专利名称：煤层气井的反循环空气动力造穴设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于煤层气井完井技术领域，主要涉及的是一种煤层气井的反循环空
气动力造穴设备。
背景技术：
在已探明的煤炭储量中，低阶煤、碎裂煤及软煤层占有相当大的比重，而煤层中蕴 涵的丰富煤层气(主要成分为瓦斯)既是煤炭开采的主要安全隐患，又是一种新型的洁净 能源。目前采用的射孔、压裂排采技术对于低阶煤层，因其闭合强度低，压裂所形成的裂逢 易重新闭合而不能达到排采目的。对于碎裂煤，裂逢主要沿煤层中软弱结构面发展，因结 构面中存在细粒煤粉，易堵塞压裂所形成的裂逢，所以很难达到排采目的；机械洞穴完井排 采工艺，因其形成的洞穴小，所暴露的煤层表面积小，加之煤层渗透率低，不能实现低阶煤 及碎裂煤的排采目的；在低阶煤和碎裂煤层中施工水平分支井风险极大，主要是煤层软、破 碎，易坍塌发生钻井事故，无法实现低阶煤层和碎裂煤层的煤层气开采。
发明内容本实用新型的任务是提出一种煤层气井的反循环空气动力造穴方法及设备。有效 解决了碎裂煤、软煤层及低阶煤煤层气开采的技术难题，提高了施工的安全性，使单井煤层 气产量有所提高，节省了施工成本。 本实用新型实现上述目的采取的技术方案是在井口套管头上联接一短节，在该 短节上依次联接底法兰、下部四通、防喷器、环形钢板、上部四通、盲板，下部四通的左侧端 口与测流量管线联接并在联接部位设置有闸板阀门、右侧端口与注气管线的一端联接，并 在联接部位设置有闸板阀门，在测流量管线上安装有气体流量表，注气管线的另一端与压 井管汇联接，该压井管汇通过注气管线、高压三通、单向阀门及闸板阀门依次与高压注浆 泵、卸压管线、增压机、空压机联接，在压井管汇上还联接有备用管线；上部四通的左侧端口 与放喷管线联接，并在联接部位设置有液动闸板阀门和手动阀门、右侧端口连接有压力表 和闸板阀门；防喷器和液动阀门分别与液动控制箱连接。 本实用新型通过采用反循环造穴工艺使煤层气井周围形成洞穴，增加煤层裸露的 面积和表面裂隙开启程度，进而增加煤层气的产出量。通过注入高压气体，扩大了煤层内部 裂隙，并使裂隙延伸距离增大，提高裂隙的连通性，有效地疏通煤层气逸出的通道，以提高 煤层气的产量。通过优化放喷通道结构，加装湿润冷却系统，降低压縮气体温度，润湿喷出 颗粒，减小气体喷出阻力，降低瓦斯(煤尘)爆炸(燃烧)的可能性。通过所下的工作管， 降低放喷过程中由于高压紊流作用产生的对井壁管撞击破坏作用，同时，在出现煤层或顶 板大面积塌坍时，可以有效在保护井壁，降低井筒报废的可能性，另一方面也可避免放喷或 洗井时将工作管和井壁管卡死所引起的井筒报废，大大提高施工的安全性。
其具有以下特点 (1)具有放喷速度快、产生裂隙效果好、煤层气溢出丰富、洗井时间短、洗井效果好、造穴效率高等显著特点。
(2)解决了空气动力造穴瓦斯、煤尘爆炸问题。
(3)有效地解决了以往空气动力造穴中工作套管损坏和钻具报废等问题。
(4)解决了由于井口瓦斯浓度超限，而对作业人员造成的人身和健康危害问题。
(5)比利用氮气造穴大大节省了施工成本。
附图为本实用新型设备装置及联接示意图。 图中1 、盲板，2 、闸板阀门，3 、压力表，4、液动闸板阀门，5 、手动闸板阀门，6 、放喷 管线，7、液动控制箱，8、环形钢板，9、上部四通，10、防喷器，11、气体流量表，12、测流量管 线，13、闸板阀门，14、下部四通，15、底法兰，16、套管头，17、短节，18、闸板阀门，19、注气管 线，20、压井管汇，21、注气管线，22、高压注浆泵，23、增压机，24、空压机，25、空压机，26、单 向阀门，27、备用管线，28、高压三通，29、闸板阀门，30、卸压管线。
具体实施方式结合附图，给出本实用新型的具体实施例如下，但本实用新型不局限以下实施例。 如图所示，本实施例是在井口套管头16上安装主要由增压机23、空压机24、25、防 喷器10、上部四通9、下部四通14、高压注浆泵22、压井管汇20、液动闸板阀门4及管线、阀 门等组成的煤层气井反循环空气动力造穴设备。具体连接方法如下在井口套管头16上联 接一短节17，在该短节上依次联接底法兰15、下部四通14、防喷器10、环形钢板8、上部四 通9、盲板1 ;下部四通14的左侧端口与测流量管线12联接，并在联接部位设置有闸板阀 门13、右侧端口与注气管线19联接，并在联接部位设置有闸板阀门18，在测流量管线上安 装有气体流量表ll，注气管线19与压井管汇20联接，压井管汇20通过注气管线21、高压 三通28、单向阀门26及闸板阀门29依次与高压注浆泵22、卸压管线30、增压机23、空压机 24和空压机25联接。在压井管汇20上还联接有备用管线27，其作用是1、每次过程释放 井内高压气体用；2、在产生高压可燃气体时补接水泵注浆压井用。上部四通9的左侧端口 与放喷管线6联接，并在联接部位设置有液动闸板阀门4和手动阀门5、右侧端口连接有压 力表3和闸板阀门2。防喷器IO采用的是公知产品，如2FZ23-35或2FZ23-21，其作用是 为防止产生高压可燃气体喷出用。液动阀门4分别与液动控制箱7连接，液动控制箱7用 于控制液动阀门4及防喷器IO动作，采用的控制电路为常规的控制电路。 本实用新型的工作过程如下 1、在井口套管头16安装、联接好上述设备。 2、开动空压机24、25、增压机23，进行设备装置试压，检查其气密性、安全性。 3、下入工作管至井底，用空压机(必要时开增压机)循环清除干净井内岩(煤)
粉及水，然后上提工作管至生产套管(在造穴前已下入井内)底口以上5 10m，悬挂于环
形钢板8上。 4、造穴作业 本实施例所说的煤层气井的反循环空气动力造穴方法是 以注气(水)、蹩压、放喷、洗井、测原始数据为一个循环，造穴工作一般进行五个周期，每周期3 5循环，具体的数量可以依据前两个周期的注气压力、注气时间、煤层的坍 塌情况等进行增减。 (1)空压机24、25及增压机23产生的高压气体经注气管线由工作管与生产套管间 的环空间注入井内，同时用高压注浆泵22通过注气管线向井内连续注水(雾化)，注水量 2. 0 5. 0m3/次，以润湿高温、快速喷射的空气、岩粉或煤粉。注气压力随每个周期逐步增 压，压力3 15MPa。 (2)蹩压注气压力达到设定的压力后，停止注气，关闭阀门18，进行蹩压20
30min，以使高压气体发生作用，压碎煤层或扩大、延伸裂隙，并记录压力的变化值。 (3)放喷蹩压结束后，打开液动阀门，使高压气体、岩粉或煤粉通过工作管进行放喷。 (4)放喷结束后，下放工作管至井底，开动空压机(必要时开动增压机)，空气/泡 沫由注气管线经工作管与生产套管间的环状间隙注入，同时逐渐下放工作管洗井至井底， 到井内返出水、气时完成一次洗井过程。直至井内岩粉、煤粉洗净。 每次洗井作业后，进行煤层产气效果原始数据的测量，以对比每次造穴后的气体
产出量，制订造穴的周期及周期的循环数及确定何时可以结束造穴工作。 5、测量原始数据 (1)气体流量测量关闭空压机、增压机和高压注浆泵、液动闸阀，使井内气体通 过测流量管线自由返出，通过流量表测量煤层气在一小时内出气量的变化，并在排放口放 置火把点燃气体。
(2)压力恢复压力恢复测量关闭所有阀门，通过压力表11或3观察记录一小时
内井内压力的变化，以了解每个循环或周期造穴的气体产出情况。 重复以上作业，直至达到设计要求的目的。 该方法利用注入煤层临界破裂压力的高压气体，使用工作管提高气流的上返速 度，加强气体的压力激荡作用，并增强排屑效果；排除气体紊流的扰动，减少煤层中夹矸、岩 屑同接手撞击产生爆炸的机率，泡沫的使用进一步提高了安全性。
权利要求一种煤层气井的反循环空气动力造穴方法的设备，其特征是在井口套管头(16)上联接一短节(17)，在该短节上依次联接底法兰(15)、下部四通(14)、防喷器(10)、环形钢板(8)、上部四通(9)、盲板(1)，下部四通的左侧端口与测流量管线(12)联接并在联接部位设置有闸板阀门(13)、右侧端口与注气管线的一端(19)联接，并在联接部位设置有闸板阀门(18)，在测流量管线上安装有气体流量表(11)，注气管线的另一端与压井管汇(20)联接，该压井管汇通过注气管线(21)、高压三通(28)、单向阀门(26)及闸板阀门(29)依次与高压注浆泵(22)、卸压管线(30)、增压机(23)、空压机(24)(25)联接，在压井管汇上还联接有备用管线(27)；上部四通(9)的左侧端口与放喷管线(6)联接，并在联接部位设置有液动闸板阀门(4)和手动阀门(5)、右侧端口连接有压力表(3)和闸板阀门(2)；防喷器和液动阀门分别与液动控制箱(7)连接。
专利摘要本实用新型公开的煤层气井的反循环空气动力造穴设备在井口套管头上联接一短节，在该短节上依次联接底法兰、下部四通、防喷器、环形钢板、上部四通、盲板，下部四通的左侧端口与测流量管线联接并在联接部位设置有闸板阀门、右侧端口与注气管线的一端联接，并在联接部位设置有闸板阀门，在测流量管线上安装有气体流量表，注气管线的另一端与压井管汇联接，该压井管汇通过注气管线、高压三通、单向阀门及闸板阀门依次与高压注浆泵、卸压管线、增压机、空压机联接，在压井管汇上还联接有备用管线；上部四通的左侧端口与放喷管线联接，并在联接部位设置有液动闸板阀门和手动阀门、右侧端口连接有压力表和闸板阀门；防喷器和液动阀门分别与液动控制箱连接。提高了施工安全性，使单井煤层气产量有所提高，节省了施工成本。
文档编号E21B43/16GK201521285SQ200920258108
公开日2010年7月7日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者何新安, 傅在林, 冯跃封, 张志 , 彭桂湘, 朱玉新, 李宏伟, 罗锐, 耿建国, 袁志坚, 雷华友 申请人:河南省煤田地质局二队