[发明专利]一种松软低渗煤层长钻孔定向分段压裂高效瓦斯抽采方法

说明书

本发明公开了一种松软低渗煤层长钻孔定向分段压裂高效瓦斯抽采方法，该方法首先通过千米钻机由煤层底板岩巷穿过煤层向顶板岩层钻设水平压裂孔，并控制水平压裂孔在距煤层顶界0.5~1米的岩层中；然后，在水平压裂孔段分段向下定向射孔沟通下部目标煤层，并采用水力喷射分段压裂技术对目标煤层进行逐级压裂；水平压裂孔压裂完成后，排液过程中再在目标煤层中钻设排水采气孔，且采用全套管护孔技术，边钻进边下套管护孔；最后，对水平压裂孔和排水采气孔进行封孔、排液，待液位降低后，排水采气孔作为抽采孔抽采瓦斯。本发明可有效克服松软低渗煤层瓦斯抽采钻孔成孔难、压裂增透效果差、压裂液堵塞裂缝等问题，实现对松软低渗煤层的高效瓦斯抽采。

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯抽采技术领域，具体是一种松软低渗煤层长钻孔定向分段压裂高效瓦斯抽采方法。

背景技术

在煤矿开采中，矿井瓦斯灾害一直是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一。松软低透气性煤层的瓦斯抽采是制约我国煤矿安全、高效生产的主要因素，也是制约我国煤层气高效开采的主要因素。我国煤层普遍地质赋存条件差、硬度低、瓦斯含量高、透气性低，且随着煤矿开采深度的增加，深部煤层高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量、低透气性、煤质松软的特性将更加显著，这就导致深部松软低渗煤层的瓦斯治理和安全高效生产面临巨大的挑战。松软低渗煤层因煤质松软、煤层的透气性也很差，且煤层瓦斯吸附能力高，导致很难从煤层中抽出瓦斯，这一特点给煤层的安全高效开采和煤层瓦斯抽采带来了极大困难。因此，松软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。

目前，矿井瓦斯治理最普遍、最有效的技术手段为煤层瓦斯预抽，通过向煤层中布置大量的瓦斯抽采钻孔，将赋存于煤层中的瓦斯提前抽采出来，以满足煤矿的安全高效开采。煤矿井下煤层瓦斯预抽采主要采取穿层钻孔和顺层钻孔等方式，但对于深部松软低渗煤层，由于煤质松软、透气性极低，想要将瓦斯从煤层中高效抽采出来，必须首先对煤层进行增透，提高其透气性。然而，在松软低渗煤层中钻孔很难成孔，钻孔深度也会受到很大限制，且易出现卡钻、钻孔坍塌堵塞、下套管难等问题，施工风险高。针对上述问题，目前较好的解决办法是在煤层顶板岩层中布置水平长钻孔，然后再定向水力压裂对煤层进行增透，高效抽采煤层瓦斯，但该方法面临压裂液排出困难的问题，煤层压裂后压裂液很难有效从煤层中排出，导致压裂液滞留在煤层裂缝中，使得煤层中的瓦斯不能从裂缝中顺利进入瓦斯抽采钻孔，这就造成虽然对松软低渗煤层进行了水力压裂增透，但由于压裂液不能有效排出堵塞裂缝，大大降低了煤层的增透效果和瓦斯抽采效率。因此，针对目前松软低渗煤层瓦斯抽采钻孔成孔难、压裂增透效果差、压裂液不能有效排出、瓦斯抽采效率低等难题，研发一种可靠、有效的松软低渗煤层长钻孔定向分段压裂高效瓦斯抽采方法是十分迫切需要的。

发明内容

本发明为了实现对松软低渗煤层的定向分段压裂增透、有效排放压裂液和高效抽放瓦斯，从而有效保障松软低渗煤层的瓦斯抽采效率和矿井的安全高效开采的问题，提供一种松软低渗煤层长钻孔定向分段压裂高效瓦斯抽采方法。

本发明采取以下技术方案：一种松软低渗煤层长钻孔定向分段压裂高效瓦斯抽采方法，包括以下步骤。

S100～在松软低渗煤层底板岩层中开掘底板岩巷，从底板岩巷穿过煤层向顶板岩层钻设水平压裂孔，并控制水平压裂孔在距煤层顶界0.5~1.0米的岩层中。

S200～水平压裂孔钻设完成后，退出钻具，清水冲洗水平压裂孔，然后下入壁厚大于4mm刚性套管至水平压裂孔底部，每2根刚性套管连接一组扶正器，保证刚性套管居中和封固质量。

S300～向水平压裂孔和刚性套管之间的环形空间注入石油G级水泥浆，加入速凝剂，返浆至孔口并侯凝，对水平压裂孔进行水泥浆封堵固孔。

S400～侯凝24h后进行二开钻进，然后进行原钻头通钻孔，用3个钻孔容积以上清水循环冲洗钻孔，钻孔冲洗完成后起出钻具，配合下入完孔工具，试验合格后撤出钻孔设备。