[发明专利]一种连通地面与地下开采煤层气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连通地面与地下开采煤层气的方法。

背景技术

煤层气作为具有特定含义的专业术语已被广为认可。煤层气是以甲烷（CH₄）为主要成分的可燃气体，以吸附状态赋存在沉积盆地的煤层之中，利用现代探采技术可以将煤层中的气体排采、储集和利用。煤层气是一种洁净的气态燃料和化工原料。煤层气的开发利用可以减少煤矿开采中的灾害，可以减少甲烷向大气中排放的温室效应所造成的环境污染，是可以变害为宝的新型能源矿种。

通常在地面开采叫煤层气；在井下抽放叫瓦斯。实际上是一种物质，而叫法不同。

目前世界许多国家都在积极开采、利用煤层气，主要采用地面、地下分别开采的方式进行。

（1）地面开采：是指煤层气公司，经过地质评价选区——主要是选择煤层含气量较高，煤层渗透性较好的地区煤层，在地面采用石油钻探、开采技术——钻探（直井、斜井、水平井、U型井）、下套管、固井、射孔、压裂、排采，使得埋深地下数百米至上千米的煤层中的气体（煤层气），排放到井口的过程。一方面这些气，可以作为对天然气的补充，用作城市燃气、用来发电、用来生产液化天然气等；另一方面，提前采出煤层中的气体，便于在今后采煤时，防止瓦斯突出，降低煤矿风险，提高矿工安全。

（2）井下开采：是指煤矿在采煤前或采煤过程中，在巷到内所采用的瓦斯抽放、机械破碎释放瓦斯、水射流释放瓦斯等。井下开采煤层气，以与煤炭开采同步为主，采煤前开采为辅。一方面，减少瓦斯突出，提高采煤安全；另一方面，所采出的瓦斯气体，汇聚起来，可以利用。

（3）存在的弊端

地面开采煤层气，主要靠压裂，其目的是产生人造裂缝增加煤层的渗透性，利于煤层气的采出。但受限于煤体的性质——大部分非刚性等，使得压裂效果有限。一般，沿着主裂缝方向，延伸150到200米左右，而另一方向则只延伸几十米，而且这只是动态缝。因为，当井口一停泵，根据加砂（颗粒）或陶粒的多少、大小，则大部分裂缝会闭合。这时，实际上主裂缝方向可能不到150米。由此，一口井排采，所涉及到的范围会很有限。

井下排放瓦斯，大多数只是在采煤时，由于煤体破裂而释放出的气体，才被抽放。采煤前，虽然采用了水力射流、机械破碎等一些方法，但是，由于所影响范围局限，只能起到一部分作用。同时，井下瓦斯事故仍时不时地发生。

另外，当前，煤层段下油层套管、注水泥、固井，然后射孔。油层套管通常为外径：139.7mm，壁厚6.2～10.0mm不等的钢管，加上套管与井壁之间的水泥环，还有钻井过程中泥浆对油层的冲洗、浸泡形成的泥浆过渡带。射孔弹都要穿越这些无用地带，然后碰着煤层，当然碰着煤层时能力已经不强了，射穿煤层的深度必然有限。

针对前面提到的问题，怎样才能提高射孔穿透能力，及时发现和顺利开采出煤层气，是摆在面前的现实问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连通地面与地下开采煤层气的方法，以达到充分、快速的开采煤层气，最大限度降低安全风险的目的。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：连通地面与地下开采煤层气的方法，包括以下步骤：

1）从地面向煤层实施垂直钻井，直至钻穿所述煤层，形成一地面直井；从巷道煤层开采处实施水平钻孔，形成一地下水平井；

2）在步骤1）中形成的所述地面直井内进行地面压裂处理，产生一主裂缝并向着采煤处延伸；同时，在所述地下水平井内进行井下压裂处理产生一从裂缝并向着地面钻井方向延伸，所述主裂缝与从裂缝在延伸过程中形成对接，互相贯穿，压通煤层；

上述步骤的效果是，达到全面改善煤层渗透性能，最大限度使得煤层所含吸附气（地面钻井开采叫煤层气、井下打井开采叫瓦斯气）得以快速解吸、排采出来。从而，极大程度地减少煤层中含有吸附气的量，达到安全采煤的目的。同时，先行开采出来的煤层气，可以用来发电、生活用气、或变为LNG、CNG等，弥补能源紧缺的问题。

3）利用步骤2）中形成的主裂缝及从裂缝，在所述地面直井及地下水平井内对煤层气同时进行抽放。

上述步骤的效果是，同时抽放煤层气，达到快速、高效的目的。一方面提高采气速率、效果，另一方面大大降低瓦斯事故。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，在步骤1）中，所述进行垂直钻井前还包括井位选择步骤，所述井位选择在煤层前方150～200米的上方。

进一步，在步骤1）中，所述地面直井形成后，还包括对所述地面直井进行套管的步骤。