一种过采空区煤层气地面钻井方法与流程

本发明属于煤层气地面钻井系统的技术领域，具体涉及一种过采空区煤层气地面钻井方法。

背景技术：

传统的多层煤炭开采方法是“先厚后薄、自上而下”的下行开采程序，为降低采空区下伏煤层瓦斯含量，保障下组煤层安全高效开采，国内已经开展了过采空区抽采下伏煤层瓦斯地面预抽钻井试验，取得了较好的预抽效果。与常规地面预抽井相比，过采空区钻井最大的施工难度在于采用清水钻进过采空区钻井液漏失，不能建立正常循环；采用空气钻穿越采空区，会将一部分空气注入采空区内与瓦斯混合，增加煤矿井下生产安全隐患；为保障过采空安全高效钻井，发明了一种新型地面钻井过采空区的方法。

技术实现要素：

本发明的目的旨在解决煤矿区地面抽采采空区下伏煤层气井钻井过程中，根据过采空区钻井工艺需要，而提出一种煤矿过采空区煤层气地面钻井方法。

本发明采用如下技术方案：

一种过采空区煤层气地面钻井方法，采用三开钻进施工，一开常规钻进至稳定基岩以下10m，表层套管并采用水泥固井，水泥返至地表，二开是首先采用常规钻进至已采目的煤层底板以上90m，然后采用氮气钻井至采空区煤层底板25m以下，待全井无阻碍后下入技术套管，进行固井，水泥返至采空区底板；三开采用潜孔锤钻头空气钻进，钻穿目的煤层至底板以下40m后完钻，下入生产套管，固井水泥浆返深至采空区顶板100m以上，固井结束侯凝48h后，进行声幅测井。

一开钻进时采用的钻具组合为φ425.00mm冲击器钻头＋双公接头＋φ168.00mm钻铤＋转换接头＋钻杆。

二开氮气钻井时采用空气钻，钻具组合为φ311.15mm空气潜孔锤钻头＋一公一母钻头＋φ168.00mm钻铤＋转换接头＋钻杆。

三开钻进时采用的钻具组合为φ215.90mm钻头＋一公一母钻头＋φ168.00mm钻铤＋转换接头＋钻杆。

三开钻进时的生产套管固井使用g级油井水泥，水泥浆密度1.6~1.8g/cm3。

应用本发明的技术方案，可实现氮气过采空区钻井，因氮气和煤矿瓦斯的混合物不易燃烧，这样，可消除井下着火的可能性，保障煤矿过采空区钻井的施工安全。

二开氮气钻进时采用煤层气地面钻井过采空成套系统，包括依次连接的空压机组、制氮机和增压机组，增压机组的输出端接入井口，增压机组与井口之间的管路上安装有单流阀；井口外接有排岩粉装置，排岩粉装置包括相连的除尘装置和排污池，除尘装置通过地面管线连接井口，除尘装置和排污池之间外接除尘水。

所述空压机组是不少于四台的空压机并联而成，增压机组是由不少于三台增压机并联而成。

单流阀与井口之间连接有放空阀。

井口与除尘装置之间的底面管线上连接有监测装置。

应用本发明的技术方案，可实现氮气过采空区钻井，可消除井下安全隐患，保障煤矿过采空区钻井安全高效施工。且煤层气地面钻井过采空成套系统是根据煤层气井钻井井场大小，配套设备结构合理，同时可直接实时进行监控，对监测数据进行读取，方便管理、安全性更高，保障煤层气地面钻井过采空区的安全高效进行。

附图说明

图1为煤层气地面钻井过采空区井身结构；

图2为煤层气地面钻井过采空成套系统的结构示意图；

图中：1空压机、2制氮机、3增压机、4单流阀、5放空阀、6放空管、7井口、8监测装置、9除尘装置、10除尘水、11排污池。

具体实施方式

一种过采空区煤层气地面钻井方法，具体实施方法如下：

一开采用已知的常规钻井方法，钻具组合为φ425.00mm冲击器钻头＋双公接头＋φ168.00mm钻铤＋转换接头＋钻杆，由于该井是穿采空井，在钻进中根据不同的钻具采用了相应的钻进参数，在一开段为防斜，采用了小钻压吊打的方法，钻进至基岩以下10m；下入377.7mm套管，采用常规密度水泥固井，水泥返至地表。

二开采用空气钻，钻具组合为φ311.15mm空气潜孔锤钻头＋一公一母钻头＋φ168.00mm钻铤＋转换接头＋钻杆，后采用氮气钻井，二开氮气钻井钻进至已采目的煤层底板以上90m时，采用氮气钻进，保证施工安全同时提升钻进速度。二开钻进至采空区煤层底板25m以下完钻，在确保能满足三开正常施工要求后，完钻后提钻下入311.15mm牙轮钻头滑眼，待全井无阻碍后下入244.48mm技术套管，进行固井，水泥返至3#煤采空区底板，侯凝48小时。

三开钻具组合为φ215.90mm钻头＋一公一母钻头＋φ168.00mm钻铤＋转换接头＋钻杆，采用空气钻井钻进至目的层以下40m完钻。三开在钻过煤层的井段，为达到防塌的目的，采用的小泵量、小钻压、低转速的钻进方式，确保了煤层的稳定性。完钻后下入139.7mm生产套管，生产套管固井使用g级油井水泥，水泥浆密度1.6~1.8g/cm3，固井水泥浆返深至采空区煤层顶板以上100m处；固井结束侯凝48h后，进行声幅测井。

其中，二开氮气钻进时采用煤层气地面钻井过采空成套系统，装置系统包括空压机、制氮机、增压机、监测装置及排（岩粉）液装置。

所述的空压机包括四台机组并联，并有分流系统，分流系统的管路上安装有阀门，分流系统最后汇入总管线;

所述的制氮机的两连接端串联在系统中，进口与空压机总汇入管线连接，出口与增压机相连，出口的管路上安装有阀门;

所述的增压机有三台机组并联，进口与制氮机总汇入管线连接，出口与井口钻具相连接，中间设置单流阀，旁通阀接放空管线。

所述排岩粉装置上部接入瓦斯监测装置，下部接入除尘器和除尘水口，最后排入泥浆池。

所述的瓦斯监测装置为瓦斯多参数传感器。

该系统的具体实施方法是：空气通过四台空压机组经过高压汇管系统进入制氮机，通过制氮机分离出得到纯度为95%以上的氮气，分别向三台增压机组供气，使增压机出口的氮气有足够的压力来携带岩粉和井筒中的地层水，通过增压机组产生高压气体通过单流阀供入井口，如果系统中出现异常情况可通过放空阀对高压氮气进行放空。高压氮气从井口供入井底对岩粉进行吹扫至地面管线，地面管线接口首先上部接入监测监控仪器为瓦斯多参数传感器，监测瓦斯浓度，保障钻进安全施工，下部接入除尘器和除尘水口，最后将岩粉排入泥浆池。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。其中，本发明中未作特殊说明的设备、元件等均为现有技术，本领域技术人员可直接选型使用。

技术特征：

技术总结
本发明的目的旨在解决煤矿区地面抽采采空区下伏煤层气井钻井过程中，根据过采空区钻井工艺需要，而提出一种过采空区煤层气地面钻井方法。该方法的具体步骤如下：一开采用常规的钻井方法进行钻进至表土层以下10m，下套管固井，水泥返至地面；在二开施工至采空区顶板90m时采用氮气钻井方式进行施工，钻进至煤层底板以下25m完钻，下入技术套管固井，水泥返至采空区煤层底板；三开采用清水钻井至目的层以下40m完钻，下套管固井，水泥返至采空区顶板以上100m。应用本发明的技术方案，可实现氮气过采空区钻井，可消除井下安全隐患，保障煤矿过采空区钻井安全高效施工。

技术研发人员：张永成;李兵;刘亮亮;王森;徐云;张江华;张为;秦玉霞;李德慧;王越;白杨
受保护的技术使用者：山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司
技术研发日：2018.08.29
技术公布日：2018.12.21