專利名稱：井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤層氣(或稱瓦斯)的抽采方法，特別是一種低滲透的單一煤 層、或煤層群抽采煤層氣的方法。
背景技術(shù)：
煤礦瓦斯已成為煤炭生產(chǎn)的重大安全隱患，由于中國(guó)煤層滲透性極低，如 何有效地抽采煤層瓦斯是全國(guó)所有煤礦面臨的重大技術(shù)難題，幾乎全國(guó)所有煤 礦為瓦斯預(yù)抽采付出了巨大的努力與代價(jià)而收效甚微。
公知的煤礦瓦斯對(duì)單一煤層或煤層群的主要抽采方法有煤礦巷道內(nèi)的本 煤層鉆孔抽采、鄰近煤層穿層鉆孔抽釆，或頂層巷道抽采方法等；地面實(shí)施的 垂直井及其相配套的壓裂抽采方法、地面實(shí)施的多分支水平井抽采方法。這些 常規(guī)方法對(duì)于較低滲透的煤層幾乎沒(méi)有什么效果。
目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者研究了溫度對(duì)煤體中瓦斯解吸速度的影響規(guī)律。雖 然研究發(fā)現(xiàn)溫度能提高煤體中的瓦斯解吸速度，但研究的溫度大多在3CTC 70
i:之間。其結(jié)果對(duì)于快速、高效開(kāi)采煤層氣沒(méi)有產(chǎn)生特別影響。因此，也未提 出相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用方法。
中國(guó)專利200710145879.9公開(kāi)了 "一種煤層氣開(kāi)采新技術(shù)"，該技術(shù)通過(guò) 建立連通地面和煤層的豎井，然后將煤層氣燃燒后的高溫氣體注入進(jìn)氣井加熱 煤層，對(duì)采出的混合氣體進(jìn)行分離。目前，由于快速高效氣體分離技術(shù)尚不成 熟，特別是二氧化碳與甲烷氣體的分離技術(shù)難度大，使得該技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)工業(yè) 生產(chǎn)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有煤層氣抽采方法的不足，提供一種井上下聯(lián)合 注熱抽采煤層氣的方法。能夠大面積、簡(jiǎn)易可靠、高效地、高抽采率地實(shí)施煤 層、特別是低滲透煤層的煤層氣的預(yù)抽采，從根本上解決煤礦瓦斯災(zāi)害與煤層 氣開(kāi)采難題。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
一種井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于從地面向煤層實(shí)施 垂直鉆井進(jìn)入煤層，在井下沿煤層實(shí)施抽采用通道，然后密閉抽采用通道，形 成井下抽采系統(tǒng)，由地面垂直井向煤層注入過(guò)熱水蒸氣或過(guò)熱水，驅(qū)替煤層氣 沿煤層流動(dòng)進(jìn)入井下抽采用通道，再將抽采的煤層氣輸送到地面煤層氣系統(tǒng)。
所述的垂直鉆井至少一口，兩口以上時(shí)，單排布置，位于井下兩條抽采用 通道的中部，垂直井間距50-1000m。
所述的過(guò)熱水蒸氣、或過(guò)熱水是8(TC 30(TC高溫過(guò)熱水蒸氣或過(guò)熱水。
所述的垂直鉆井的結(jié)構(gòu)是垂直井進(jìn)入煤層后，煤層段設(shè)置能與煤層間做 流動(dòng)通道的套管，煤層以上的巖層段設(shè)置雙層環(huán)空管，并用耐高溫的水泥固井。
所述的煤層段設(shè)置的套管，對(duì)于單煤層是一種花管，對(duì)于煤層群是一種單 層套管。
所述的抽采用通道，對(duì)于單一主采煤層而言，是實(shí)施與煤層開(kāi)采大巷斜交 或正交的沿煤層施工至少兩條平行的抽采巷道，巷道間距200m以上。
所述的抽采用通道，對(duì)于煤層群而言，是實(shí)施與煤層開(kāi)采大巷斜交或正交 的沿主采煤層施工至少兩條平行的抽采巷道，巷道間距200m以上，沿抽采巷道 向主采煤層的上下鄰近煤層施工抽采鉆孔。
所述的抽采用通道，對(duì)于單一主采煤層而言，是實(shí)施與煤層開(kāi)采大巷斜交 或正交的沿煤層施工至少兩條平行的超長(zhǎng)鉆孔，間距200m以上。
所述的抽采用通道，對(duì)于煤層群而言，是實(shí)施與煤層開(kāi)采大巷斜交或正交 的沿每一個(gè)較厚的煤層都要施工至少兩條平行的超長(zhǎng)鉆孔，間距200m以上。
本發(fā)明所述的井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，通過(guò)對(duì)煤層加熱，降低 煤對(duì)煤層氣的吸附性，加速煤層氣的解吸，由于游離氣體迅速增多，大幅度增 大了煤層氣壓力；同時(shí)，煤體加熱后會(huì)產(chǎn)生許多新的熱破裂裂縫，同步增大了 煤層的滲透性，從而提高了煤層，特別是低滲透煤層的煤層氣抽采率和抽采速 度。由于采用井上下的聯(lián)合方案，從而實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模地、大面積地、簡(jiǎn)易并可 靠地實(shí)施低滲透的單一煤層、或煤層群中煤層氣的抽采。由于采用井下密閉的、 集中的抽采系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高純度煤層氣的開(kāi)采和抽采系統(tǒng)的集約化生產(chǎn)，從而根絕了復(fù)雜的、分散的、低安全性、低可靠性、高生產(chǎn)成本的現(xiàn)行技術(shù)的弊端。


圖1是本發(fā)明針對(duì)單一煤層施工抽采巷道和注熱井的平面布置圖； 圖2是圖1的C-C剖面圖3是本發(fā)明針對(duì)單一煤層施工超長(zhǎng)鉆孔和注熱井的平面布置圖； 圖4是圖3的C-C剖面圖5是本發(fā)明針對(duì)煤層群施工抽采巷道、鄰近煤層抽采鉆孔和注熱井的平 面布置圖6是圖5的A—A剖面圖； 圖7是圖5的D—D剖面圖8是本發(fā)明針對(duì)煤層群施工超長(zhǎng)鉆孔和注熱井的示意圖平面布置圖9是圖8的A—A剖面圖10是圖8的D—D剖面圖11是本發(fā)明針對(duì)單一煤層施工一口注熱井和抽采巷道的平面布置圖； 圖12是圖11的C-C剖面圖。
下面結(jié)合附圖通過(guò)較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
如圖l、 2所示， 一種井上下聯(lián)合注熱抽采單一煤層煤層氣的方法，在一個(gè) 厚度為10m，埋藏深度100m的近水平的單一煤層中，采用本發(fā)明布置了兩口垂 直注熱井l，井間距600m，與井下大巷3垂直，各鉆井鉆至煤層6中，頂板巖 層段5下設(shè)雙層環(huán)空管8，煤層段6下設(shè)花管14，沿雙層環(huán)空管8的外層采用 耐高溫的水泥9固井。施工兩條抽采巷道2，使之與兩口注熱井1的連線平行， 并與大巷3垂直，在大巷入口處4密閉抽采巷道2。按照常規(guī)方法，通過(guò)密閉的 抽采巷道安設(shè)抽采煤層氣泵站和排水系統(tǒng)，以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
具體抽采步驟如下
1) 將300° C的過(guò)熱水蒸汽通過(guò)注熱井l注入煤層6;
2) 注入煤層的過(guò)熱水蒸氣沿煤層向注入井周圍滲流，迅速加熱煤層，煤層
5在高溫作用下，賦存于煤層中的煤層氣迅速解吸成游離煤層氣，在水蒸氣的驅(qū)
動(dòng)下，滲流傳輸?shù)匠獒娤锏溃?br> 3) 經(jīng)抽采巷道的冷凝和分離后，煤層氣經(jīng)抽采泵排到地面煤層氣系統(tǒng)，水 沿排水管排出抽采巷道2。
4) 隨著過(guò)熱水蒸氣的不斷注入煤層，注熱井1和抽采巷道2控制區(qū)域內(nèi)的 煤體被加熱，煤層中的煤層氣被采出，即可停止注熱。
實(shí)施例2:
如圖3、 4所示， 一種井上下聯(lián)合注熱抽采單一煤層煤層氣的方法，在一個(gè) 厚度為10m，埋藏深度100m的近水平的單一煤層中，采用本發(fā)明布置了兩口垂 直注熱井l，井間距600m，兩井的連線與井下大巷3垂直，且平行于兩條抽采 超長(zhǎng)鉆孔IO，各鉆井鉆至煤層6中，頂板巖層段5下設(shè)雙層環(huán)空管8，煤層段6 下設(shè)花管14，沿雙層環(huán)空管8的外層采用耐高溫的水泥9固井。施工兩條抽采 超長(zhǎng)鉆孔IO，使之與兩口注熱井l的連線平行，并與大巷3垂直，在抽采超長(zhǎng) 鉆孔入口處16密閉抽采超長(zhǎng)鉆孔10。按照常規(guī)方法，通過(guò)密閉的抽采超長(zhǎng)鉆孔 安設(shè)抽采煤層氣泵站和排水系統(tǒng)，以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
具體抽采步驟如下
1) 將80° C的過(guò)熱水蒸汽通過(guò)注熱井1注入煤層6;
2) 注入煤層的過(guò)熱水蒸氣沿煤層向注熱井l周圍滲流，迅速加熱煤層6， 煤層在高溫作用下，賦存于煤層中的煤層氣迅速解吸成游離煤層氣，在水蒸氣 的驅(qū)動(dòng)下，滲流傳輸?shù)匠獒姵L(zhǎng)鉆孔10;
3) 抽采超長(zhǎng)鉆孔10的煤層氣經(jīng)抽采泵排到井下大型煤層氣系統(tǒng)，煤層氣 與水分離后排到地面煤層氣系統(tǒng)，水排在井下巷道。
4) 隨著過(guò)熱水蒸氣的不斷注入煤層，注熱井1和抽采超長(zhǎng)鉆孔10控制區(qū) 域內(nèi)的煤體被加熱，煤層中的煤層氣被采出，即可停止注熱。
實(shí)施例3:
如圖5、 6、 7所示， 一種井上下聯(lián)合注熱抽采煤層群煤層氣的方法，其煤 層厚度分別為主采煤層6m、上鄰近煤層1.5 m和下鄰近煤層lm，上鄰近煤層與 主采煤層間距3m，下鄰近煤層與主采煤層間距4m，為主采煤層埋藏深度400m的近水平煤層群，采用本發(fā)明布置了兩口垂直注熱井l，井間距800m，與井下 大巷3垂直，各鉆井鉆至煤層6， 11, 12中，頂板巖層段5下設(shè)雙層環(huán)空管8， 煤層段6下設(shè)單層套管15，沿雙層環(huán)空管8和單層套管15的外層采用耐高溫的 水泥9固井，固井后在各煤層段做煤層與套管間的連通通道。施工兩條抽采巷 道2，使之與兩口注熱井l的連線平行，并與大巷3垂直。沿抽采巷道2的頂板 巖層段5、底板7，施工上下鄰近煤層的抽釆鉆孔13后，在大巷入口處4密閉 抽采巷道2。按照常規(guī)方法，通過(guò)密閉的抽采巷道，安設(shè)抽采煤層氣泵站和排水 系統(tǒng)，以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 具體抽采步驟如下
1) 將300° C的過(guò)熱水通過(guò)注熱井1注入煤層6， 11， 12;
2) 注入煤層的過(guò)熱水沿煤層向注熱井周圍滲流，迅速加熱煤層，煤層在高 溫作用下，賦存于煤層中的煤層氣迅速解吸成游離煤層氣，在過(guò)熱水的驅(qū)動(dòng)下， 滲流傳輸?shù)匠椴上锏?;
3) 經(jīng)抽采巷道的冷凝和分離后，煤層氣經(jīng)抽采泵排到地面煤層氣系統(tǒng)，水 沿排水管排出抽采巷道；
4) 隨著過(guò)熱水的不斷注入煤層，注熱井和抽采巷道控制區(qū)域內(nèi)的煤體被加 熱，煤層中的煤層氣被采出，即可停止注熱。
實(shí)施例4:
如圖8、 9、 IO所示， 一種井上下聯(lián)合注熱抽采煤層群煤層氣的方法，其煤 層厚度分別為主采煤層6m、上鄰近煤層1. 5 m和下鄰近煤層lm，上鄰近煤層與 主采煤層間距3m，下鄰近煤層與主采煤層間距4m，為主采煤層埋藏深度400m 的近水平煤層群，釆用本發(fā)明布置了兩口垂直注熱井l，井間距800m，與井下 大巷3垂直，各鉆井鉆至煤層6， 11, 12中，頂板巖層段5下設(shè)雙層環(huán)空管8， 煤層段6下設(shè)單層套管15，沿雙層環(huán)空管8和單層套管15的外層采用耐高溫的 水泥9固井，固井后在各煤層段做煤層與套管間的連通通道。沿主采煤層和上 下鄰近煤層分別施工抽采超長(zhǎng)鉆孔10，與大巷3斜交60。角，使之與兩口注熱 井l的連線基本平行。在抽采超長(zhǎng)鉆孔入口處16封孔。按照常規(guī)方法，通過(guò)密 閉的抽采超長(zhǎng)鉆孔IO，安設(shè)抽采煤層氣泵站和排水系統(tǒng)，以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。具體抽采步驟如下
1) 將80° C的過(guò)熱水通過(guò)注熱井1注入煤層6， 11,12;
2) 注入煤層的過(guò)熱水沿煤層向注入井周圍滲流，迅速加熱煤層，煤層在高 溫作用下，賦存于煤層中的煤層氣迅速解吸成游離煤層氣，在過(guò)熱水的驅(qū)動(dòng)下， 滲流傳輸?shù)街鞑擅簩雍蜕舷锣徑簩拥某椴沙L(zhǎng)鉆孔；
3) 抽采超長(zhǎng)鉆孔的煤層氣經(jīng)抽采泵排到地面煤層氣系統(tǒng)，水沿排水管排出 抽采鉆孔。
4) 隨著過(guò)熱水的不斷注入煤層，注熱井和抽采巷道控制區(qū)域內(nèi)的煤體被加 熱，煤層中的煤層氣被采出，即可停止注熱。
實(shí)施例5:
如圖ll、 12所示， 一種井上下聯(lián)合注熱抽采單一煤層煤層氣的方法，在一 個(gè)厚度為10m，埋藏深度100m的近水平的單一煤層中，采用本發(fā)明布置了一口 垂直注熱井l，與井下大巷3距離500m，位于兩條抽采巷道2中部，鉆井鉆至 煤層6中，頂板巖層段5下設(shè)雙層環(huán)空管8，煤層段6下設(shè)花管14,沿雙層環(huán) 空管8的外層采用耐高溫的水泥9固井。施工兩條平行的抽采巷道2，與大巷3 垂直，使注熱井1位于兩條抽采巷道2的中部，在大巷入口處4密閉抽采巷道2。 按照常規(guī)方法，通過(guò)密閉的抽采巷道，安設(shè)抽采煤層氣泵站和排水系統(tǒng)，以及 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
具體抽采步驟如下
1) 將150° C的過(guò)熱水蒸汽通過(guò)注熱井1注入煤層6;
2) 注入煤層的過(guò)熱水蒸氣沿煤層向注熱井周圍滲流，迅速加熱煤層，煤層 在高溫作用下，賦存于煤層中的煤層氣迅速解吸成游離煤層氣，在水蒸氣的驅(qū) 動(dòng)下，滲流傳輸?shù)匠椴上锏溃?br> 3) 經(jīng)抽采巷道的冷凝和分離后，煤層氣經(jīng)抽采泵排到地面煤層氣系統(tǒng)，水 沿排水管排出抽采巷道。
4) 隨著過(guò)熱水蒸氣的不斷注入煤層，注熱井和抽采巷道控制區(qū)域內(nèi)的煤體 被加熱，煤層中的煤層氣被采出，即可停止注熱。
權(quán)利要求
1. 一種井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于從地面向煤層實(shí)施垂直鉆井進(jìn)入煤層，在井下沿煤層實(shí)施抽采用通道，然后密閉抽采用通道，形成井下抽采系統(tǒng)，由地面垂直井向煤層注入過(guò)熱水蒸氣或過(guò)熱水，驅(qū)替煤層氣沿煤層流動(dòng)進(jìn)入井下抽采用通道，然后再將抽采的煤層氣輸送到地面煤層氣系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于 所述的垂直鉆井至少一口，兩口以上時(shí)，單排布置，位于井下兩條抽采用通道 的中部，垂直井間距50-1000m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井上下聯(lián)合注熱抽釆煤層氣的方法，其特征在于 所述的過(guò)熱水蒸氣、或過(guò)熱水是8(TC 30(TC高溫過(guò)熱水蒸氣或過(guò)熱水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于 所述的垂直鉆井的結(jié)構(gòu)是垂直井進(jìn)入煤層后，煤層段設(shè)置能與煤層間做流動(dòng) 通道的套管，煤層以上的巖層段設(shè)置雙層環(huán)空管，并用耐高溫的水泥固井。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于 所述煤層段設(shè)置的套管，對(duì)于單煤層是一種花管，對(duì)于煤層群是一種單層套管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于 所述的抽采用通道，對(duì)于單一主采煤層而言，是實(shí)施與煤層開(kāi)采大巷斜交或正 交的沿煤層施工至少兩條平行的抽采巷道，巷道間距200m以上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于 所述的抽采用通道，對(duì)于煤層群而言，是實(shí)施與煤層開(kāi)采大巷斜交或正交的沿 主采煤層施工至少兩條平行的抽采巷道，巷道間距200m以上，沿抽采巷道向主 采煤層的上下鄰近煤層施工抽采鉆孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于 所述的抽采用通道，對(duì)于單一主采煤層而言，是實(shí)施與煤層開(kāi)采大巷斜交或正 交的沿煤層施工至少兩條平行的抽采超長(zhǎng)鉆孔，間距200m以上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法，其特征在于 所述的抽采用通道，對(duì)于煤層群而言，是實(shí)施與煤層開(kāi)采大巷斜交或正交的沿 每一個(gè)較厚的煤層都要施工至少兩條平行的抽采超長(zhǎng)鉆孔，間距200m以上。
全文摘要
井上下聯(lián)合抽采煤層氣的方法，涉及煤層氣(或稱瓦斯)的抽采技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明可以解決煤層、特別是低滲透煤層的煤層氣的預(yù)抽采技術(shù)難題。一種井上下聯(lián)合注熱抽采煤層氣的方法是從地面向煤層實(shí)施垂直鉆井進(jìn)入煤層，在井下沿煤層實(shí)施抽采用通道，然后密閉抽采用通道，形成井下抽采系統(tǒng)，由地面垂直井向煤層注入過(guò)熱水蒸氣或過(guò)熱水，驅(qū)替煤層氣沿煤層流動(dòng)進(jìn)入井下抽采用通道，然后再將抽采的煤層氣輸送到地面煤層氣系統(tǒng)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，能夠大面積、簡(jiǎn)易可靠、高效地、高抽采率地實(shí)施煤層、特別是低滲透煤層的煤層氣的預(yù)抽采，從根本上解決煤礦瓦斯災(zāi)害與煤層氣開(kāi)采難題。
文檔編號(hào)E21B43/30GK101503957SQ20091007374
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者馮增朝, 趙陽(yáng)升 申請(qǐng)人:趙陽(yáng)升