层。