深层钻井瓦斯抽采与热能综合开发系统的制作方法

本技术属于煤矿深井能源利用，具体涉及一种深层钻井瓦斯抽采与热能综合开发系统。

背景技术：

1、随着煤矿开采深度逐渐增大，煤层瓦斯含量和地层温度也在不断增加；矿井瓦斯灾害和矿井热害严重影响着井下作业人员的健康和矿井高效安全生产，因此，做好矿井瓦斯灾害和矿井热害的防治工作是深井煤层开采的主要因素。目前对深井（井深大于800m）煤层的开采不仅成本高，而且具有较高的危险性（瓦斯含量高、压力大且温度高）。因此，如何既能在不过大增加施工成本的条件下对深井煤层进行卸压，抽采煤层气资源并利用地热资源，是目前本领域技术人员急切关注的。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种深层钻井瓦斯抽采与热能综合开发系统，解决深井煤层压力大、瓦斯易突出的问题，既抽采煤层气资源，同时又利用地热能源。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：深层钻井瓦斯抽采与热能综合开发系统，包括中心注液垂直井、第一抽采垂直井和第二抽采垂直井，第一抽采垂直井和第二抽采垂直井关于中心注液垂直井的中心线对称布置；

3、以中心注液垂直井为中心，以中心注液垂直井到第一抽采垂直井的中心距为半径，在第一抽采垂直井底部开设有第一弧形水平井，第一弧形水平井的圆心角小于180°，第一抽采垂直井位于第一弧形水平井的弧长中心处；以中心注液垂直井底部为起点，沿第一弧形水平井的径向方向开设有若干条第一直井段，第一直井段另一端与第一弧形水平井贯通；

4、以中心注液垂直井为中心，以中心注液垂直井到第二抽采垂直井的中心距为半径，在第二抽采垂直井底部开设有第二弧形水平井，第二弧形水平井的圆心角小于180°，第二抽采垂直井位于第二弧形水平井的弧长中心处，以中心注液垂直井底部为起点，沿第二弧形水平井的径向方向开设有若干条第二直井段，第二直井段另一端与第二弧形水平井贯通；

5、中心注液垂直井、第一抽采垂直井、第二抽采垂直井、第一弧形水平井、第一直井段、第二弧形水平井和第二直井段内设有内部连通的外气内水双层管路组件，外气内水双层管路组件上设置若干个中心定位支撑件。

6、外气内水双层管路组件包括注液段双层套管、第一弧形双层套管、第一直段双层套管、第一抽采双层套管、第二弧形双层套管、第二直段双层套管和第二抽采双层套管；注液段双层套管下端与所有的第一直段双层套管和第二直段双层套管内端连接；第一弧形双层套管与所有的第一直段双层套管外端连接，第一抽采双层套管下端与第一弧形双层套管中间顶部连接；第二弧形双层套管与所有的第二直段双层套管外端连接，第二抽采双层套管下端与第二弧形双层套管中间顶部连接；

7、注液段双层套管设置在中心注液垂直井内，第一弧形双层套管设置在第一弧形水平井内，第一直段双层套管设置在第一直井段内，第一抽采双层套管设置在第一抽采垂直井内，第二弧形双层套管设置在第二弧形水平井内，第二直段双层套管设置在第二直井段内，第二抽采双层套管设置在第二抽采垂直井内。

8、注液段双层套管、第一抽采双层套管和第二抽采双层套管的结构相同，均包括若干节串联的外隔热保温管和若干节穿串联的内导热耐腐蚀管，外隔热保温管内圆和内导热耐腐蚀管外圆之间通过若干根第一连接定位杆固定为一体；

9、第一弧形双层套管、第一直段双层套管、第二弧形双层套管和第二直段双层套管的结构相同，均包括外部的筛孔管和内部的耐腐蚀导热管，筛孔管内圆和耐腐蚀导热管外圆之间通过若干根第二连接定位杆固定为一体；

10、外隔热保温管的最下端侧部与筛孔管端部连接并连通，内导热耐腐蚀管的最下端侧部与耐腐蚀导热管的端部连接并连通。

11、每个中心定位支撑件均包括套筒和若干根弧形弹性支撑条，套筒同轴向套装在筛孔管上，弧形弹性支撑条设置在套筒长度方向两侧的外圆上，套筒长度方向两侧的外圆上均开设有沿圆周方向均匀布置的若干组定位结构，每组定位结构均包括左右间隔布置的两个卡槽，每个弧形弹性支撑条两端均折弯后插设安装在每组定位结构的两个卡槽内；

12、设置在第一弧形双层套管、第一直段双层套管、第二弧形双层套管和第二直段双层套管上两端位置的中心定位支撑件上设有遇水膨胀橡胶套，遇水膨胀橡胶套同轴套装在套筒外圆的中部，套筒外圆上在遇水膨胀橡胶套两端部分别设有定位环，定位环周向设有多个螺钉，螺钉依此穿过定位环、套筒和筛孔管，将套筒固定到筛孔管上的同时将遇水膨胀橡胶套固定在套筒上。

13、第一抽采双层套管和第二抽采双层套管的外隔热保温管上端口设有隔热端板，第一抽采双层套管和第二抽采双层套管的内导热耐腐蚀管上端向上穿过隔热端板并连接有保温排水管，保温排水管上设有排水控制阀和集监测水温、水压、流量一体功能的第一综合监测仪表，外隔热保温管上连接有瓦斯排气管，瓦斯抽采泵设在瓦斯排气管上，瓦斯排气管上还设有排气控制阀和集监测气温、气压、流量一体功能的第二综合监测仪表。

14、所有的第一直井段在第一弧形水平井到中心注液垂直井的方向上高度逐渐降低；所有的第二直井段在第二弧形水平井到中心注液垂直井的方向上高度逐渐降低；

15、中心注液垂直井底部设有储水池，注液段双层套管的内导热耐腐蚀管内部同轴向设有抽水预热管，抽水预热管下端伸入到储水池下部，抽水预热管上设有位于内导热耐腐蚀管内部的导热筋板。

16、注液段双层套管下端设有堵板，中心注液垂直井的井壁上设有与注液段双层套管下端连接的支撑架，抽水预热管下端外圆固定设有同心圆环状沉淀扰动喷管，支撑架下部设有增压泵，增压泵的进口通过上增压管与堵板连接并与内导热耐腐蚀管内部连通，上增压管上设有防爆电磁阀，增压泵的出口通过下增压管与同心圆环状沉淀扰动喷管连接，同心圆环状沉淀扰动喷管底部设有若干个喷水细孔。

17、采用上述技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下技术效果：

18、（1）本实用新型中的扇形发散式井底通道是u型井的升级版，在扇形发散式井底通道内布置的外气内水双层管路组件，外层管抽采瓦斯，内层管为水循环，煤层压裂后抽采瓦斯带出的热量传递给内层管，依靠水循环把热量带到地面加以利用，以此来实现深部煤层热/气合采以及矿区减灾防灾。

19、（2）中心定位支撑件的若干弧形弹性支撑条与水平井内壁压接，保证水平井内部的外气内水双层管路组件居中设置，保证瓦斯抽采的顺利性。在每条水平井段内部最两端的中心定位支撑件上设置遇水膨胀橡胶套，遇水膨胀橡胶套吸收水分开始膨胀，充分膨胀后的密封水平井段内壁与筛孔管之间的环空，将连通的各个水平井段分隔为若干段，以提高压裂效果。

20、（3）定位环用于限定遇水膨胀橡胶套的轴向位置，使遇水膨胀橡胶套膨胀时尽量沿径向方向膨胀，螺钉将定位环、套筒与筛孔管固定连接，用于定位环形封隔器。

21、（4）相较于在扇形发散式井底通道的水平井全段同时压裂，为了进一步提升压裂效果，可在每个中心定位支撑件上都设置一个遇水膨胀橡胶套，遇水膨胀橡胶套外圆与水平井的井壁密封压接，使压裂液与井壁接触面积减小，在相同压裂液压力条件下，增加了井壁上的压强，使得裂缝更容易扩展。在水平井全段同时压裂时，相邻裂缝扩展区会形成缝间干扰现象，使得中间区域裂缝长度受到抑制，难以形成有效裂缝。遇水膨胀橡胶套的设置，遇水膨胀橡胶套外圆与水平井段压接接触的部分不发生起裂，且将遇水膨胀橡胶套两侧裂缝发育区分隔开，减弱裂缝间干扰效应，形成更多的有效裂缝，提高压裂效果。

22、（5）设置抽水预热管，对井底储水池内的储存水进行抽水，避免水淹没水平井段，同时抽水预热管及其外圆设置的导热筋板，对内导热耐腐蚀管内部注入的冷水进行热交换，进一步提升井下热量的利用效率。对储水池池底的沉淀采用水射流的方式间歇进行扰动，避免在抽水时产生堵塞。

23、综上所述，本实用新型原理科学、设计新颖，施工成本低，产生效益大，实现了矿区深井煤层无巷道瓦斯抽采及深部地热资源的综合开采，既解决了开采浅部煤层时深井煤层瓦斯难以抽采的问题，一次性抽采面积大，热能利用率高，合理开采煤层气资源的同时，减少了瓦斯抽采工程量，又利用了地热资源，为煤矿带来更多效益。