[实用新型]一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构

说明书

技术领域

本实用新型属于煤矿采空区瓦斯地面抽采技术领域，具体是一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构。

背景技术

煤矿瓦斯主要成分是CH₄（甲烷），是一种与煤炭伴生的清洁、高效能源。在采煤后形成的采空区中，仍然赋存有大量的瓦斯，可供继续抽采利用。由于CH₄（甲烷）密度低于空气，通常优先积聚在顶板裂隙带内及采空区上部，通过地面钻井方式抽采相比井下抽采，具有抽采浓度高、利用简便、成本低等优势，是一个具有广阔发展前景的新兴领域。英国、德国、美国已形成了相关产业，而我国尚处于起步和探索阶段，煤与煤层气共采国家重点实验室正在开发相关技术。

采空区内瓦斯主要以游离态和吸附态存在，赋存于采空区内裂隙空间和残留煤炭中，储层压力很低，仅为kPa级。CH₄（甲烷）在浓度和压力梯度驱动下从残煤中自然解吸，是采空区游离态瓦斯补给的主要途径。采空区内残煤一旦被积水淹没，其自然解吸过程将极大削弱直至停止，导致瓦斯抽采井产量迅速下降直至不产气。因此，必须排出采空区内积水，才能实现连续、稳定产气。以往需要在矿井不同位置分别施工单独的排水井和瓦斯抽采井，钻井投资和后期运行维护成本较高。

发明内容

本发明为了解决同时排出采空区积水和抽采采空区瓦斯的技术问题，提供了一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构。

本实用采取以下技术方案：一种排水采气一体化采空区瓦斯抽采井井身结构，包括井深结构部分和设备部分，其中井深结构部分包括设置在最上层的一开套管，一开套管底部连接二开套管，二开套管设置在含水层的深度位置，二开套管底部连接三开筛管，三开筛管设置在采空区及裂隙带的深度位置，三开筛管的底部设置在井底位置；设备部分包括设置在一开套管、二开套管以及三开筛管内的油管，油管顶部设有出水口，油管下部设有排水泵，油管底部设有吸水口，一开套管顶部为井口，井口位置处设有油管悬挂及密封装置，瓦斯抽采泵与井口连通。

一开套管的直径大于二开套管的直径。二开套管的直径大于三开筛管的直径。

采用三开钻井工艺：一开钻至地表松散层下的稳固基岩层后下入套管固井；二开钻遇采空区上方裂隙后立即止钻，判断标准是钻井循环介质（钻井液或压缩空气）漏失止钻，然后下入井内窥视仪查明裂隙带上方含水层的数量、深度，随后从二开孔底向上依次填入0.5m长木塞、黄沙封堵，黄沙填入的深度直至最下面一层含水层下方1m处，形成人工井底，然后从人工井底直至地表下入二开套管固井，达到封固全部含水层的目的；三开钻透二开底部黄沙、木塞后继续向采空区钻井，依次钻穿裂隙带、冒落带、采空区空间，直至煤层底板以下15m完钻。随后从二开套管底部内2m处直至孔底下入筛管完井。筛管起到保护孔壁、防止坍塌的作用，筛管的孔眼作为井筒与裂隙带、采空区连通的通道，同时作为积水、瓦斯流通通道。

在抽采井完井后，根据采空区内积水量和所需排水量的不同，在孔内下入抽油泵、电潜泵或螺杆泵抽排采空区积水，积水经泵抽排后沿油管排至地表，达到排水目的。采空区和裂隙带内瓦斯，则经由筛管孔眼、油管外壁与套管内壁之间的环形空间，由地表的负压抽采设备抽取，达到采气目的。通过以上步骤，实现气水分采、一井两用的目的。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：1、避免了单独施工抽水井和瓦斯抽采井，用一种井型达到了两种井型的效果，节约钻井和运行维护成本；2、可有效地封固采空区裂隙带上方含水层，避免采空区上覆含水岩层涌水流入采空区；3、可解决采空区内冒落碎石堆积带来的塌孔堵塞问题，保持井筒稳固，实现井筒与裂隙带、采空区空间的持续有效连通；4、井筒内下入排水泵排水的同时，在地面利用负压设备抽采采空区内积聚瓦斯，实现气水分离、气水共采。

综合来说，该井身结构设计合理，可同时实现采空区积水抽排井和采空区瓦斯抽采井两类井的功能，以一口井达到两口井的使用效果，有效降低投资成本。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图中1-一开套管，2-二开套管，3-三开筛管，4-含水层，5-采空区及裂隙带，6-采空区积水，7-井底，a-，b-油管悬挂及密封装置，c-井口，d-瓦斯抽采泵，e-油管，f-排水泵，g-吸水口。

具体实施方式