本發(fā)明涉及煤礦開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種上下同步抽采煤層氣的井群及其修筑方法。

背景技術(shù)：

目前，煤礦煤層氣抽排所采用技術(shù)方法包括直井抽采、叢式井抽采和地面u型連通井抽采。以上技術(shù)均存在以下技術(shù)問(wèn)題：

1)需要長(zhǎng)時(shí)間排采；

2)無(wú)法利用負(fù)壓排采；

3)抽采出的煤層氣需要地面管線；

4)需要增加處理排采水成本；

5)需要增加地面建設(shè)費(fèi)用；

6)抽采過(guò)程需要增加修井成本；

7)需要增加地面煤層氣管理成本；

8)需要增加地面煤層氣生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備成本；

9)需要增加地面煤層氣生產(chǎn)成本；

10)不能整體提高排采；

11)需要多打井。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種效率高、成本低的上下同步抽采煤層氣的井群及其修筑方法。

本發(fā)明提供一種上下同步抽采煤層氣的井群，包括主直井、直井群、水平井群及主水平井；

所述主直井沿縱向從地面伸入至少兩層煤層；

所述直井群包括多個(gè)分直井，多個(gè)所述分直井以所述主直井為中心間隔分布在所述主直井的圓周上，所述分直井沿縱向從地面伸入至少兩層所述煤層；

所述水平井群的井口距離所述主直井的距離大于所述直井群的井口距離所述主直井的距離，所述水平井群包括多個(gè)分水平井，多個(gè)所述分水平井以所述主直井為中心呈放射狀間隔分布在所述主直井的周圍，每個(gè)所述分水平井包括相互連通的傾斜段和水平段，傾斜段從地面向下傾斜伸入到所述分直井，所述水平段沿所述煤層連通所述分直井與所述主直井；

所述主水平井沿水平方向連通大巷和所述主直井。

進(jìn)一步地，所述分水平井對(duì)應(yīng)每層所述煤層又分為至少兩級(jí)，每級(jí)所述水平段對(duì)應(yīng)一層所述煤層。

進(jìn)一步地，對(duì)應(yīng)同一所述分直井的至少兩級(jí)所述分水平井共用一個(gè)井口。

進(jìn)一步地，每個(gè)所述分水平井與對(duì)應(yīng)的所述分直井位于同一放射線上。

進(jìn)一步地，所述煤層有2-5層。

本發(fā)明還提供一種用于上述任一項(xiàng)的上下同步抽采煤層氣的井群的修筑方法，包括以下步驟：

從地面距離所述大巷設(shè)定距離打入所述主直井；

以所述主直井為中心在所述主直井的第一設(shè)定圓周上打入所述直井群；

以所述主直井為中心在所述主直井的第二設(shè)定圓周上打入所述水平井群，所述第二設(shè)定圓周的半徑大于所述第一設(shè)定圓周的半徑；

從所述大巷沿水平方向向所述主直井打出所述主水平井。

進(jìn)一步地，所述主直井在每層所述煤層中的部分為第一對(duì)接連通腔體，所述直井群在每層所述煤層中的部分為第二對(duì)接連通腔體；

所述傾斜段左右偏離所述第二對(duì)接連通腔體的中心0.3m；

所述水平段左右偏離所述第二對(duì)接連通腔體的中心0.3m，并沿水平方向延伸到左右偏離所述第一對(duì)接連通腔體的中心0.3m的地方。

進(jìn)一步地，所述水平井左右偏離所述第一對(duì)接連通腔體的中心0.3m。

進(jìn)一步地，還包括以下步驟：

完成所述主直井、所述直井群、所述水平井群及所述主水平井后，再在所述主直井、所述直井群中下入直徑0.6m的擴(kuò)孔鉆頭對(duì)所述第一對(duì)接連通腔體、所述第二對(duì)接連通腔體擴(kuò)孔；

所述主直井、所述直井群、所述水平井群及所述主水平井通過(guò)所述第一對(duì)接連通腔體、所述第二對(duì)接連通腔體的擴(kuò)孔全部連通。

采用上述技術(shù)方案后，具有如下有益效果：

本發(fā)明由于通過(guò)主直井、直井群、水平井群及主水平井連通了上下至少兩層煤層，能夠?qū)崿F(xiàn)上下煤層的多點(diǎn)同時(shí)抽采煤層氣，能夠大規(guī)?？焖佟⒏咝岣呙旱V未掘區(qū)域的煤層氣抽采效果，效率高、成本低。

附圖說(shuō)明

參見(jiàn)附圖，本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容將變得更易理解。應(yīng)當(dāng)理解：這些附圖僅僅用于說(shuō)明的目的，而并非意在對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。圖中：

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中上下同步抽采煤層氣的井群的平面圖；

圖2是圖1的a-a處的縱剖面圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中上下同步抽采煤層氣的井群的修筑方法的流程圖。

附圖標(biāo)記對(duì)照表：

10-大巷20-主水平井30-第一煤層

40-第二煤層31-主直井32-分直井

41-分水平井211-水平井眼軌跡311-第一對(duì)接連通腔體

312-第一對(duì)接連通腔體321-第二對(duì)接連通腔體

322-第二對(duì)接連通腔體411-第一級(jí)水平段

412-第二級(jí)水平段413-第一級(jí)傾斜段414-第二級(jí)傾斜段

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可相互替換的多種結(jié)構(gòu)方式以及實(shí)現(xiàn)方式。因此，以下具體實(shí)施方式以及附圖僅是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說(shuō)明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或視為對(duì)發(fā)明技術(shù)方案的限定或限制。

在本說(shuō)明書(shū)中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、頂部、底部等方位用語(yǔ)是相對(duì)于各附圖中所示的構(gòu)造進(jìn)行定義的，它們是相對(duì)的概念，因此有可能會(huì)根據(jù)其所處不同位置、不同使用狀態(tài)而進(jìn)行相應(yīng)地變化。所以，也不應(yīng)當(dāng)將這些或者其他的方位用語(yǔ)解釋為限制性用語(yǔ)。

本實(shí)施例中，如圖1-2所示，上下同步抽采煤層氣的井群，包括主直井31、直井群、水平井群和主水平井20；

主直井31沿縱向從地面伸入第一煤層30和第二煤層40；

直井群包括多個(gè)分直井32，多個(gè)分直井32以主直井31為中心間隔分布在主直井31的圓周上，分直井31沿縱向從地面伸入第一煤層30和第二煤層40；

水平井群的井口距離主直井31的距離大于直井群的井口距離主直井31的距離，水平井群包括多個(gè)分水平井41，多個(gè)分水平井41以主直井31為中心呈放射狀間隔分布在主直井31的周圍，每個(gè)分水平井41包括相互連通的傾斜段和水平段，傾斜段從地面向下傾斜伸入到分直井32，水平段沿煤層連通分直井32與主直井31；

主水平井20沿水平方向連通大巷10和主直井31。

本實(shí)施例中，煤層有兩層，分別為第一煤層30和第二煤層40，井群設(shè)置的目的是為了抽采第一煤層30和第二煤層40中的煤層氣。因此所有的主直井31、直井群和水平井群都需要伸入到煤層中。

具體為，主直井31沿縱向從地面伸入第一煤層30和第二煤層40；

直井群也沿縱向從地面伸入第一煤層30和第二煤層40；

水平井群先從地面傾斜伸入到直井群與第一煤層30和第二煤層40的交界處，然后再在第一煤層30和第二煤層40中水平伸入直到到達(dá)主直井31與第一煤層30和第二煤層40的交界處。

其中，主直井31作為整個(gè)井群的中心，以主直井31為圓心，在主直井31的周圍畫(huà)出兩個(gè)設(shè)定圓周，第一設(shè)定圓周為直井群的井口的分布線，第二設(shè)定圓周為水平井群的井口的分布線，直井群的多個(gè)分直井32的井口在第一設(shè)定圓周上均勻間隔分布，水平井群的多個(gè)分水平井41的井口在第二設(shè)定圓周上均勻間隔分布。

這樣，整個(gè)井群均相通，以主直井31為中心形成了貫通上下煤層覆蓋整個(gè)抽采區(qū)域的井群。能夠?qū)崿F(xiàn)上下煤層的多點(diǎn)同時(shí)抽采煤層氣，能夠大規(guī)模快速、高效提高煤礦未掘區(qū)域的煤層氣抽采效果，效率高、成本低。

進(jìn)一步地，如圖2所示，分水平井41對(duì)應(yīng)每層煤層又分為兩級(jí)，每級(jí)水平段對(duì)應(yīng)一層煤層。

具體為，本實(shí)施例中，分水平井41包括第一級(jí)傾斜段413、第二級(jí)傾斜段414、第一級(jí)水平段411和第二級(jí)水平段412。

第一級(jí)傾斜段413從地面傾斜向下伸入到第一煤層30中，第一級(jí)水平段411在第一煤層30中水平延伸；

第二級(jí)傾斜段414從地面傾斜向下伸入第二煤層40中，第二級(jí)水平段412在第二煤層40中水平延伸。

進(jìn)一步地，如圖2所示，對(duì)應(yīng)同一分直井32的兩級(jí)分水平井41共用一個(gè)井口。

具體為，第一級(jí)傾斜段413和第二級(jí)傾斜段414從地面的同一井口向下傾斜伸入，但是各自的軌跡不同，第一級(jí)傾斜段413伸入到第一煤層30中，第二級(jí)傾斜段414伸入第二煤層40中。

進(jìn)一步地，如圖1所示，每個(gè)分水平井41與對(duì)應(yīng)的分直井32位于同一放射線上。

具體為，每條放射線從主直井31朝向各分水平井41延伸，每個(gè)分水平井41對(duì)應(yīng)的分直井32也位于同一條放射線上。對(duì)應(yīng)的分直井32是指，與分水平井41的傾斜段連通的分直井32。

本實(shí)施例中，煤層有兩層，煤層還可以有3-5層。當(dāng)煤層為3層時(shí)，主直井31和直井群需要伸入到第三煤層中，分水平井41也分為三級(jí)。其他煤層，以此類推。

本實(shí)施例中，如圖1-2所示，井群還包括主水平井20，主水平井20沿水平方向連通大巷10和主直井31。抽采煤層氣時(shí)，從大巷10處開(kāi)始抽采，煤層氣從各煤層經(jīng)過(guò)水平井群、直井群、主直井和主水平井匯集到大巷10中，實(shí)現(xiàn)快速、高效、大范圍抽采。

如圖3所示，本發(fā)明還提供一種用于上述上下同步抽采煤層氣的井群修筑方法，包括以下步驟：

步驟s301:從地面距離大巷設(shè)定距離打入主直井31；

根據(jù)計(jì)算，確定主直井31離大巷10的設(shè)定距離，按煤礦煤層氣抽排井施工，主直井31鉆穿需要連通第一煤層30和第二煤層40，并根據(jù)測(cè)斜結(jié)果計(jì)算出井眼位置坐標(biāo)。

根據(jù)鉆機(jī)的能力，設(shè)定距離為800-1500m。

步驟s302:以主直井31為中心在主直井31的第一設(shè)定圓周上打入直井群；

步驟s303:以主直井31為中心在主直井31的第二設(shè)定圓周上打入水平井群，第二設(shè)定圓周的半徑大于第一設(shè)定圓周的半徑；

根據(jù)地面條件及煤礦地質(zhì)情況，按區(qū)域煤層氣抽采影響直徑，在煤礦煤層走向及上傾方向，以礦層走向穿過(guò)主直井31需要連通的煤層位置坐標(biāo)為水平線，第一設(shè)定圓周和第二設(shè)定圓周上平均選取多口直井群及水平井群的井口。

第一設(shè)定圓周和第二設(shè)定圓周的圓弧長(zhǎng)度和井口的個(gè)數(shù)，根據(jù)煤層的滲透性進(jìn)行合理的分散布局，如果滲透性較好，則圓弧較長(zhǎng)、井口的個(gè)數(shù)較少；如果滲透性較差，則圓弧較短、井口的個(gè)數(shù)較多。

直井群均鉆穿需要連通的第一煤層30和第二煤層40，水平井群施工均首先定向造斜到第二煤層40，然后水平段沿第二煤層40的礦層方向延伸。然后，再抽回鉆具，定向造斜到第一煤層30，水平段沿第一煤層30礦層方向延伸。

具體為，主直井31在每層煤層中的部分為第一對(duì)接連通腔體(311、312)，直井群在每層煤層中的部分為第二對(duì)接連通腔體(321、322)；

傾斜段左右偏離第二對(duì)接連通腔體的中心0.3m；

水平段左右偏離第二對(duì)接連通腔體的中心0.3m，并沿水平方向延伸到左右偏離第一對(duì)接連通腔體的中心0.3m的地方，自煤層頂板下在煤層區(qū)沿煤層厚度1/3處進(jìn)行水平鉆進(jìn)。

這里的“左右偏離”是指沿圖2中第一對(duì)接連通腔體和第二對(duì)接連通腔體的左右方向偏離一定距離。由于第一對(duì)接連通腔體和第二對(duì)接連通腔體的直徑通常為0.2m，左右偏離第一對(duì)接連通腔體和第二對(duì)接連通腔體的中心0.3m時(shí)，水平井群的邊緣與第一對(duì)接連通腔體和第二對(duì)接連通腔體的邊緣之間還有0.1m的距離，水平井群此時(shí)與主直井和直井群還沒(méi)有連通。

如圖2所示，第二級(jí)傾斜段414首先傾斜向下伸入到向右偏離第二對(duì)接連通腔體322的中心0.3m處，然后第二級(jí)水平段412從向左偏離第二對(duì)接連通腔體322的中心0.3m處開(kāi)始，沿水平方向延伸到向右偏離第一對(duì)接連通腔體312的中心0.3m處，下入篩管完井。

然后，抽回鉆具，再?gòu)牡孛娑ㄏ蛟煨便@出第一級(jí)傾斜段413，第一級(jí)傾斜段413傾斜向下伸入到向右偏離第二對(duì)接連通腔體321的中心0.3m處，然后第一級(jí)水平段411從向左偏離第二對(duì)接連通腔體321的中心0.3m處開(kāi)始，沿水平方向延伸到向右偏離第一對(duì)接連通腔體311的中心0.3m處，下入篩管完井。完成了一組分水平井41的修筑。

步驟s304:從大巷10沿水平方向向主直井31打出主水平井20。

具體為，在大巷10內(nèi)沿第一煤層30開(kāi)掘工作面鉆一定長(zhǎng)度主水平井20，控制水平鉆進(jìn)，使大巷10內(nèi)的主水平井20的水平井眼軌跡211向左偏離主直井31的第一對(duì)接連通腔體311的中心0.3m，下入篩管，安裝井口與巷道內(nèi)排采管線連接，完井。

其中，水平井群與主水平井20的施工順序可以互換，且水平井群中各分水平井41的施工無(wú)先后順序。

較佳地，再在地面已完成的主直井31和分直井32安裝鉆機(jī)，下入直徑0.6m擴(kuò)孔鉆頭，分別對(duì)主直井31的第一對(duì)接連通腔體312、第一對(duì)接連通腔體311和分直井32的第二對(duì)接連通腔體322、第二對(duì)接連通腔體321進(jìn)行擴(kuò)孔；從而使大巷10內(nèi)的主水平井20與主直井31、直井群、水平井群在第一煤層30連通；以此類推，從而完成所有地面直井群和水平井群井上下同步抽采多層煤的煤層氣的井群修筑方法。

由于主水平井和水平井群的邊緣左右偏離第一對(duì)接連通腔體和第二對(duì)接連通腔體的中心0.3m，通過(guò)0.6m的擴(kuò)孔正好將主水平井和水平井群與第一對(duì)接連通腔體和第二對(duì)接連通腔體連通，也就實(shí)現(xiàn)了主水平井和水平井群與主直井和直井群的連通。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)排采時(shí)間明顯縮短；

2)充分利用井下原有負(fù)壓排采；

3)不再需要地面排采管線；

4)節(jié)約處理排采水成本；

5)節(jié)約地面建設(shè)費(fèi)用；

6)抽采過(guò)程節(jié)約修井成本；

7)節(jié)約地面煤層氣管理成本；

8)節(jié)約地面煤層氣生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備成本；

9)可以減少地面井施工數(shù)量，節(jié)約地面煤層氣生產(chǎn)成本。

最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、快速、高效提高煤礦未掘區(qū)域的煤層氣抽采效果。

以上所述的僅是本發(fā)明的原理和較佳的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，還可以做出若干其它變型，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。