專利名稱：煤層氣井的反循環(huán)空氣動力造穴方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤層氣井完井技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種煤層氣井的反循環(huán)空氣動
力造穴方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
在已探明的煤炭儲量中，低階煤、碎裂煤及軟煤層占有相當大的比重，而煤層中蘊 涵的豐富煤層氣(主要成分為瓦斯)既是煤炭開采的主要安全隱患，又是一種新型的潔凈 能源。目前采用的射孔、壓裂排采技術(shù)對于低階煤層，因其閉合強度低，壓裂所形成的裂逢 易重新閉合而不能達到排采目的。對于碎裂煤，裂逢主要沿煤層中軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)展，因結(jié) 構(gòu)面中存在細粒煤粉，易堵塞壓裂所形成的裂逢，所以很難達到排采目的；機械洞穴完井排 采工藝，因其形成的洞穴小，所暴露的煤層表面積小，加之煤層滲透率低，不能實現(xiàn)低階煤 及碎裂煤的排采目的；在低階煤和碎裂煤層中施工水平分支井風險極大，主要是煤層軟、破 碎，易坍塌發(fā)生鉆井事故，無法實現(xiàn)低階煤層和碎裂煤層的煤層氣開采。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種煤層氣井的反循環(huán)空氣動力造穴方法及設(shè)備。有效解決 了碎裂煤、軟煤層及低階煤煤層氣開采的技術(shù)難題，提高了施工的安全性，使單井煤層氣產(chǎn) 量有所提高，節(jié)省了施工成本。 本發(fā)明實現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案是在井口安裝井口裝置，下入工作管至井 底，用空壓機循環(huán)清除干凈井內(nèi)巖煤/粉及水，然后上提工作管，用空壓機及增壓機注入空 氣/泡沫，注氣壓力3 15MPa，同時向井內(nèi)連續(xù)注水/霧化，注水量每次3. 0 5. 0m3，然 后打開液動平板閘閥放噴，放噴結(jié)束后，將工作管下至煤層部位，空壓機及增壓機同時運行 注入空氣，同時用注漿泵注水/泡沫3. 0 10. 0m3進行洗井至井底。 本發(fā)明實現(xiàn)上述方法采用的設(shè)備是在井口套管頭上聯(lián)接一短節(jié)，在該短節(jié)上依次 聯(lián)接底法蘭、下部四通、防噴器、環(huán)形鋼板、上部四通、盲板，下部四通的左側(cè)端口與測流量 管線聯(lián)接并在聯(lián)接部位設(shè)置有閘板閥門、右側(cè)端口與注氣管線的一端聯(lián)接，并在聯(lián)接部位 設(shè)置有閘板閥門，在測流量管線上安裝有氣體流量表，注氣管線的另一端與壓井管匯聯(lián)接， 該壓井管匯通過注氣管線、高壓三通、單向閥門及閘板閥門依次與高壓注漿泵、卸壓管線、 增壓機、空壓機聯(lián)接，在壓井管匯上還聯(lián)接有備用管線；上部四通的左側(cè)端口與放噴管線聯(lián) 接，并在聯(lián)接部位設(shè)置有液動閘板閥門和手動閥門、右側(cè)端口連接有壓力表和閘板閥門；防 噴器和液動閥門分別與液動控制箱連接。 本發(fā)明通過采用反循環(huán)造穴工藝使煤層氣井周圍形成洞穴，增加煤層裸露的面積 和表面裂隙開啟程度，進而增加煤層氣的產(chǎn)出量。通過注入高壓氣體，擴大了煤層內(nèi)部裂 隙，并使裂隙延伸距離增大，提高裂隙的連通性，有效地疏通煤層氣逸出的通道，以提高煤 層氣的產(chǎn)量。通過優(yōu)化放噴通道結(jié)構(gòu)，加裝濕潤冷卻系統(tǒng)，降低壓縮氣體溫度，潤濕噴出顆 粒，減小氣體噴出阻力，降低瓦斯(煤塵)爆炸(燃燒)的可能性。通過所下的工作管，降低放噴過程中由于高壓紊流作用產(chǎn)生的對井壁管撞擊破壞作用，同時，在出現(xiàn)煤層或頂板 大面積塌坍時，可以有效在保護井壁，降低井筒報廢的可能性，另一方面也可避免放噴或洗 井時將工作管和井壁管卡死所引起的井筒報廢，大大提高施工的安全性。
其具有以下特點 (1)具有放噴速度快、產(chǎn)生裂隙效果好、煤層氣溢出豐富、洗井時間短、洗井效果 好、造穴效率高等顯著特點。(2)解決了空氣動力造穴瓦斯、煤塵爆炸問題。
(3)有效地解決了以往空氣動力造穴中工作套管損壞和鉆具報廢等問題。
(4)解決了由于井口瓦斯?jié)舛瘸蓿鴮ψ鳂I(yè)人員造成的人身和健康危害問題。
(5)比利用氮氣造穴大大節(jié)省了施工成本。


附圖為本發(fā)明設(shè)備裝置及聯(lián)接示意圖。 圖中1 、盲板，2 、閘板閥門，3 、壓力表，4、液動閘板閥門，5 、手動閘板閥門，6 、放噴 管線，7、液動控制箱，8、環(huán)形鋼板，9、上部四通，10、防噴器，11、氣體流量表，12、測流量管 線，13、閘板閥門，14、下部四通，15、底法蘭，16、套管頭，17、短節(jié)，18、閘板閥門，19、注氣管 線，20、壓井管匯，21、注氣管線，22、高壓注漿泵，23、增壓機，24、空壓機，25、空壓機，26、單 向閥門，27、備用管線，28、高壓三通，29、閘板閥門，30、卸壓管線。
具體實施例方式
結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的具體實施例如下，但本發(fā)明不局限以下實施例。如圖所 示，本實施例是在井口套管頭16上安裝主要由增壓機23、空壓機24、25、防噴器10、上部四 通9、下部四通14、高壓注漿泵22、壓井管匯20、液動閘板閥門4及管線、閥門等組成的煤層 氣井反循環(huán)空氣動力造穴設(shè)備。具體連接方法如下在 井口套管頭16上聯(lián)接一短節(jié)17，在該短節(jié)上依次聯(lián)接底法蘭15、下部四通14、防 噴器10、環(huán)形鋼板8、上部四通9、盲板1 ;下部四通14的左側(cè)端口與測流量管線12聯(lián)接，并 在聯(lián)接部位設(shè)置有閘板閥門13、右側(cè)端口與注氣管線19聯(lián)接，并在聯(lián)接部位設(shè)置有閘板閥 門18，在測流量管線上安裝有氣體流量表11 ，注氣管線19與壓井管匯20聯(lián)接，壓井管匯20 通過注氣管線21、高壓三通28、單向閥門26及閘板閥門29依次與高壓注漿泵22、卸壓管線 30、增壓機23、空壓機24和空壓機25聯(lián)接。在壓井管匯20上還聯(lián)接有備用管線27，其作 用是1、是每次過程釋放井內(nèi)高壓氣體用；2、是在產(chǎn)生高壓可燃氣體時補接水泵注漿壓井 用。上部四通9的左側(cè)端口與放噴管線6聯(lián)接，并在聯(lián)接部位設(shè)置有液動閘板閥門4和手動 閥門5、右側(cè)端口連接有壓力表3和閘板閥門2。防噴器IO采用的是公知產(chǎn)品，如2FZ23-35 或2FZ23-21，作用是為防止產(chǎn)生高壓可燃氣體噴出用)、。液動閥門4分別與液動控制箱7 連接，液動控制箱7用于控制液動閥門4及防噴器10動作，采用的控制電路為常規(guī)的控制 電路。 本發(fā)明的工作過程如下 1、在井口套管頭16安裝、聯(lián)接好上述設(shè)備。 2、開動空壓機24、25、增壓機23，進行設(shè)備裝置試壓，檢查其氣密性、安全性。
3、下入工作管至井底，用空壓機(必要時開增壓機)循環(huán)清除干凈井內(nèi)巖(煤)
粉及水，然后上提工作管至生產(chǎn)套管(在造穴前已下入井內(nèi))底口以上5 10m，懸掛于環(huán)
形鋼板8上。 4、造穴作業(yè) 本實施例所說的煤層氣井的反循環(huán)空氣動力造穴方法是以注氣(水)、蹩壓、放
噴、洗井、測原始數(shù)據(jù)為一個循環(huán)，造穴工作一般進行五個周期，每周期3 5循環(huán)，具體的
數(shù)量可以依據(jù)前兩個周期的注氣壓力、注氣時間、煤層的坍塌情況等進行增減。 (1)空壓機24、25及增壓機23產(chǎn)生的高壓氣體經(jīng)注氣管線由工作管與生產(chǎn)套管間
的環(huán)空間注入井內(nèi)，同時用高壓注漿泵22通過注氣管線向井內(nèi)連續(xù)注水(霧化)，注水量
2. 0 5. 0m3/次，以潤濕高溫、快速噴射的空氣、巖粉或煤粉。注氣壓力隨每個周期逐步增
壓，壓力3 15MPa。 (2)蹩壓注氣壓力達到設(shè)定的壓力后，停止注氣，關(guān)閉閥門18，進行蹩壓20
30min，以使高壓氣體發(fā)生作用，壓碎煤層或擴大、延伸裂隙，并記錄壓力的變化值。 (3)放噴蹩壓結(jié)束后，打開液動閥門，使高壓氣體、巖粉或煤粉通過工作管進行放噴。 (4)放噴結(jié)束后，下放工作管至井底，開動空壓機(必要時開動增壓機)，空氣/泡 沫由注氣管線經(jīng)工作管與生產(chǎn)套管間的環(huán)狀間隙注入，同時逐漸下放工作管洗井至井底， 到井內(nèi)返出水、氣時完成一次洗井過程。直至井內(nèi)巖粉、煤粉洗凈。 每次洗井作業(yè)后，進行煤層產(chǎn)氣效果原始數(shù)據(jù)的測量，以對比每次造穴后的氣體
產(chǎn)出量，制訂造穴的周期及周期的循環(huán)數(shù)及確定何時可以結(jié)束造穴工作。 5、測量原始數(shù)據(jù) (1)氣體流量測量關(guān)閉空壓機、增壓機和高壓注漿泵、液動閘閥，使井內(nèi)氣體通 過測流量管線自由返出，通過流量表測量煤層氣在一小時內(nèi)出氣量的變化，并在排放口放 置火把點燃氣體。
(2)壓力恢復壓力恢復測量關(guān)閉所有閥門，通過壓力表11或3觀察記錄一小時
內(nèi)井內(nèi)壓力的變化，以了解每個循環(huán)或周期造穴的氣體產(chǎn)出情況。
重復以上作業(yè)，直至達到設(shè)計要求的目的。 該方法利用注入煤層臨界破裂壓力的高壓氣體，使用工作管提高氣流的上返速 度，加強氣體的壓力激蕩作用，并增強排屑效果；排除氣體紊流的擾動，減少煤層中夾矸、巖 屑同接手撞擊產(chǎn)生爆炸的機率，泡沫的使用進一步提高了安全性。
權(quán)利要求
一種煤層氣井的反循環(huán)空氣動力造穴方法，其特征是在井口安裝井口裝置，下入工作管至井底，用空壓機循環(huán)清除干凈井內(nèi)巖煤/粉及水，然后上提工作管，用空壓機及增壓機注入空氣/泡沫，注氣壓力3～15MPa，同時向井內(nèi)連續(xù)注水/霧化，注水量每次3.0～5.0m3，然后打開液動平板閘閥放噴，放噴結(jié)束后，將工作管下至煤層部位，空壓機及增壓機同時運行注入空氣，同時用注漿泵注水/泡沫3.0～10.0m3進行洗井至井底。
2. —種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述煤層氣井的反循環(huán)空氣動力造穴方法的設(shè)備，其特征是 在井口套管頭(16)上聯(lián)接一短節(jié)(17)，在該短節(jié)上依次聯(lián)接底法蘭(15)、下部四通(14)、 防噴器(10)、環(huán)形鋼板(8)、上部四通(9)、盲板(l)，下部四通的左側(cè)端口與測流量管線 (12)聯(lián)接并在聯(lián)接部位設(shè)置有閘板閥門(13)、右側(cè)端口與注氣管線的一端(19)聯(lián)接，并在 聯(lián)接部位設(shè)置有閘板閥門(18)，在測流量管線上安裝有氣體流量表(ll)，注氣管線的另一 端與壓井管匯(20)聯(lián)接，該壓井管匯通過注氣管線(21)、高壓三通(28)、單向閥門(26)及 閘板閥門(29)依次與高壓注槳泵(22)、卸壓管線(30)、增壓機(23)、空壓機(24) (25)聯(lián) 接，在壓井管匯上還聯(lián)接有備用管線(27);上部四通(9)的左側(cè)端口與放噴管線(6)聯(lián)接， 并在聯(lián)接部位設(shè)置有液動閘板閥門(4)和手動閥門(5)、右側(cè)端口連接有壓力表(3)和閘板 閥門(2);防噴器和液動閥門分別與液動控制箱(7)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣井的反循環(huán)空氣動力造穴方法，其特征是以注氣 (水)、蹩壓、放噴、洗井、測原始數(shù)據(jù)為一個循環(huán)，造穴工作一般進行五個周期，每周期3 5循環(huán)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的煤層氣井的反循環(huán)空氣動力造穴方法，其特征是每進 行放噴和洗井一個循環(huán)后，進行原始數(shù)據(jù)的檢測，關(guān)閉空壓機、增壓機和注漿泵、液動平板 閘閥，使井內(nèi)氣體自由返出，通過流量表測量煤層氣在一小時內(nèi)出氣量的變化，并在排放口 放置火把點燃氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開的煤層氣井的反循環(huán)空氣動力造穴方法及設(shè)備是在井口安裝井口設(shè)備并下入工作管至井底，用空壓機循環(huán)清除干凈井內(nèi)巖煤粉及水，然后上提工作管，用空壓機及增壓機注入空氣/泡沫，注氣壓力3～15MPa，同時向井內(nèi)連續(xù)霧化注水，注水量每次3.0～5.0m3，打開液動平板閘閥放噴，放噴結(jié)束后，將工作管下至煤層部位，空壓機及增壓機同時運行注入空氣，同時用注漿泵注水/泡沫3.0～10.0m3進行洗井至井底，每進行放噴和洗井一個循環(huán)后，進行原始數(shù)據(jù)的檢測，關(guān)閉空壓機、增壓機和注漿泵、液動平板閘閥，使井內(nèi)氣體自由返出，通過流量表測量煤層氣在一小時內(nèi)出氣量的變化，并在排放口放置火把點燃氣體。提高了施工安全性，使單井煤層氣產(chǎn)量有所提高，節(jié)省了施工成本。
文檔編號E21B21/10GK101709629SQ200910172558
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者何新安, 傅在林, 馮躍封, 張志 , 彭桂湘, 朱玉新, 李宏偉, 羅銳, 耿建國, 袁志堅, 雷華友 申請人:河南省煤田地質(zhì)局二隊