[发明专利]一种氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法

说明书

技术领域

本发明属于低渗、高瓦斯含量的煤矿快速消突领域，涉及煤矿氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法。

背景技术

煤层气(瓦斯)是主要以吸附形态赋存于煤岩中的矿产资源，通过降压解吸从煤岩中脱离出来。中国西南地区煤储层大部分具有高瓦斯、低渗透、低含水的特点。煤层高瓦斯、低渗透的特点，需要通过储层改造，增加煤层的透气性，加快煤层气解吸；在煤层气开采中通常采用水力压裂进行储层改造，低含水的特点使得压入储层的液体在煤岩裂隙中无法完全排出，形成水锁效应；并且液体长期滞留于煤岩中引起粘土膨胀，反而堵塞渗流通道，严重影响煤层气降压解吸。煤层气无法快速排出，影响煤矿开采进度，同时给开采工作带来巨大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿氮气压裂及地面与地下联合抽排的消突方法，包括如下步骤：

1)选择待消突的区域；

2)根据巷道与地应力方向的夹角布置消突井位，进行钻井；

3)钻完井后，对煤层进行压裂，并通过井筒对煤层中的部分瓦斯进行地面抽采；

4)建立巷道与煤层间的瓦斯地下快速抽排通道，完成瓦斯的完全抽排。

优选的，所述步骤2)中消突井位的具体确定方法为：在地表情况允许的情况下，在靠近巷道的位置，沿最小地应力方向布置井位。在打井的过程中，优选选择沿最小地应力的方向进行布井，但是若已有巷道，考虑到井需要与巷道方便连通，应尽量在满足地应力的情况下，使井与巷道的位置近一些；另外，若最小地应力的表面有山等不方便施工的地形，需要尽量满足地应力的情况下避开上述不易施工地形。

优选的，所述钻井的过程中设置消突直井或消突水平井；

所述消突直井垂直于地层进行打井，多个消突直井的目的层靶点连线平行于所述采煤巷道；

所述消突水平井具有平行于地层的水平段，所述水平段的走向平行于采煤巷道且其长度不大于采煤巷道。

通过上述的设置，可更方便井与巷道之间建立相连通的通道，更有利于打井过程中形成的缝隙与巷道相连通。

优选的，所述钻完井方式可以为裸眼法或套管固井射孔法。研究发现，其他完井方式如套管不固井，不适用于本发明的工艺技术。

优选的，所述压裂具体为，采用裸眼封隔器或套管封隔器进行分层，在选定的煤层内采用氮气作为压裂介质逐层进行压裂施工，实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移的通道。研究发现，氮气在煤层中的渗透性比活性水更大。采用氮气作为压裂介质，可以增大压裂波及范围，更易形成与巷道沟通的裂缝。

优选的，所述地面抽采具体为设计压后放喷及抽采制度，安装排采设备，进行地面瓦斯抽采。

优选的，所述步骤4)具体为，在临近目标煤层的上、下岩石巷道或已开采的采煤巷道向目标煤层布置竖向钻孔；并在目标煤层采煤巷道工作面布置水平钻孔；所述压裂裂缝通过钻孔与巷道连通。煤层裂缝体系通过钻孔与巷道连通，建立煤层瓦斯与巷道的快速运移通道，通过负压抽排，可加速瓦斯解吸、排出。

优选的，监测指标包括消突过程中煤层瓦斯含量变化及抽采总量，检验指标包括煤层瓦斯含量和压力。检验煤层瓦斯含量和压力是的目的是测试其是否到达安全开采标准以下。

优选的，本发明的方法包括如下步骤：

1)根据煤矿地质资料，选择瓦斯含量不小于8m³/t，瓦斯压力不小于0.74MPa的煤储层作为待消突的区域；

2)在地表情况允许的情况下，在靠近巷道的位置，沿最小地应力方向布置井位，进行钻井，所述钻井的过程中设置消突直井或消突水平井；所述消突直井垂直于地层进行打井，多个消突直井的目的层靶点连线平行于所述采煤巷道；所述消突水平井具有平行于地层的水平段，所述水平段的走向平行于采煤巷道且其长度不大于采煤巷道；

3)采用裸眼法或套管固井射孔法钻完井后，对煤层进行压裂，所述压裂具体为，采用裸眼封隔器或套管封隔器进行分层，在选定的煤层内采用氮气作为压裂介质逐层进行压裂施工，实现井筒与煤层通过压裂裂缝沟通，建立瓦斯运移的通道，通过井对煤层中的部分瓦斯进行地面抽采；

4)在临近目标煤层的上、下岩石巷道或已开采的采煤巷道向目标煤层布置竖向钻孔；并在目标煤层采煤巷道工作面布置水平钻孔，所述压裂裂缝通过钻孔与巷道连通，通过负压完成瓦斯的完全抽采；

5)抽采完成后需对抽采效果进行监测指标和检验，监测指标包括消突过程中煤层瓦斯含量变化及抽采总量，检验指标包括煤层瓦斯含量和压力，以确保瓦斯抽合格；若不符合标准，继续进行抽排。

本发明的方法具有如下有益效果：