适用于多煤层的瓦斯治理方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯治理的，尤其涉及一种能用于煤矿井下多煤层瓦斯同时治理快速消突的适用于多煤层的瓦斯治理方法。

背景技术：

1、受沉积作用影响，我国煤层发育较为复杂，部分区域存在煤层层数多、单层厚度薄，煤层间距小，煤体结构复杂的特点。煤矿在开采低透气性瓦斯含量高的多煤层群组时，煤与瓦斯突出已成为严重威胁安全生产的灾害之一。目前针对多煤层开采，主要防治煤与瓦斯突出的有效措施之一为保护层开采。根据《煤与瓦斯突出实施细则》，第52条要求：“在有抽放瓦斯系统的矿井开采保护层时，应同时抽放被保护层的瓦斯。开采近距离保护层时，必须采取措施严防保护层初期卸压的瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层”,煤矿常用的多煤层瓦斯同时抽放方法主要采用先在多煤层群组下方建设底抽巷/多煤层群组上方建设顶抽巷，在底抽巷/顶抽巷打钻穿层钻孔进入保护层，先对保护层的瓦斯进行抽采，抽采达标后进行保护层的开采，在开采保护层的同时，在底抽巷/顶抽巷/保护层煤巷向被保护煤层打钻穿层钻孔进行瓦斯抽采，该种方法钻孔布置密集，施工成本高，并没有对煤层进行储层改造，抽放困难且达标时间长，不能满足多煤层煤矿所需要的快速、安全、经济抽放瓦斯的目的。

2、为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种适用于多煤层的瓦斯治理方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于多煤层的瓦斯治理方法，其能有效克服现有技术的缺陷，有效缩短瓦斯治理时间，扩大增透改造面积，还可降低经济成本。

2、为实现上述目的，本发明公开了一种适用于多煤层的瓦斯治理方法，其特征在于包括如下步骤：

3、步骤一：进行定向长钻孔施工，在底抽巷/顶抽巷/煤巷建设钻场，从下至上或从上至下打钻穿层长钻孔；

4、具体的，定向长钻孔孔身结构，其一开孔眼的直径大于二开孔眼的直径，二开孔眼的直径大于三开孔眼的直径，在一开孔眼和二开孔眼种下入套管，其一开孔眼下入的套管直径大于二开孔眼下入的套管直径，使用封孔材料进行对一开套管与一开孔眼环空、二开套管与二开孔眼环空进行封固，三开孔眼裸眼完孔；

5、步骤二：在定向长钻孔内下入压裂工具；

6、步骤三：在定向长钻孔孔口安装压裂孔口；

7、步骤四：通过沿煤矿巷道铺设的压裂管线，压裂管线固定在煤矿巷道巷帮底部，压裂管线采用api系列钢套管，转弯处使用耐高压软管，将地面大型压裂车组与井下定向长钻孔压裂孔口相连接；

8、步骤五：对定向长钻孔孔径内经过的所有目的煤层，沿孔底至孔口方向依次逐层进行压裂；

9、步骤六：在压裂过程中，通过地面微地震监测和井下监测相结合的方式对压裂范围进行监控；

10、步骤七：压裂完成后，对定向钻孔内压裂液进行泄压；

11、步骤八：泄压完成后，拆除压裂孔口及压裂工具。

12、步骤九：将定向长钻孔接入煤矿瓦斯抽采系统中进行瓦斯抽放。

13、其中：定向长钻孔的施工包含如下子步骤：

14、步骤1.1一开钻孔施工：使用小尺寸打钻钻头和钻杆采用旋转钻进方式直接开孔，然后用稍大尺寸的扩孔钻头和钻杆采用旋转钻进方式直接扩孔，最后用更大尺寸的扩孔钻头和钻杆采用旋转钻进方式扩孔，直到最终成孔直径能够保障后续下入一开表层套管；

15、步骤1.2用矿用ab胶封固一开表层套管与一开孔眼环空，封堵长度不小于150mm，候凝45min以上；

16、步骤1.3进行定向长钻孔二开施工，使用小尺寸打钻钻头和钻杆在已扩好孔的一开孔段孔底采用旋转钻进方式重新开孔，然后用稍大尺寸扩孔钻头和钻杆采用旋转钻进方式直接扩孔，最后用更大尺寸扩孔钻头和钻杆采用旋转钻进方式扩孔，直到最终成孔直径能够保障后续下入二开套管；

17、步骤1.4用g级油井水泥封固二开套管与二开孔眼环空，封堵长度不小于20m，候凝24h以上；

18、步骤1.5三开裸眼段钻孔。

19、其中：

20、从上向下打钻时，步骤1.5中使用小尺寸打钻钻头和钻杆在已扩好孔的孔底采用旋转钻进方式重新开孔，钻至第一目的煤层底板，更换稍大尺寸钻头扩孔至第一目的煤层底板；更换小尺寸钻头钻穿第二目的煤层底板，更换稍大尺寸钻头扩孔钻穿第二煤层底板，重复该过程，直至所有目的煤层均被钻穿，最终第一目的煤层顶板至最终目的煤层底板段即三开孔段，孔径能够满足下入压裂工具。

21、从下向上打钻时，步骤1.5中使用小尺寸打钻钻头和钻杆在已扩好孔的孔底采用旋转钻进方式重新开孔，钻至第一目的煤层顶板，更换稍大尺寸钻头扩孔至第一目的煤层顶板；更换小尺寸钻头钻穿第二目的煤层顶板，更换稍大尺寸钻头扩孔钻穿第二煤层顶板，重复该过程，直至所有目的煤层均被钻穿，最终第一目的煤层底板至最终目的煤层顶板段即三开孔段，孔径能够满足下入压裂工具。

22、其中：封孔材料用量计算如下：

23、g＝q×1/4×π×(d2-d2)×l×g

24、q：系数，1.3～1.7，根据开孔位置岩性；

25、g：封孔材料的用量，kg；

26、d：开孔段钻孔内径，m；

27、d：套管外径，m；

28、l：封堵段长度，m；

29、g：每立方米封孔材料用量，kg/m3。

30、其中：

31、一开孔段：将矿用封孔ab胶送入孔眼与一开套管的环空，将一开套管与一开孔眼环空固好，施工后至少侯凝45min观察是否凝固好。

32、二开孔段：封孔材料采用g级油井水泥，加入3％cacl2，混拌成不能流动的状态，然后送入二开孔眼与二开套管的环空，施工后侯凝24h观察水泥是否凝固好。

33、其中：孔底至孔口的压裂工具依次为：承压短节-裸眼封隔器-液压滑套-(裸眼封隔器-投球滑套)×(n-1)-裸眼封隔器-压裂套管，n代表目的煤层数量。

34、其中：各压裂工具采用压裂套管连接。

35、其中：每15m布置一个扶正器。

36、其中：所述压裂采用的介质为纯氮气、氮气泡沫液体和活性水中的一种或几种的组合，压裂支撑剂为石英砂、陶粒砂等任意一种压裂用支持剂或几种支撑剂的组合；压裂排量控制在0～10m3/min。

37、其中：在孔口封孔管的外端加装导引四通，连接汇流管相接、气水煤分离器、孔口三通连接，气水煤分离器与沉淀箱连接，孔口三通连接汇流管及封孔器。

38、通过上述内容可知，本发明的适用于多煤层的瓦斯治理方法具有如下效果：

39、1、缩短瓦斯治理时间：可实现多煤层瓦斯同时治理，不必等待在保护层瓦斯治理后即可对被保护层进行治理，极大的缩短瓦斯达标抽放时间。

40、2、增透改造面积大，单一煤层中改造面积15000m2以上，多煤层压裂面积至少为15000m2×压裂煤层数量，极大的扩大了一次改造的影响面积。

41、3、降低经济成本：可选择对经济价值较高的煤层进行优先开采，无须先开采解放层，同时可有效减少常规瓦斯抽放钻孔的数量。

42、本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。