防止井漏水的方法、井结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种防止井漏水的方法和一种井结构。方法包括执行如下步骤：向井中下放套管，直至套管的底端进入隔水层设定深度后停止，并将套管与位于顶板含水层中的井壁固井连接；向井中下放支撑管，支撑管的外壁至少与位于隔水层中设定深度下方的井壁连接，其中，支撑管设置为随隔水层移动时相对于套管轴向滑动。井结构包括：第一井段、第二井段、套管和支撑管，套管与第一井段的井壁固定连接，其底端位于隔水层的设定深度处；支撑管与第二井段的井壁连接；支撑管的外壁与所述套管的内壁彼此间隔开以使得套管约束支撑管的水平移动而不影响支撑管的轴向滑动。上述方法和井结构可防止由于煤层顶板的冒落而引起的顶板含水层漏水。
【专利说明】防止井漏水的方法、井结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种防止井漏水的方法、以及一种井结构。
【背景技术】
[0002]地层中具有顶板含水层和隔水层，并且顶板含水层位于隔水层的上方。其中，顶板含水层由相互空隙较大的岩石、卵石、粗沙、疏松的沉积物、富有裂隙的岩石等构成，因此，顶板含水层具有良好的透水性。隔水层由致密的岩石和/或粘土构成，因此，隔水层具有较差的透水性。
[0003]例如，在需要对上述顶板含水层和隔水层下方的煤层进行气化时，需在顶板含水层、隔水层和煤层构建的依次将其贯通的井，并且在井中设置套管，套管与位于顶板含水层和隔水层中的井壁连接。煤层在气化过程中，逐渐形成燃空区，燃空区上方的隔水层会发生冒落，即隔水层部分脱落。而脱落的隔水层(即冒落带)会对与其连接的套管产生向下的拉力，从而引起套管在冒落带以上的与顶板含水层连接的管段受应力拉断。由此，套管在位于顶板含水层处拉断后，一方面，顶板含水层中的水会通过拉断处进入套管内部，并进而流进位于煤层中的气化通道。另一方面顶板含水层中的水会通过套管外壁与井壁之间的环空空隙渗漏至煤层中的气化通道。由此会导致气化通道中聚集大量的水，进而导致气化反应温度降低，影响气化工艺与煤气组分。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种防止井漏水的方法以及一种井结构，其可防止由于隔水层冒落而引发的井漏水。
[0005]为实现上述目的，本发明一方面提供一种防止井漏水的方法，在贯穿由上至下依次包含有顶板含水层和隔水层的地层的井的构建过程中、或构建完毕后，执行如下步骤:套管设置步骤，向井中下放套管，直至套管的底端进入隔水层设定深度后停止，并将套管至少与位于顶板含水层中的井壁固井连接；支撑管设置步骤，向井中下放支撑管，支撑管的外壁至少与位于隔水层中所述设定深度下方的井壁连接，其中，支撑管设置为可以随地层的位移或受热涨缩时在套管内轴向滑动。
[0006]根据本发明，支撑管的外壁与套管的内壁彼此间隔开，以使支撑管与套管之间始终保持脱离接触状态。
[0007]根据本发明，在执行套管设置步骤之前，对顶板含水层加压注入密封剂，以使密封剂在顶板含水层中凝固形成止水环。
[0008]根据本发明，在执行套管设置步骤之前，执行如下钻井步骤:钻井至顶板含水层时，对顶板含水层交替进行钻井和向顶板含水层加压注入密封剂，直至全部顶板含水层注入完毕，以使密封剂渗入顶板含水层的空隙中并在顶板含水层中形成以井为轴心的止水环；继续钻井至隔水层设定深度下方，然后执行套管设置步骤；继续钻井至设计深度，执行支撑管设置步骤。
[0009]根据本发明，在套管设置步骤中:向套管与井壁之间的环隙注入固井材料，以实现套管与井壁之间的固井连接。
[0010]根据本发明，在执行支撑管设置步骤之前，向井中注入水以使位于设定深度下方的地层的粘土遇水膨胀，以致位于设定深度下方的井壁的内径逐渐减小；在内径逐渐减小至等于支撑管的外径之前，执行支撑管设置步骤，其中，支撑管的外壁和位于与其相邻接的地层的井壁通过膨胀固定连接。
[0011]根据本发明，支撑管部分地套设于套管中。
[0012]根据本发明，支撑管的套设于套管中的管段的长度，大于支撑管随隔水层移动时相对于套管的轴向滑动距离。
[0013]根据本发明，设定深度在煤层顶板冒落带以上。
[0014]根据本发明，所述设定深度为3_5m。
[0015]本发明另一方面提供一种井结构，设置于由上至下依次包含有顶板含水层和隔水层的地层中，包括:相连接的第一井段和第二井段，第一井段贯通顶板含水层，第二井段贯通顶板含水层下方的隔水层；还包括:套管，套管的外壁至少与第一井段的井壁固井连接，套管的底端位于隔水层的设定深度处；支撑管，支撑管的外壁至少与第二井段位于设定深度下方的井壁固定连接；其中，支撑管的外壁与套管的内壁彼此间隔开。
[0016]根据本发明，支撑管部分地套设在套管中。
[0017]根据本发明，套管的外壁与第一井段的井壁通过固井材料固井连接。
[0018]根据本发明，支撑管的外壁至少与第二井段的位于设定深度下方的井壁，通过与支撑管相邻接的地层的膨胀固定连接。
[0019]根据本发明，还包括:环绕第一井段的止水环，止水环由凝固于顶板含水层中的密封剂构成。
[0020]相比于现有技术，本发明的有益效果在于:
[0021]本发明的防止井漏水的方法，通过套管设置步骤和支撑管设置步骤，在顶板含水层中的井壁固井连接套管，在隔水层中的井壁固定连接支撑管。在隔水层部分发生冒落时，冒落的部分隔水层牵引支撑管下落，而由于支撑管随隔水层移动时相对于套管轴向滑动，使得支撑管不会对套管施加拉力而导致套管断裂。此外，套管的底端位于隔水层的设定深度处，即使冒落的部分隔水层位于套管下方，由此冒落的部分隔水层也不会直接牵引套管下落。由此，隔水层发生的冒落不会对套管产生向下的拉力，从而不会引起套管在冒落带以上的与顶板含水层连接的管段受应力拉断。进而，避免了顶板含水层中的水进入气化通道而影响气化工艺与煤气组分。
[0022]本发明的井结构，套管至少与位于顶板含水层的第一井段固井连接，支撑管与第二井段位于设定深度下方的井壁固定连接，并且支撑管的外壁与套管的内壁彼此间隔开。由此，在隔水层部分发生冒落时，冒落的部分隔水层牵引支撑管下落，而不会对套管施加拉力而导致套管断裂。此外，套管的底端位于隔水层的设定深度处，即使冒落的部分隔水层位于套管下方，由此冒落的部分隔水层也不会直接牵引套管下落。综上，隔水层发生的冒落不会对套管产生向下的拉力，从而不会引起套管在冒落带以上的与顶板含水层连接的管段受应力拉断。进而，避免了顶板含水层中的水进入气化通道而影响气化工艺与煤气组分。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是现有技术的井结构在隔水层冒落前的示意图；
[0024]图2是图1示出的井结构在隔水层冒落后的示意图；
[0025]图3是本发明的井结构的一个实施例在隔水层冒落前的示意图；
[0026]图4是图3示出的井结构在隔水层冒落后的示意图；
[0027]图5示出了本发明的一个实施例的示意图，其示意出向套管中注入加压后的固井材料的步骤。
【具体实施方式】
[0028]如下参照附图描述本发明的实施例。
[0029]参照图1，地层中具有顶板含水层I和隔水层2，并且顶板含水层I位于隔水层2的上方。其中，顶板含水层I由空隙较大的岩石、卵石、粗沙、疏松的沉积物、富有裂隙的岩石等构成。因此，顶板含水层I具有良好的透水性。隔水层2由致密的岩石和/或粘土构成，因此，隔水层2具有较差的透水性。此外，可理解，现有地层中，从地面向下，可能包含多个交替的含水层和隔水层，而且含水层和隔水层之间可能间隔有其他种类的地层。而图1至图5中仅示出了煤层上方具有一个隔水层2，隔水层2上方具有一个顶板含水层。其中，本发明所针对的顶板含水层是会因隔水层冒落而向井中漏水的含水层。也可理解，顶板含水层可能并非整体可透水，而是由多个含水层间隔地层叠在一起，进而，图1-5示出的顶板含水层I即可理解为会因隔水层冒落而对井漏水的所有含水层的集合区域。而在图1-5中仅示出在煤层和顶板含水层I之间只具有一个隔水层2。而在本发明的图3-5中未示出的其他实施例中，可在隔水层2与顶板含水层I之间设置其他种类的地层、和/或在隔水层2与煤层中设置其他种类的地层、和/或具有多个间隔开的隔水层2。而根据本发明的如下实施例中应用的本发明的方法和井结构，本领域技术人员可明显地将其应用于任意合适的地层中，以起到与本发明相同或相似的作用。
[0030]在现有技术中，例如，在需要对上述顶板含水层I和隔水层2下方的煤层8进行气化的情况下，需在顶板含水层1、隔水层2和煤层8构建的依次将其贯通的井，并且在井中设置套管3，套管3与位于顶板含水层I和隔水层2中的井壁连接。
[0031]在现有技术中，参照图2，煤层在气化过程中，逐渐形成燃空区，燃空区上方的隔水层2会发生冒落，即隔水层2部分脱落，形成煤层顶板冒落带，即如图2中示出的冒落带9。而未脱落的隔水层2形成如图2中示出的未冒落带10。冒落带9会对与其连接的套管3的管段产生向下的拉力，从而引起套管3在冒落带9以上的与顶板含水层I连接的管段受应力拉断。由此，套管3在位于顶板含水层I处拉断后，一方面，顶板含水层I中的水会通过拉断处进入套管3内部，并进而流进位于煤层8中的气化通道。另一方面顶板含水层I中的水会通过套管3外壁与井壁之间的环空空隙渗漏至煤层8中的气化通道。由此会导致气化通道中聚集大量的水，进而导致气化反应温度降低，影响气化工艺与煤气组分。
[0032]参照图3是本发明的井结构的一个实施例，其设置于由上至下依次包含有顶板含水层I和隔水层2的地层中，并包括相连接的第一井段5和第二井段6，第一井段5贯通顶板含水层I，第二井段6贯通隔水层2。此外，该井结构还包括套管3和支撑管4，套管3的外壁至少与第一井段5的井壁固定连接，套管3的底端位于隔水层2的设定深度H处，支撑管4的外壁至少与第二井段6的位于设定深度H下方的井壁连接。其中，支撑管4的外壁与套管3的内壁彼此间隔开。由此，支撑管4在随地层移动或受热胀缩时相对于套管3轴向滑动。
[0033]由此，参照图4，在隔水层2部分发生冒落时，冒落的部分隔水层2 (即冒落带9)牵引支撑管4下落，而不会对套管3施加拉力而导致套管3断裂。此外，由于套管3的底端位于隔水层2的设定深度H处，即冒落带9位于套管3下方，由此冒落带9也不会直接牵引套管3下落。综上，隔水层2发生的冒落不会对套管2产生向下的拉力，从而不会引起套管2在冒落带9以上的与顶板含水层I连接的管段受应力拉断。进而，避免了顶板含水层I中的水进入气化通道而影响气化工艺与煤气组分，延长了煤炭地下气化炉的使用寿命。
[0034]进一步参照图3，在本实施例中，地层由上至下依次为上覆岩层11、煤层顶板含水层(即顶板含水层I)、煤层顶板隔水层(即隔水层2)和煤层8。从地面向煤层8设置贯通的井，并形成依次连接的顶部井段12、第一井段5、第二井段6和底部井段13。其中，顶部井段12贯穿上覆岩层11 (即顶部井段12的上、下边缘分别与上覆岩层11的上、下边缘平齐)，第一井段5贯穿顶板含水层I (即第一井段5的上、下边缘分别与顶板含水层I的上、下边缘平齐)，第二井段6贯穿隔水层2 (即第二井段6的上、下边缘分别与隔水层2的上、下边缘平齐)，底部井段13贯穿煤层8 (即底部井段13的上、下边缘分别与煤层8的上、下边缘平齐)。
[0035]此外，套管3的外壁与顶部井段12的全部井壁、第一井段5的全部井壁和第二井段6的位于设定深度H上方的全部井壁通过固井材料14固定连接，以构成套管3的固井连接。其中，可理解，套管3的外壁与第二井段6的井壁固定连接的管段的长度等于设定深度
H。优选地，设定深度H位于煤层顶板冒落带(即冒落带9)以上，冒落带9即为隔水层2发生冒落时冒落的部分隔水层2。更加优选地，设定深度H位于3-5m的范围内。可理解，当设定深度H为Om时，套管3的底面与第一井段5的下边缘平齐，故套管3仅与顶部井段12的全部井壁和第一井段5的全部井壁固定连接，而此时，支撑管4的外壁与第二井段6的位于设定深度下方的井壁固定连接。而当设定深度H大于Om时，套管3在与顶部井段12的全部井壁和第一井段5的全部井壁固定连接的基础上，可选地与第二井段6的位于设定深度H上方的井壁固定连接。而此时，支撑管4的外壁与第二井段6的位于设定深度H下方的井壁固定连接。
[0036]进一步，在本实施例中，支撑管4的底端位于隔水层2的下方，由此，支撑管4与第二井段6的位于设定深度H下方的全部井壁连接。而支撑管4部分地套设在套管3中，即支撑管4的顶端位于套管3的底端的上方。由此，在出现冒落前，支撑管4与套管3起到了对第一井段5和第二井段6在其整个长度方向上的支护作用。优选地，套设于套管3中的支撑管4的管段的长度A，大于支撑管4的底端至井底的距离B。由此使得在发生如图4示出的情形时，支撑管4的底端抵靠井底，同时支撑管的顶端位于套管3的底端的上方，以使得在隔水层2部分冒落时，第一井段5和第二井段6在其整个长度方向上均能得到支护。此外，在本实施例中，支撑管4套设在套管3的内部。
[0037]另外，支撑管4的外壁与第二井段6的井壁通过与支撑管4相邻接的地层的膨胀固定连接。其中，在由地面向煤层8钻孔以建立上述井的过程中，会同时注入水。该部分水流入设定深度H以下的地层中，使得该部分地层的粘土遇水膨胀。可理解，该膨胀需经历一段时间，在膨胀的过程中，设定深度H以下的地层中的未被套管3支护的部分的内径会逐渐变小。在本实施例中，支撑管4至少与位于煤层8和顶板含水层I之间的部分隔水层2连接，如下详细描述。而为了方便描述，将第二井段6的位于设定深度H上方的部分称之为“第二井段支护部61”，将第二井段6的位于设定深度H下方的部分称之为“第二井段未支护部62”。在第二井段未支护部62的内径逐渐变小到等于支撑管4的外径之前，将支撑管4放置在第二井段6中，由此，随着第二井段未支护部62周围隔水层2的粘土的不断膨胀以及地应力释放的作用，第二井段未支护部62周围的隔水层2膨胀包覆支撑管4，以形成第二井段6的位于设定深度H下方的井壁与支撑管4的外壁通过与支撑管4相邻的隔水层2的膨胀固定连接。至此，可理解，支撑管4和套管3形成了一种非链式结构。在图3中还可看出，环绕第一井段5设置有止水环7，止水环7由凝固于顶板含水层I中的密封剂构成。具体地，在设置套管3之前，由第一井段5向顶板含水层I中注入密封剂，密封剂渗入顶板含水层I并在顶板含水层I中凝固，由此构成了止水环7。在本实施例中，向围绕第一井段5的整个长度方向上的顶板含水层I中注入密封剂，即密封剂凝固后形成的止水环7的长度等于第一井段5的长度，其中止水环7的长度为沿井的轴线方向的长度。可理解，密封剂进入顶板含水层I中的岩石等的缝隙中并在其中凝固，封堵了顶板含水层I中的缝隙，由此实现了防止顶板含水层I的水进入到套管I中或由套管I与第一井段5的井壁之间的环隙流入到煤层8中。由此，一方面，在煤层气化的过程中，除固井材料14和套管3形成的密封外，止水环7进一步加强了密封，防止顶板含水层I中的水经过套管I或上述环隙进入到煤层中。另一方面，在隔水层2发生冒落的时候，在套管3在特殊情况下出现了断裂时，止水环7可起到密封作用，防止顶板含水层I中的水经过套管I或上述环隙进入到煤层8中。由此，可理解，止水环7是防止由顶板含水层I向井中漏水的主要设施。
[0038]如下参照图3至图5描述本发明的防止井漏水的方法的一个实施例，该实施例所涉及到的步骤可选地部分或全部的用于图3和图4所示出的井结构的建立，当然在其他的实施例中，本方法可独立为一个防止井漏水的方法，而不基于上述井结构。在本实施例中，下述防止井漏水的方法用于防止向地下气化炉的炉井中漏水。
[0039]本方法的实施例中，在贯穿由上至下依次包含有顶板含水层I和隔水层2的地层的井的构建过程中、或构建完毕后，执行如下步骤:套管设置步骤，向井中下放套管3，直至套管3的底面进入隔水层2设定深度H后停止，并将套管3至少与位于顶板含水层I中的井壁固井连接；支撑管设置步骤，向井中下放支撑管4，支撑管4的外壁至少与位于隔水层2中设定深度H下方的井壁连接，其中，支撑管4设置为随隔水层2移动(冒落)时相对于套管3轴向滑动。
[0040]由此，参照图4，在隔水层2部分发生冒落时，冒落的部分隔水层2 (即冒落带9)牵引支撑管4下落，而由于支撑管4随隔水层移动时相对于套管轴向滑动，使得支撑管4不会对套管3施加拉力而导致套管3断裂。此外，套管3的底面位于隔水层2的设定深度处，即位于冒落带9的上方，由此冒落带9也不会直接牵引套管3下落。综上，隔水层2发生的冒落不会对套管3产生向下的拉力，从而不会引起套管3在冒落带9以上的与顶板含水层I连接的管段受应力拉断。进而，避免了顶板含水层I中的水进入气化通道而影响气化工艺与煤气组分。
[0041]具体地，在本实施例中，在构建井的过程中执行套管设置步骤、在井构建完毕后执行支撑管设置步骤。详细描述如下。
[0042]首先，开始进行井的构建。由地面向顶板含水层I钻进，钻井至顶板含水层I时，对顶板含水层I以前进式分段注浆方法交替进行钻井和向顶板含水层I加压注入密封剂，直至全部顶板含水层I注入完毕。具体而言，在钻进至位于顶板含水层I中的第一位置处时停止钻进，向井中注入加压的密封剂，密封剂渗透进入顶板含水层I中凝固。待凝固后，对该井继续由地面向顶板含水层I钻进(即将井向更深处钻进)，并且在钻至位于顶板含水层I中的第二位置处时停止钻进，并向井中注入加压的密封剂，密封剂渗透进入顶板含水层I中凝固。然后再次将井向更深处钻进，并且在钻至位于顶板含水层I中的第三位置处时停止钻孔，并向井中注入加压的密封剂，密封剂渗透进入顶板含水层I中凝固。依次类推，直至对围绕井的整个长度方向上的顶板含水层均注入密封剂。可理解，上述过程即为前进式分段注浆方法，即钻一段注一段的前进式注浆。其中，每个停止钻进的位置与前一停止钻进的位置之间的距离为5m。
[0043]在本实施例中，密封剂可选地为水泥浆、止水胶状物，或者使用如下混合剂，即使用425号以上的普通硅酸盐水泥、水玻璃(出厂浓度42?45Β?，比重1.42?1.45，模数
2.4?2.8)和拌合水(水质应符合《铁路砼及砌石工程施工规范》中的各项规定)调配在一起，其中，配比控制:水灰比(W/C)为0.8 ;水玻璃稀释浓度为25?35Β?。
[0044]此外，注浆操作工艺可依据中华人民共和国煤炭行业标准《立井井筒地面预注浆工程注浆钻孔施工技术规范》MT-Tl 150-2011执行。在本实施例中，密封剂压力一般为地下水静水压力的2?3倍，考虑到岩层裂隙阻力，密封剂压力的初始注入压力3MPa，终压4?5MPa。单孔浆液扩散半径4m。在上述钻进过程中，钻孔出水量大于50L/min时，注浆速度为80?100L/min，钻孔出水量等于O?50L/min时，注浆速度为60?80L/min。注浆率不大于0.4L/min时,持续注衆30min即可结束。
[0045]更加具体地，在本实施例中，在每次停止钻进之后，安装并下放注浆管、止浆塞以及混合器等设施。下放止浆塞前，应根据预先确定的注浆深度，配齐注浆管及其他辅助设备并依次下放。止浆塞连同注浆管一起下放。当止浆塞和注浆管都下放至对应于注浆深度的预定位置以后，连接孔口管并实现注浆装置的配置。其中止浆塞采用机械三爪式，三爪式止浆塞下托盘的短管下端装有三个能作径向收拢和张开的爪块。张开后的三个爪块插入井壁围岩，作为支点，如对注浆钻杆加压，即可实现胶塞的横向膨胀达到止浆目的。当然，不局限于，在其他可选的实施例中，本领域技术人员可使用任何公知且常用的设备进行注浆。
[0046]综上，可理解，多次钻进后即形成顶部井段12和第一井段5，而在每次钻进后注入密封剂即为由位于顶板含水层I中的井壁(即第一井段的井壁)向环绕该井壁的顶板含水层I注入密封剂。换言之，在本实施例中，将第一井段进一步分成多个段落，对环绕每个段落的顶板含水层I分步注入密封剂，而最后构成对环绕第一井段5的长度方向的整个顶板含水层注入密封剂。密封剂渗入顶板含水层I中，并在顶板含水层I中凝故形成上述止水环7。可理解，该止水环7由于是从第一井段的井壁向顶板含水层I中注入的密封剂构成的，故止水环7环绕第一井段5，以井为轴心并且贴覆第一井段5而不与第一井段5间隔开。当然，在其他可选的实施例中，可由地面向顶板含水层I钻进，并在钻至顶板含水层I的底面时停止钻进，而后向顶板含水层中注入密封剂，以在同一时间对第一井段的整个长度方向的顶板含水层注入密封剂。或者，还可直接由地面向煤层中钻进以将井建造完毕，之后选择适当种类的密封剂，直接向顶板含水层I喷射密封剂，换言之，可在井建立完毕后构建止水环7。
[0047]在本实施例中，上述步骤将井钻进贯穿顶板含水层I。
[0048]通过岩心录井数据确定钻井深度与顶板含水层I位置，继续钻进至进入隔水层2中，并且使得所形成的井底至顶板含水层I的距离大于设定深度H，即钻井至隔水层设定深度H下方，且并不贯穿隔水层2。当然，若在前一步骤中所形成的井已经达到此标准，则可不再进行该次钻进。
[0049]之后，执行套管设置步骤:
[0050]下放套管3，直至套管3的底面进入隔水层2设定深度H后停止。优选地，设定深度H在煤层顶板冒落带(即冒落带9)以上。更加优选地，设定深度H位于3-5m的范围内。然后，参照图5，向套管3中注入加压(压力一般3-5mpa)后的固井材料，使得固井材料经井底向上进入套管3与井壁之间的环隙，以实现向套管3与井壁之间的环隙注入固井材料，并进一步在固井材料凝结后将套管3与顶部井段12、第一井段5和第二井段6固定连接以形成套管3的固井连接。此固定连接方式可防止地下水顺管壁窜层流动。可理解，在本实施例中，使用返浆注入的方法将固井材料注入至套管3与井壁之间的环隙中，由此，使得套管3与顶部井段12的全部井壁、第一井段5的全部井壁和第二井段6的位于设定深度H以上的全部井壁固定连接。上述“套管3与井壁之间的环隙”中的“井壁”为顶部井段12的全部井壁、第一井段5的全部井壁和第二井段6的位于设定深度H以上的全部井壁的集合。当然，在其他可选的实施例中，可不使用上述返浆注入的方法，而使得至少第一井段5的全部井壁与套管3的外壁通过固井材料连接，即上述“套管3与井壁之间的环隙”中的“井壁”至少包括第一井段5的全部井壁。当然根据实际情况和固井材料的类型以及注入方法的改变，上述“套管3与井壁之间的环隙”中的“井壁”也可以仅包括第一井段5的部分井壁。换言之，本发明的“将套管3至少与位于顶板含水层I中的井壁连接”即为可以使套管3对顶板含水层I起到支护作用的连接。而本发明的“向套管3与井壁之间的环隙注入固井材料”即为实现这种“起到支护作用的连接”的一种方法。至此完成套管的设置。
[0051]然后，继续钻井至设计深度，即由地面继续向下钻进直至井通入到煤层中并达到设定的井深(即设计深度)。由此形成了位于煤层中的底部井段13。至此，井构建完毕。
[0052]其中，在此次钻进的过程中，向井中注入水以使位于设定深度下方的地层的粘土遇水膨胀，以致位于设定深度下方的井壁的内径逐渐减小。在本实施例中，即为使得隔水层2的位于设定深度H下方的粘土遇水膨胀，以使得相应的井壁的内径逐渐减小。在上述内径逐渐减小至等于支撑管4的外径之前，执行如下支撑管设置步骤。
[0053]下放支撑管4，并且保持支撑管4部分地套设于套管3中，且套设于套管3中的支撑管4的管段的长度A大于支撑管4随隔水层移动时相对于套管的轴向滑动距离，换言之，套设于套管3中的支撑管4的管段的长度A大于支撑管4的底面至井底的距离B。由此，在冒落带9带动支撑管4向下运动至支撑管4的底面抵靠在井底时，支撑管4仍有部分管段套设在套管3中，以保证第一井段5和第二井段6在整个长度方向上均能够得到支护。
[0054]可理解，位于隔水层2的设定深度下方的井壁(即上述第二井段未支护部62的井壁)由于没有套管3的限制，该部分井壁会遇水膨胀，该膨胀需经历一段时间，在膨胀的过程中，该部分井壁的内径会逐渐变小。在该部分井壁的内径逐渐变小到等于支撑管4的外径之前，将支撑管4放置在第二井段6中，由此，随着隔水层2的粘土的不断膨胀以及地应力释放的作用，第二井段未支护部62周围的粘土包覆支撑管4，以形成第二井段6的位于设定深度下方的井壁与支撑管4的外壁形成了膨胀固定连接，换言之，支撑管4的外壁和位于与其相邻接的地层的井壁通过膨胀固定连接。当然，不局限于本实施例，支撑管8与井壁的连接可以使用上述套管3与第一井段5的连接方法进行连接，或其他任意可选的方法。
[0055]此外，在本实施例中，支撑管4在长度方向上覆盖第二井段6位于设定深度H下方的全部井壁，故支撑管4的内壁与第二井段6的位于设定深度H下方的全部井壁连接。
[0056]另外，在本实施例中，支撑管4的外壁与套管3的内壁彼此间隔开，以使支撑管3与套管4之间始终保持脱离接触的状态，进而使得在隔水层冒落的时候，支撑管4随隔水层移动时相对于套管3轴向滑动(该轴向可理解为套管的轴向)。从而，支撑管4对套管3施加拉力导致套管3断裂。
[0057]也可理解，即便在冒落现象引起了支撑管8的断裂，也不会影响到套管3对于第一井段5的支护。
[0058]进一步，套管3的内壁和支撑管4的外壁在间隔开设置，可理解为其可使得支撑管4由井口穿过套管3内，也可满足支撑管4的运动不带动套管3运动。而套管3的内壁与支撑管4之间的间隙控制在:当支撑管4受热膨胀后，套管3能够对支撑管4起到限位作用的范围内。具体地，由于煤层8燃烧而使得井中的环境温度大幅提升，支撑管4会因周围环境的升温而膨胀，其膨胀可能会挤压其周围的地层，而造成支撑管4在轴向上的偏离。而通过将支撑管4设置在套管3的内部，使得套管3对支撑管4起到了限位作用，即限制了支撑管4的沿井的轴向方向的偏离，换言之，防止支撑管4水平移动。
[0059]而顶板含水层和隔水层并不限于是本实施例中位于煤层上方的顶板含水层和隔水层。本发明的方法和井结构可以应用于具有顶板含水层和隔水层、且需要对顶板含水层和隔水层中的井实施防漏水措施的任何地层中。
[0060]此外，上述实施例所描述的情形，为在构建井的过程中执行套管设置步骤，而在井构建完毕后执行支撑管设置步骤。在其他可选的实施例中，可在井构建完毕后，依次执行套管设置步骤以及支撑管设置步骤。或者在构建井的过程中，依次执行套管设置步骤以及支撑管设置步骤。换言之，本发明不局限于套管设置步骤和支撑管设置步骤的执行时间，只要其能够起到防止井漏水的作用即可。
[0061]而本发明的方法和井结构所涉及的套管3与何处的井壁、支撑管4与何处的井壁连接不局限于上述实施例，而取决于实际采用的连接方法以及地层结构。出于本发明的目的，套管3至少与地层中的含水层连接，以起到挡水的作用。而支撑管4至少与在形成燃空区时会产生冒落的隔水层连接，以对该隔水层起到支护作用。而对于不同的地层结构，以及不同的连接方式，在不影响实现本发明的目的的情况下，本领域技术人员均可将套管和支撑管与除上述外的其他种类地层连接，以方便操作和/或获得附加的有益效果。
[0062]在本发明中，由“顶”指向“底”的方向为由地面指向井底的方向，由上指向下的方向为由地面指向井底的方向。而本发明中所涉及到的“长度方向”均为井的轴向，所涉及到的“长度”均为沿井的轴向的上的长度。
[0063]本发明所涉及到的套管和支撑管优选地为钢管、玻璃钢管。
[0064]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种防止井漏水的方法，其特征在于， 在贯穿由上至下依次包含有顶板含水层(I)和隔水层(2)的地层的井的构建过程中、或构建完毕后，执行如下步骤: 套管设置步骤，向所述井中下放所述套管(3)，直至所述套管(3)的底端进入所述隔水层(2)设定深度(H)后停止，并将所述套管(3)与位于所述顶板含水层(I)中的井壁固井连接； 支撑管设置步骤，向所述井中下放所述支撑管(4)，所述支撑管(4)的外壁至少与位于隔水层(2)中所述设定深度(H)下方的井壁连接，其中，所述支撑管(4)设置为随所述隔水层(2)移动时相对于所述套管(3)轴向滑动。
2.根据权利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述支撑管(4)的外壁与所述套管(3)的内壁彼此间隔开，以使所述支撑管(4)与套管(3)之间始终保持脱离接触状态。
3.根据权利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 在执行所述套管设置步骤之前， 对所述顶板含水层(I)加压注入密封剂，以使所述密封剂在所述顶板含水层(I)中凝固形成止水环(7)。
4.根据权利要求3所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 在执行所述套管设置步骤之前，执行如下钻井步骤: 钻井至所述顶板含水层(I)时，对所述顶板含水层(I)交替进行钻井和所述对顶板含水层(I)加压注入密封剂，直至全部所述顶板含水层(I)注入完毕，以使所述密封剂渗入所述顶板含水层(I)的空隙中并在所述顶板含水层(I)中形成以井为轴心的所述止水环(7)； 继续钻井至所述隔水层(2)设定深度(H)下方，然后执行所述套管设置步骤； 继续钻井至设计深度，执行所述支撑管设置步骤。
5.根据权利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 在所述套管设置步骤中: 向所述套管(3)与井壁之间的环隙注入固井材料，以实现所述套管(3)与井壁之间的所述固井连接。
6.根据权利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 在执行所述支撑管设置步骤之前，向所述井中注入水以使位于所述设定深度(H)下方的地层的粘土遇水膨胀，以致位于所述设定深度(H)下方的井壁的内径逐渐减小； 在所述内径逐渐减小至等于所述支撑管(4)的外径之前，执行所述支撑管设置步骤， 其中，所述支撑管(4)的外壁和位于与其相邻接的地层的井壁通过所述膨胀固定连接。
7.根据权利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述支撑管(4)部分套设于所述套管(3)中。
8.根据权利要求7所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述支撑管(4)的套设于所述套管(3)中的管段的长度，大于所述支撑管(4)随所述隔水层(2)移动时相对于所述套管(3)的轴向滑动距离。
9.根据权利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述设定深度(H)在煤层顶板冒落带以上。
10.根据权利要求9所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述设定深度(H)为3-5m。
11.一种井结构，设置于由上至下依次包含有顶板含水层(I)和隔水层(2)的地层中，包括: 相连接的第一井段(5)和第二井段￠)，所述第一井段(5)贯通所述顶板含水层(1)，所述第二井段(6)贯通所述隔水层(2); 其特征在于，还包括: 套管(3)，所述套管(3)的外壁至少与所述第一井段(5)的井壁固井连接，所述套管(3)的底端位于所述隔水层(2)的设定深度⑶处； 支撑管(4)，所述支撑管(4)的外壁至少与所述第二井段(6)位于所述设定深度(H)下方的井壁连接； 其中，所述支撑管(4)的外壁与所述套管(3)的内壁彼此间隔开。
12.根据权利要求11所述的井结构，其特征在于， 所述支撑管(4)部分地套设在所述套管(3)中。
13.根据权利要求11所述的井结构，其特征在于， 所述套管(3)的外壁与所述第一井段(5)的井壁通过固井材料固井连接。
14.根据权利要求11所述的井结构，其特征在于， 所述支撑管(4)的外壁至少与所述第二井段￠)的位于设定深度(H)下方的井壁，通过与所述支撑管(4)相邻接的地层的膨胀固定连接。
15.根据权利要求11所述的井结构，其特征在于，还包括: 环绕所述第一井段(5)的止水环(7)，所述止水环(7)由凝固于所述顶板含水层(I)中的密封剂构成。
【文档编号】E21B43/295GK104131780SQ201410298529
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】翁新龙, 崔志兴 申请人:新奥气化采煤有限公司