[发明专利]一种微L型长寿命防破坏采动井的井身结构的钻井方法

说明书

一种微L型长寿命防破坏采动井的井身结构及其钻井方法，属于煤矿采动区瓦斯地面抽采技术领域，可解决常规采动直井在采煤过程中受顶板剧烈位移影响易破坏、寿命短的问题。本发明将井口从工作面回风巷内侧上方挪至工作面回风巷外侧3‑5米处的煤柱上方，并在顶板裂隙带上方80‑100米处向工作面内侧定向造斜，形成“微L”型井身结构，分为三开结构，分段固井。综合来说，该井身结构设计合理，可以较低的成本实现大幅提高井身结构稳定性、显著提高钻井服役寿命和瓦斯抽采量的效果。

技术领域

本发明属于煤矿采动区瓦斯地面抽采技术领域，具体涉及一种微L型长寿命防破坏采动井的井身结构及其钻井方法。

背景技术

工作面采煤后形成的“O型圈”是采动卸压瓦斯流动的主要通道，也是卸压瓦斯抽采的主要区域。常规采动直井通常布置在回风巷内侧40m以内的区域，主要抽采工作面采煤过程中的卸压瓦斯。因其井身结构完全位于工作面内，受采动影响剧烈，井筒很容易被顶板的剧烈位移和变形挤压、剪切破坏，难以长时间保持井筒畅通。

目前的采动区地面钻井一般为直井，从高效抽采卸压瓦斯角度考虑，需要把钻井布置在工作面内的回风巷内侧区域。但在采煤过程中，该区域上覆岩层水平位移变形较大，对钻井的破坏作用较强，特别是在煤厚较大、采用一次采全高工艺的采煤工作面，钻井往往在工作面推过井底后不久即被破坏，极大缩短了采动井抽采周期。

经统计，目前采用的采动井直井，抽采寿命一般为20-50天左右，通常在工作面推过钻井井底80-150米后即被破坏。抽采寿命短、抽采总量低成为制约采动井大范围推广的最大症结，如何有效提升采动井井筒稳定性成为行业性难题。

发明内容

本发明针对常规采动直井在采煤过程中受顶板剧烈位移影响易破坏、寿命短的问题，提供一种微L型长寿命防破坏采动井的井身结构及其钻井方法。

一种微L型长寿命防破坏采动井的井身结构，包括依次连接的钻井井口、竖直段和弯曲段，其中，钻井井口位于工作面外回风巷外侧3-5m处的煤柱上方地表，竖直段位于顶板裂隙带上方80-100m处，弯曲段向回风巷内侧区域工作面方向倾斜，弯曲段的终孔段位于回风巷内侧20-40m范围。

所述弯曲段的水平截面的面积为直井的2-3倍。

一种微L型长寿命防破坏采动井的井身结构的钻井方法，在采煤工作面回采之前施工钻井，采用三开钻井工艺，具体包括如下步骤：

第一步，将钻井井口由工作面内回风巷内侧上方地表挪至工作面外回风巷外侧3-5米处的煤柱上方地表，一开钻至地表松散层下的稳固基岩内10m后下入套管固井；

第二步，二开根据矿区实际情况判断顶板裂隙带高度，垂直向下钻进至顶板裂隙带上方80-100米处止钻，以避开钻孔破坏高危段，下入套管固井；

第三步，三开采用定向钻井工艺，向工作面回风巷内侧区域定向造斜，钻遇工作面内煤层止钻，裸眼或下入筛管完井，三开井段终孔处位于回风巷内侧20-40米区域，即“O型圈”内的顶板冒落裂隙带瓦斯富集区。

第一步中所述一开采用D311.15mm钻头，钻至地表松散层下的稳固基岩层内10m，以避免套管下陷、松散层坍塌、渗水，然后下入D273.05mm套管固井。

第二步中所述二开根据矿区实际情况判断顶板裂隙带高度，采用D241.3mm钻头钻进至顶板裂隙带上方80-100米处止钻，下入D193.7mm套管固井。

第三步中所述三开采用定向钻井工艺、D171.5mm钻头，裸眼或下入D139.7mm筛管完井。

相比采动井原本采用的位于工作面内、直井井型设计，微L型采动井一开和二开井段处于工作面外煤柱上方，三开井段为倾斜形态，水平截面积约为直井的2-3倍，可以承受更大的顶板水平剪切位移（为钻井破坏主要原因），更加不容易被剪切破坏堵死（类似于斜着切黄瓜，黄瓜片更大），可显著延长钻井抽采寿命，提高瓦斯抽采总量。