一种厚储藏层气矿开采方法

技术领域

本发明属于低渗透性、岩层致密、厚储藏的气矿(煤层气、页岩气和天然气)抽采领域，尤其涉及一种厚储藏层气矿开采方法。

背景技术

我国是一个幅员辽阔、矿产丰富的大国。随着社会突飞猛进的发展，对各类矿产能源的需求日益增加。气矿包括煤层气、天然气和页岩气，是我国重要的清洁能源。经探测，我国现有的煤层气、页岩气和天然气储量分别达到36.8万亿立方米、0.37万亿立方米和5.96万亿立方米。对气矿进行开采和利用将会有效缓解我国的能源消费结构、高效助力我国的社会发展。然而，我国气矿普遍存在低渗透性特点，对于厚储藏层的气矿开采仍存在开采难和开采效率低的难题。

因此，急需开发一种利于储藏层的气矿开采的新方法，确保气矿的高效开采和利用。

发明内容

本发明的目的是针对厚储藏气矿层的气矿开采难和开采效率低的问题，提供一种厚储藏层气矿开采方法。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供一种电磁式可回收瓦斯抽采钻孔封堵装置，其特征在于，包括：电磁式封堵囊袋、注浆防护装置、抽气管、注料管和供电线路，所述电磁式封堵囊袋是由外部囊袋和内部磁环体结构组成，所述外部囊袋包括位于中部的长细囊袋和位于两侧的短粗囊袋构成，所述内部磁环体由磁环体一、磁环体二、磁环体三、卡位体以及弹性布袋连接而成，其结构与外部囊袋的结构相匹配，包括位于中部的磁体结构一和位于两侧的磁体结构二，磁体结构一包括位于长细囊袋两端的磁环体二和与磁环体二间隔一定距离对称设置的两磁环体三，磁体结构二包括分别位于短粗囊袋两侧的磁环体二和磁环体一以及位于磁环体二和磁环体一中部的卡位体，长细囊袋两端的磁环体二分别与短粗囊袋两侧的磁环体二临近一体设置，各磁环体、卡位体之间通过弹性布袋连接，其中，通电后磁环体二的磁性与磁环体一、磁环体三的磁性相反，所述内部磁环体结构套接在抽气管上，且各磁环体和卡位体的内径略大于抽气管的外径，磁环体一和磁环体二能在抽气管上滑动，磁环体三和卡位体固定在抽气管上，所述注浆隔护装置套在电磁式封堵囊袋的外侧，其上包裹着注料管，对电磁式封堵囊袋起到隔离保护的作用，所述电磁式封堵囊袋与供电线路连接。

进一步地，所述磁环体一和磁环体二上分别设置有圆环卡固装置，以用于分别连接和卡固长细囊袋和短粗囊袋的端口。

进一步地，所述磁环体三和卡位体内侧设置有螺纹，抽采管外侧上相应位置处也设置螺纹，通过螺纹匹配实现磁环体三和卡位体固定在抽气管上。

进一步地，所述磁环体三和卡位体内侧分成上下左右对称的四个区域，其中一组相对的区域为光面，一组相对的区域为螺纹面，所述抽采管外侧相应位置处也采用相同方式设置螺纹。

进一步地，所述短粗囊袋上设有无线智能阀，能通过无线控制装置实现远程操控开闭，将短粗囊袋中高压能量排出，便于装置取出。

进一步地，所述注浆隔护装置结构与电磁式封堵囊袋的结构相匹配，由隔护管、隔护囊袋一、隔护囊袋二、收口皮筋一、收口皮筋二和半圆夹管一、半圆夹管二和长磁板组成，隔护管由两个半圆管组成，其位于注浆隔护装置的中部区域，两端分别连接隔护囊袋一和隔护囊袋二，隔护囊袋一和隔护囊袋二的外端口套有收口皮筋一，内端口套有收口皮筋二，收口皮筋一能将隔护囊袋外端口套裹在抽气管上，防止在送入钻孔时，装置碰触煤壁造成隔护囊袋发生翻折脱落问题，收口皮筋二能将隔护囊袋的内端口套在隔护管上，半圆夹管一和半圆夹管二的两端设有异性长磁板，两两相吸，将隔护囊袋的内端口牢牢地夹固在隔护管上，所述两个半圆管的对合处设有密接凹凸槽，保证隔护管的对合严密性。

进一步地，所述隔护管长度与两个磁环体三之间长度相匹配，用于套设在长细囊袋上两磁环体三之间的部分，隔护囊袋一与隔护囊袋二的结构相同，均由套设短粗囊袋的部分与套设长细囊袋磁环体二与磁环体三之间的部分组成。

进一步地，所述隔护囊袋一上设置供注料管穿过的孔，注料管穿过隔护囊袋一后，通过弹簧卡体紧固在隔护囊袋一上。

进一步地，所述弹簧卡体是由弹簧体、卡体管壁和柱芯构成，柱芯套固在卡体管壁的底部中心处，弹簧体绕套在柱芯上，它的两翼延伸在卡体管壁的顶部，卡体管壁的内壁为圆形，直径与注料管外壁相同，它的外壁上侧弧面与钻孔内壁弧面一致，下侧弧面能对圆鼓状的短粗囊袋实现最大面积的接触，从而保障短粗囊袋对钻孔的良好密封性，弹簧体位于卡体管壁的内部，弹簧卡体张开后，它的两翼在受到弹簧卡体的弹力作用下，以柱芯为轴点完成闭合，所述弹簧卡体的所有棱角做钝化处理，避免对其他装置造成损害。

本发明还提供一种利用上述电磁式可回收瓦斯抽采钻孔封堵装置进行厚储藏层气矿开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.利用钻孔设备在储气层中开凿出钻孔组，立体钻孔贯穿覆盖层和储气层，水平钻孔一、水平钻孔二和水平钻孔三沿储气层的走向，且垂直于立体钻孔进行开凿，水平钻孔之间相隔5～7米；

b.在三个水平钻孔内部，使用射孔装备在垂直于水平钻孔方向的储气层割出多道裂缝，形成多个裂缝区，水平钻孔之间的裂缝耦合形成裂缝贯通区，水平钻孔的深部以相隔5～6米的距离设置多组预置射孔器；

c.组装电磁式可回收瓦斯抽采钻孔封堵装置，将抽气管穿过电磁式封堵囊袋的各磁环体和卡位体，使抽气管的螺纹面与磁环体三和卡位体的螺纹面相匹配，从而使得磁环体三和卡位体与抽气管套固，进而电磁式封堵囊袋套固在抽气管上，将注料管穿过隔护囊袋一，后将弹簧卡体送入隔护囊袋一内，通过弹簧卡体将注料管与隔护囊袋一紧固；然后把带有弹簧卡体和注料管的注浆隔护装置套裹在电磁式封堵囊袋上，使得注料管管口位于浆料封堵区，连接供电线路和电磁式封堵囊袋，将套有电磁式封堵囊袋和注浆隔护装置的抽气管送入立体钻孔内；

其中，把带有弹簧卡体和注料管的注浆隔护装置套裹在电磁式封堵囊袋上，具体操作为：把两个半圆管对合在一起，将长细囊袋两磁环体三之间的部分包套在中间，形成隔护管，将带有弹簧卡体和注料管的隔护囊袋一和隔护囊袋二分别穿过短粗囊袋，并将收口皮筋一和收口皮筋二分别套裹在抽气管上和隔护管的管口处，同时，使用半圆夹管一和半圆夹管二将隔护囊袋一和隔护囊袋二的内端口加固在隔护管上；

d.连通电路，电磁式封堵囊袋的两侧囊袋由长条状变得圆鼓状，紧贴孔壁，中部形成封堵密闭区，启动泵罐，堵料通过注料管输送至封堵密闭区；

e.待堵料渗入周围岩壁，且凝固定型后，进行气矿抽采；

f.发现气矿抽采浓度下降明显时，操控超无线控制台，远程启动三个水平钻孔内的同一列的预置射孔器，在水平钻孔内生成新裂缝，随后进行气矿抽采；

g.重复f步骤，从而强化厚储藏层气矿的开采；

h.待本段储气层抽采完毕时，操控超无线控制台将电磁式封堵囊袋的两侧囊袋的高压能量排出，体积缩放，断开线路连接，磁环体失去相互吸引的磁力，在电磁式封堵囊袋的自身的张力作用下，磁环体之间做相离运动，带动长细囊袋和短粗囊袋恢复成原来的形状，把套有电磁式封堵囊袋的抽气管取出，完成厚储藏层气矿抽采装置的回收。

进一步地，所述预置射孔器中部设有弹簧装置，两端为针尖结构，能在弹力作用下深深插入水平钻孔的上下岩壁内，超无线控制台能够远程启动预置射孔器。

有益效果

与现有技术相比，本发明采用多水平分层-分段致裂增渗强化厚储藏层气矿的开采，通过分段致裂延长气矿抽采时间和钻孔的使用寿命；通过多水平分层致裂形成裂隙耦合带，提高储气矿层的透气性和气矿抽采效率；本发明还借助电磁原理，巧妙地将传统的囊袋封孔和注浆封孔结合，既克服了囊袋封孔不严，导致抽采效率低下的问题，又解决注料封孔，导致封孔和抽采装置不可回收重复使用的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明封孔装置的结构示意图。

图3是本发明电磁式封堵囊袋的结构示意图。

图4是本发明注浆隔护装置通电前后的结构示意图。

图5是本发明弹簧卡体的结构示意图。

图6是本发明装置在通电、注料前后的效果示意图。

图7是本发明磁环体三或者卡位体与抽采管套固示意图。

图8是本发明注浆隔护装置安装流程图。

图中：1.覆盖层，2.储气层，3.立体钻孔，4.水平钻孔一，5.水平钻孔二，6.水平钻孔三，7.预置射孔器，8.抽气管，9.电磁式封堵囊袋，9-1.长细囊袋，9-2.短粗囊袋，9-3.磁环体一，9-4.磁环体二，9-5.磁环体三，9-6.卡位体，9-7.智能阀，9-8-弹性布袋，10.注浆隔护装置，10-1.隔护管，10-2.隔护囊袋一，10-3.隔护囊袋二，10-4.收口皮筋一，10-5.收口皮筋二，10-6.半圆夹管一，10-7.半圆夹管二，10-8.长磁板，11.注料管，12.堵料，13.泵罐，14.供电线路，15.弹簧卡体，15-1.弹簧体，15-2卡体管壁，15-3.柱芯，16.超无线控制台，17-螺纹。

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

实施例一

如图1～8所示，本发明提供一种电磁式可回收瓦斯抽采钻孔封堵装置，包括：电磁式封堵囊袋9、注浆防护装置10、抽气管8、注料管11和供电线路14，所述电磁式封堵囊袋9是由外部囊袋和内部磁环体结构组成，所述外部囊袋包括位于中部的长细囊袋9-1和位于两侧的短粗囊袋9-2构成，所述内部磁环体由磁环体一9-3、磁环体二9-4、磁环体三9-5、卡位体9-6以及弹性布袋9-8连接而成，其结构与外部囊袋的结构相匹配，包括位于中部的磁体结构一和位于两侧的磁体结构二，磁体结构一包括位于长细囊袋两端的磁环体二9-4和与磁环体二9-4间隔一定距离对称设置的两磁环体三9-5，磁体结构二包括分别位于短粗囊袋两侧的磁环体二9-4和磁环体一9-3以及位于磁环体二9-4和磁环体一9-3中部的卡位体9-6，长细囊袋两端的磁环体二9-4分别与短粗囊袋两侧的磁环体二9-4临近一体设置，各磁环体、卡位体9-6之间通过弹性布袋9-9连接，其中，通电后磁环体二9-4的磁性与磁环体一9-3、磁环体三9-5的磁性相反，促使磁环体一9-3向磁环体二9-4运动的同时，磁环体二9-4在向磁环体三9-5运动，使得长细囊袋9-1和短粗囊袋9-2由长条状变得圆鼓起来，实现对隔护管10-1和钻孔的封堵，所述卡位体9-6用于阻隔受磁力影响的磁环体一9-3进一步向磁环体二9-4移动。

所述内部磁环体结构套接在抽气管8上，且各磁环体和卡位体9-6的内径略大于抽气管8的外径，磁环体一9-3和磁环体二9-4能在抽气管8上滑动，磁环体三9-5和卡位体9-6固定在抽气管8上，所述注浆隔护装置10套在电磁式封堵囊袋9的外侧，其上包裹着注料管11，对电磁式封堵囊袋9起到隔离保护的作用，所述电磁式封堵囊袋9与供电线路14连接。

进一步地，所述磁环体一9-3和磁环体二9-4上分别设置有圆环卡固装置，以用于分别连接和卡固长细囊袋和短粗囊袋的端口。

进一步地，所述磁环体三9-5和卡位体9-6内侧设置有螺纹17，抽气管8外侧上相应位置处也设置螺纹17，通过螺纹匹配实现磁环体三9-5和卡位体9-6固定在抽气管8上。

进一步地，所述磁环体三9-5和卡位体9-6内侧分成上下左右对称的四个区域，其中一组相对的区域为光面，一组相对的区域为螺纹面，所述抽气管外侧相应位置处也采用相同方式设置螺纹。

进一步地，所述短粗囊袋上设有无线智能阀9-7，能通过超无线控制台16实现远程操控开闭，将短粗囊袋中高压能量排出，便于装置取出。

进一步地，所述注浆隔护装置结构与电磁式封堵囊袋9的结构相匹配，由隔护管10-1、隔护囊袋一10-2、隔护囊袋二10-3、收口皮筋一10-4、收口皮筋二10-5和半圆夹管一10-6、半圆夹管二10-7和长磁板10-8组成，隔护管10-1由两个半圆管组成，其位于注浆隔护装置10的中部区域，两端分别连接隔护囊袋一10-1和隔护囊袋二10-2，隔护囊袋一和隔护囊袋二的外端口套有收口皮筋一10-4，内端口套有收口皮筋二10-5，收口皮筋一10-4能将隔护囊袋外端口套裹在抽气管8上，防止在送入钻孔时，装置碰触煤壁造成隔护囊袋发生翻折脱落问题，收口皮筋二10-5能将隔护囊袋的内端口套在隔护管10-1上，半圆夹管一10-6和半圆夹管二10-7的两端设有异性长磁板10-8，两两相吸，将隔护囊袋的内端口牢牢地夹固在隔护管10-1上，所述两个半圆管的对合处设有密接凹凸槽，保证隔护管的对合严密性。

进一步地，所述隔护管10-1长度与两个磁环体三9-5之间长度相匹配，用于套设在长细囊袋上两磁环体三之间的部分，隔护囊袋一10-2与隔护囊袋二10-3的结构相同，均由套设短粗囊袋的部分与套设长细囊袋磁环体二与磁环体三之间的部分组成。

进一步地，所述隔护囊袋一10-2上设置供注料管11穿过的孔，注料管11穿过隔护囊袋一10-2后，通过弹簧卡体15紧固在隔护囊袋一10-2上。

进一步地，所述弹簧卡体15是由弹簧体15-1、卡体管壁15-2和柱芯15-3构成，柱芯15-3套固在卡体管壁15-2的底部中心处，弹簧体15-1绕套在柱芯上，它的两翼延伸在卡体管壁15-2的顶部，卡体管壁15-2的内壁为圆形，直径与注料管外壁相同，它的外壁上侧弧面与钻孔内壁弧面一致，下侧弧面能对圆鼓状的短粗囊袋实现最大面积的接触，从而保障短粗囊袋对钻孔的良好密封性，弹簧体15-1位于卡体管壁15-2的内部，弹簧卡体15张开后，它的两翼在受到弹簧卡体15的弹力作用下，以柱芯为轴点完成闭合，所述弹簧卡体15的所有棱角做钝化处理，避免对其他装置造成损害。

实施例二

本发明实施例二提供一种利用实施例一中的电磁式可回收瓦斯抽采钻孔封堵装置进行厚储藏层气矿开采方法，包括以下步骤：

a.利用钻孔设备在储气层中开凿出钻孔组，立体钻孔3贯穿覆盖层1和储气层2，水平钻孔一4、水平钻孔二5和水平钻孔三6沿储气层2的走向，且垂直于立体钻孔3进行开凿，水平钻孔之间相隔5～7米；

b.在三个水平钻孔内部，使用射孔装备在垂直于水平钻孔方向的储气层2割出多道裂缝，形成多个裂缝区，水平钻孔之间的裂缝耦合形成裂缝贯通区，水平钻孔的深部以相隔5～6米的距离设置多组预置射孔器7；

c.组装电磁式可回收瓦斯抽采钻孔封堵装置，将抽气管8穿过电磁式封堵囊袋的各磁环体和卡位体，使抽采管3的螺纹面与磁环体三9-5和卡位体9-6的螺纹面相匹配，从而使得磁环体三9-5和卡位体9-6与抽气管8套固，进而电磁式封堵囊袋套固在抽气管8上，将注料管11穿过隔护囊袋一10-2，后将弹簧卡体15送入隔护囊袋一10-2内，通过弹簧卡体15将注料管11与隔护囊袋一10-2紧固；然后把带有弹簧卡体和注料管的注浆隔护装置10套裹在电磁式封堵囊袋上，使得注料管管口位于浆料封堵区，连接供电线路14和电磁式封堵囊袋9，将套有电磁式封堵囊袋9和注浆隔护装置10的抽气管8送入立体钻孔3内；

其中，把带有弹簧卡体15和注料管11的注浆隔护装置10套裹在电磁式封堵囊袋上，具体操作为：把两个半圆管对合在一起，将长细囊袋两磁环体三9-5之间的部分包套在中间，形成隔护管10-1，将带有弹簧卡体和注料管的隔护囊袋一10-2和隔护囊袋二10-3分别穿过短粗囊袋9-2，并将收口皮筋一10-4和收口皮筋二10-5分别套裹在抽气管8上和隔护管10-1的管口处，同时，使用半圆夹管一10-6和半圆夹管二10-7将隔护囊袋一10-2和隔护囊袋二10-3的内端口加固在隔护管10-1上。

d.连通电路，电磁式封堵囊袋9的两侧囊袋由长条状变得圆鼓状，紧贴孔壁，中部形成封堵密闭区，启动泵罐，堵料12通过注料管输送至封堵密闭区；

e.待堵料12渗入周围岩壁，且凝固定型后，进行气矿抽采；

f.发现气矿抽采浓度下降明显时，操控超无线控制台16，远程启动三个水平钻孔内的同一列的预置射孔器7，在水平钻孔内生成新裂缝，随后进行气矿抽采；

g.重复f步骤，从而强化厚储藏层气矿的开采；

h.待本段储气层抽采完毕时，操控超无线控制台16将电磁式封堵囊袋9的两侧囊袋的高压能量排出，体积缩放，断开线路连接，磁环体失去相互吸引的磁力，在电磁式封堵囊袋9自身的张力作用下，磁环体之间做相离运动，带动长细囊袋和短粗囊袋恢复成原来的形状，把套有电磁式封堵囊袋的抽气管8取出，完成厚储藏层气矿抽采装置的回收。

进一步地，所述预置射孔器7中部设有弹簧装置，两端为针尖结构，能在弹力作用下深深插入水平钻孔的上下岩壁内，超无线控制台能够远程启动预置射孔器。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效变换，或直接或者间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。