從有限的地表區域進入到地下地帶用的方法和系統的製作方法

2023-05-21 11:40:46

專利名稱：從有限的地表區域進入到地下地帶用的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及地下勘探和鑽探的領域，具體來說，涉及從有限的地表區域進入到地下地帶用的一種方法和系統。
發明的背景地下的煤礦，不管是諸如「無煙煤」的「硬煤」，還是諸如褐煤或含瀝青的煤，都含有大量隨帶的甲烷氣體。多年來，人們只是進行有限的生產和從煤礦中利用甲烷氣體。許多障礙阻礙著進一步廣泛的開發和對煤層中的煤礦甲烷氣體的利用。從煤層中生產甲烷氣體的最主要的問題在於，儘管煤層可延伸到大至幾千英畝的廣大區域，但煤層在深度上卻頗淺，從幾英寸到幾米的範圍內變化。因此，儘管煤層通常相當靠近地表，但為獲得甲烷氣體而鑽探到煤層的豎井卻只能排出煤層方圓的很小的半徑範圍。此外，煤層的壓裂不能修補，且通常採用其它的方法來從礦層中提高甲烷氣體的產量。其結果，一旦氣體容易地從在煤層中鑽的豎井中排出，進一步的生產在體積上加以限制。此外，煤層往往與地下水相連，為了產出甲烷必須從煤層中排去地下水。
為了擴大暴露在萃取氣體的鑽孔的煤層(coal seam)的數量，已經試圖進行了水平的鑽探的形式。然而，傳統的水平鑽探技術要求使用輻射式的井孔，它在從煤層中去除附帶的地下水中出現諸多困難。用杆式泵從地下井中泵去水的最有效的方法在水平的或輻射的孔中不能很好地工作。
現有技術的開礦系統通常要求一便於工作的相當大和平坦的地表面區域。其結果，現有技術的開礦系統鑽井技術通常不能在阿巴拉契亞地區和其它多山的地形中使用。例如，在某些地區，那裡最大的平坦地可能是寬廣的行車道。因此，必須使用不很有效的方法，以致導致生產的延期，又增加與從煤層中抽取氣體相關的成本。
發明概要本發明提供一種從有限的表面區域(limited surface area)進入到地下地帶(subterranean zone)用的方法和系統，它基本上消除或減少了與先前的系統和方法相關的諸多缺點和問題。具體來說，從一公共井孔(common bore)出發的帶有在地下縫(subterranean seam)上的井孔圖形(well bore pattern)的一環接井孔(articulated well bore)從一腔井(cavity well)或靠近腔井延伸，腔井與縫上的井孔圖形連通。井孔圖形了提供進入到一大的地下區域(subterranean area)的通道，而腔井通過井孔圖形允許匯集附帶的水、碳氫化合物和其它的沉積物，井孔圖形可有效地移去和/或形成。井孔圖形也提供進入到一地下地帶的通道，用於處理在地下地帶裡的材料或將一種物質引入或噴入該地下地帶。
根據本發明的一實施例，一從地下礦層(subsuface formation)採礦的系統包括一從地表到目標地帶延伸的基本上垂直的井孔。該系統包括從大致垂直的井孔到目標地帶延伸的一環接井孔。環接井孔從在地表和目標地帶之間的基本上垂直的井孔分叉出去。該系統還包括一從在目標地帶的環接井孔延伸並可操作地匯集來自目標地帶的礦藏的排出圖形(drainage pattern)。該系統還包括一地下通道，其從排出圖形到大致垂直的井孔可操作地連通礦藏資源。該系統還包括一設置在基本上垂直的井孔內的垂直泵，該泵能將匯集在基本上垂直的井孔內的礦藏提升到地表上。
根據本發明的另一方面，基本上水平的排出的圖形可包括一羽形圖形，該羽形圖形包括一從基本上垂直的井孔延伸到該區域(area)的遠端的基本上水平的對角的井孔，所述垂直井孔形成由排出圖形覆蓋的一區域的第一端。第一組基本上水平的側向井孔以互相間隔開的關係從對角的井孔延伸到在對角井孔第一側上的該區域的周緣。第二組基本上水平的側向井孔以互相間隔開的關係從對角的井孔延伸到在對角相對於第一組的一側上的該區域的周緣。一個或多個基本上水平的側向井孔還可包括一靠近對角井孔的弧形的或半徑的部分。
本發明的技術上的優點包括提供一改進的方法和系統，用來從地表上的一有限的區域進入到地下礦床。具體來說，在目標區域鑽探一井孔圖形，其從至少靠近腔井的環接的地表井(surface well)鑽探。井孔圖形通過一通道與腔井互連，通過所述通道隨帶的水、碳氫化合物和其它的流體可從目標地帶排出，並通過一桿式泵有效地移去和/或產生。其結果，在地表的一有限的區域內可有效地從大片的低壓或少孔的礦層(formation)中產生氣體、油和其它的流體。因此，氣體可從在粗糙的地形之下的礦層中得以恢復。此外，由於清理和使用的區域減到最小，所以，對環境的影響也減到最小。
本發明的另一技術優點包括提供一改進的進入到地下地帶的擴大的區域的井孔圖形。具體來說，使用帶有一主井孔(main well)和相對的走向平巷(lateral)的一羽形井孔結構，以使從單一井孔進入到地下區域的通道最大。靠近用來形成井孔圖形的環接井孔的走向平巷的長度達到最大，且朝向主井孔的端部減小以提供均勻進入到一四邊形或其它方格形區域。第一組靠近環接井孔的走向平巷可包括一靠近主井孔的弧形的或半徑部分，以允許在諸走向平巷之間有較大的間距，因此，較大地覆蓋地下地帶。這允許井孔圖形與長壁板和其它地下結構對齊，以便更有效地對一礦藏的煤層(mine coal seam)或其它礦床進行脫氣。
還有，本發明的另一技術的優點包括提供一用來準備開採煤層或其它地下礦床以及開採作業後從煤層收集氣體的改進的方法和系統。具體來說，在開礦作業之前使用帶有一垂直部分、一環接部分和腔井的地表井來排出煤層的氣體。這可減小對地表區域和地下設備和活動的需要。這還可減少排出煤層氣體所需要的時間，這將由於高的氣體成分而將停工降低到最小。此外，在開採作業之前，通過組合的井可將水和添加劑泵送到排氣的煤層中，以將塵埃和其它的有害條件降到最小，提高開礦過程的效率，以及提高煤產品的質量。採礦作業之後，組合的井被用來收集採空區的氣體。其結果，與收集採空區氣體相關的成本可降到最小，以便於從先前開採的煤層收集採空區的氣體或使之成為可能。
本發明的另一技術的優點包括一改進的系統和方法，它用來從地表的有限的區域進入到多個地下的礦床。具體來說，第一井孔圖形從靠近腔井孔第一環接地表井在第一目標地帶進行鑽探。第一井孔圖形通過第一通道互連到第一腔井孔。第二井孔圖形從靠近腔井孔的第二環接地表井在第二目標地帶進行鑽探。第二井孔圖形通過第二通道互連到腔井孔。其結果，可從地表上有限的區域進入到多個地下礦層。例如，氣體可在粗糙的地形下的多個礦層中得以回收。此外，由於清理和使用的區域減到最小，所以，對環境的影響也減到最小。而且，由於多個排出圖形被鑽探，鑽探設備仍在現場，所以，總的鑽探時間減到最少，不必多次地取下和豎立鑽探設備。
在本發明的另一實施例中，環接井孔和腔井孔各從一通常為互相在100英尺或不到的距離內的地表位置延伸，最大程度地將用於生產和鑽探設備所需的地表區域減到最小。在另一實施例中，環接井孔和腔井孔包括一靠近地表的公共部分。一井箱(well casing)從地表延伸到在地表遠處的公共部分的端部。其結果，腔和諸環接井孔可從一行車道、陡的山坡或其它有限的地表區域形成。當諸環接井孔和腔井孔包括一公共的部分時，所有的鑽探設備可位於地表上的100平方英尺的區域內。因此，由於較少的地表區域須清理，所以，對環境的影響被減到最小。
對於本技術領域的技術人員來說，通過下面的附圖、描述以及權利要求書，可以容易地理解和明白本發明的其它技術優點。
附圖的簡要說明為了更全面地理解本發明及其優點，現結合附圖進行下列的描述。圖中，相同的標號代表相同的零件，其中

圖1是一截面圖，示出根據本發明的一實施例，通過與腔井相交的一環接的地表井在地下地帶形成一井孔圖形；圖2是一截面圖，示出根據本發明的另一實施例，通過與腔井相交的一環接的地表井，在地下地帶形成一井孔圖形；圖3是一截面圖，示出根據本發明的一實施例，通過一井孔從在地下地帶內的井孔圖形中生產流體；圖4是示出根據本發明的一實施例，用來進入到地下地帶的一羽形井孔圖形的俯視圖；圖5是示出根據本發明的另一實施例，用來進入到地下地帶的一羽形井孔圖形的俯視圖；圖6是示出根據本發明的又一實施例，用來進入到地下地帶的一四邊形羽形井孔圖形的俯視圖；圖7是一俯視圖，示出根據本發明的一實施例，在一煤層的板塊內對齊羽形井孔圖形，以便脫氣和為開採操作準備煤層；圖8是一截面圖，示出根據本發明的另一實施例，通過井孔在雙地下地帶(dual subterranean zones)內從井孔圖形生產流體；圖9A是一截面圖，示出根據本發明的另一實施例，通過與腔井相交的一環接的地表井，在地下地帶形成一井孔圖形；圖9B是一俯視圖，示出根據本發明的另一實施例，通過與單一腔井相交的多個環接的地表井，在地下地帶形成多個井孔圖形；圖10是示出根據本發明的另一實施例通過井孔在雙地下地帶內從一井孔圖形生產流體的視圖；圖11是示出根據本發明的另一實施例，通過井孔在雙地下地帶內從諸井孔圖形生產流體的視圖；圖12是示出根據本發明的另一實施例，用來進入到地下地帶內的礦床的羽形井孔圖形的俯視平面圖；圖13是示出根據本發明的另一實施例，一用來開礦操作而準備煤層的方法的流程圖。
本發明的詳細描述圖1示出根據本發明的一實施例，從地表進入到地下地帶的一腔和環接井組合。在該實施例中，地下區域是一煤層。應該理解的是，利用本發明的雙半徑井系統(dual radius well system)可同樣地進入到其它地下礦層和/或其它的低壓、超低壓和低孔隙的地下地帶，以從地下地帶去除和/或產生水、碳氫化合物和其它的流體，以便在開採作業之前處理地帶中的礦石，或向地下區域注入或引入流體、氣體或其它的物質。
參照圖1，一井孔12從地表14延伸到目標煤層15。井孔12相交、穿透於並繼續延伸到煤層15的下面。井孔12可用合適的井箱16作內襯，其終止在煤層15的上層或位於其上方。在圖1至3和8中，井孔12示為基本上是垂直的；然而，應該理解的是，井孔12可形成在相對於地表14的任何合適的傾斜角度上，以便適應地表14的幾何學和狀態和/或地下礦床的幾何形構造或狀態。
為了定位煤層15的準確的垂直深度，在鑽探過程中或鑽探之後，不斷地記錄井孔12的行進情況。其結果，在其後用來定位煤層15的鑽探操作和工藝中不會錯過煤層15，而在鑽探過程中則不採用。在煤層15的高度上，一放大的腔井20形成在井孔12中。如在下文中將會更詳細地描述的，放大的腔井20提供一匯合處，以使井孔12與用來形成煤層15中的地下井孔圖形的環接井孔相交。該放大的腔井20還可提供一收集點，其用來在生產操作過程中收集從煤層15中排出的流體。
在一實施例中，放大的腔井20的半徑大約為8英尺，而其垂直尺寸等於或超過煤層15的垂直尺寸。放大的腔井20可採用合適的地下鉸孔工藝和設備來形成。井孔12的一部分在放大的腔井20下面繼續延伸，以形成用於腔井20的一坑22。
一環接井孔30從地表14延伸到井孔12的放大的腔井20。環接井孔30包括一個部分32、一個部分34以及一互連部分32和34的弧形或彎曲部分36。在圖1中，部分32顯示為大致是垂直的。然而，應該理解的是，部分32可相對於地表14形成任何合適的角度，以適應地表14的幾何特徵和狀態和/或煤層15的幾何構造或層態。部分34基本上位於煤層15的平面內，並與井孔12的大直徑腔井20相交。在圖1中，煤層15的平面圖示為基本上是水平的，由此，形成一基本上水平的部分34。然而，應該理解的是，部分34可相對於地表14形成一任何合適的角度，以適應煤層15的幾何特徵。
在所示的實施例中，環接井孔30偏離地表14處的井孔12一足夠距離，以便有一大半徑彎曲部分36以及在與放大的腔井29相交之前的一任意要求的待鑽部分34。在一實施例中，為了提供半徑為100-150英尺的彎曲部分36，環接井孔30偏離井孔12的距離約為300英尺。這個間隔距離將彎曲部分36的角度減到最小，以便在鑽探操作過程中，減小在井孔30中的摩擦。其結果，鑽探通過環接井孔30的環接鑽探繩(articulated drill string)的延伸達到最大。如下文所討論的，本發明的另一實施例包括顯著地緊靠地表14處的井孔12為環接井孔30定位。
使用環接鑽探繩40鑽探環接井孔30。環接鑽探繩40包括一合適的井下的電機和鑽頭。在鑽探中測量的裝置(MWD)44包括在環接鑽探繩40內，以便控制由電機和鑽頭42鑽探的井孔的定向和方向。環接井孔30的部分32可內襯合適箱體38。
在放大的腔20成功地與環接井孔30相交之後，利用環接鑽探繩40和合適的鑽機通過腔20繼續鑽探，以在煤層15中提供一地下的井孔圖形50。在圖1中，井孔圖形50對應於基本上水平的煤層15，顯示為基本上水平的。然而，應該理解的是，井孔圖形50可相對於煤層15的幾何特徵，形成一任何合適的角度。井孔圖形50和其它這樣的井孔包括有坡度形、波浪形，或煤層15或其它地下地帶的其它傾斜形。在此操作過程中，可使用伽瑪射線測井儀和傳統的鑽探過程中測量的裝置，以控制和引導鑽頭42的定向，以使井孔圖形50保持在煤層15的範圍內，並在煤層15內提供基本上均勻的所要求區域的覆蓋。關於井孔圖形的其它信息將結合圖4-7和12在下面作更為詳細的描述。
在鑽探井孔圖形50的過程中，鑽探流體或「泥漿」向下泵送到環接的鑽探繩40，並在鑽頭42的附近循環出鑽探繩40，在鑽頭附近鑽頭用來衝蝕礦層並取走礦層的碎塊。然後，碎塊被隨帶在鑽探流體中，其通過鑽探繩40和井孔30的壁之間的環腔向上循環，直到它到達地表14，在地表上碎塊從鑽探流體中取出，且流體然後再次循環。這種傳統的鑽探操作產生一標準的鑽探流體柱，其具有的垂直高度等於井孔30的深度，並對井孔產生一對應於井孔深度的靜壓力。因為煤層趨於多孔和碎裂，所以，即使在煤層15中也存在礦層水，它們不能承受這樣的靜壓力。因此，如果允許全部靜壓力作用在煤層15上，則其結果會失去鑽探流體且隨帶的碎塊進入到礦層中。這樣的情況稱之為「過平衡(over-balanced)」鑽探操作，其中，在井孔中的流體靜壓力超過礦層所能承受壓力的能力。失去鑽探流體和碎塊進入到礦層中，不僅為必須補充失去的鑽探流體而花費浩大，而且它還趨於堵住需要排出煤層中的氣體和水的煤層15中的孔隙。
為了在形成井孔圖形50的過程中防止過平衡操作的情況，設置空氣壓縮機60來向下對井孔12循環壓縮空氣，並通過環接井孔30返回。循環的空氣在環繞環接的鑽探繩40的環腔(annulus)中與鑽探流體混合，並在整個鑽探流體柱中形成氣泡。這可起到減輕鑽探流體的流體靜壓力的作用，並足夠地減小進入孔的壓力，以使鑽探狀況不會變得過平衡。對鑽探流體的充氣，可將進入孔的壓力減小到約150-200磅/英寸2。因此，可鑽探低壓煤層和其它的地下地帶，而不會大量失去鑽探流體，以及地帶被鑽探流體所汙染。
壓縮空氣和水混合形成的泡沫，連同鑽探出的泥漿，可向下通過環接的鑽探繩40循環，以便隨著環接井孔30在鑽探時對環腔內的鑽探流體充氣；如有需要的話，可隨著井孔圖形50在鑽探時進行充氣。使用氣錘鑽頭或氣動井下電機來鑽探井孔圖形50，也可對鑽探流體提供壓縮空氣或泡沫。在這種情形中，對井下電機和鑽頭42提供動力的壓縮空氣或泡沫，在鑽頭42的附近退出環接的鑽探繩40。然而，可以循環到井孔12下的較大體積的空氣，比起通常可通過環接的鑽探繩40提供的空氣，使可對鑽探流體進行更大程度的充氣。
圖2是示出根據本發明的另一實施例，用來在煤層15中鑽探井孔圖形50的一方法和系統。在該實施例中，井孔12、放大的腔井20以及環接井孔30如同圖1中所述那樣被定位和形成。
參照圖2，在環接井孔30和放大的腔井20相交之後，一泵52安裝在放大的腔井20內，以通過井孔12將鑽探流體和碎塊泵送到地表14。這消除向上返迴環接井孔30的空氣和流體的摩擦，並將進入孔的壓力下降到接近零。因此，可從地表進入到煤層和具有低於150磅/英寸2的超低壓的其它地下地帶。因此，基本上消除井中空氣和甲烷混合的危險。
圖3示出根據本發明的一實施例，從煤層15中的井孔圖形50中形成流體。在該實施例中，在井孔12和30以及所要求的井孔圖形50分別已鑽探之後，環接的鑽探繩鑽探繩40從環接井孔30中移去，並且對環接井孔30加蓋。對於下面所述的多個羽形結構，一環接井孔30可在部分34堵塞。否則，環接井孔30可任其不被堵塞。
參照圖3，一井下泵80設置在放大的腔井20內的井孔12中。放大的腔井20提供一積蓄流體的水池，以允許間歇地泵送，因而沒有由井孔中積蓄的流體引起的流體靜壓的壓頭帶來的不利作用。放大的腔井20還提供一水池，用來從井孔圖形50中積累的流體中分離出水。
通過一管繩82將井下泵80連接到地表14，並可由向下延伸通過管繩82的井孔12的吸入管杆84提供動力。吸入管杆84可由一合適的表面安裝的裝置驅動以往復運動，例如，具有動力的擺動梁(walking beam)86來操作井下泵80。井下泵80通過井孔圖形50，從煤層15中取出水和隨帶的煤的細粒。一旦水被提到地表上，即可進行處理以分離出溶解在水中的甲烷，並取出隨帶的細粒。在從煤層15中取出足夠的水之後，純的煤層氣可通過環繞管繩82的井孔12的環腔流到地表14，並通過連接在井源裝置(wellhead apparatus)的管道被取走。在地面14上，甲烷被處理、壓縮並通過一管繩被泵送，如同傳統的方式用作燃料。井下泵80可以連續地或按需要地進行操作，以取出從煤層15排出到放大的腔井22內的水。
圖4-7示出根據本發明的一實施例，用來進入到煤層15或地下地帶的一井孔圖形50。在這些實施例中，井孔圖形50包括羽形圖形，它們具有大致對稱布置的中心對角線和適當間隔的從對角線的各側延伸的走向平巷。羽形圖形接近於葉脈的圖形(pattern of veins in a leaf)或一種羽毛的圖案，其具有類似的、基本上平行的輔助的井孔，它們以大致上相等和平行間距布置在一軸線相對側。具有中心的井孔以及在各側基本上對稱布置且合適間隔的輔助的排出井孔的羽形排出圖形提供一均勻的圖形，用來從煤層或其它地下的礦層中排出流體。如在下文中將會更詳細描述的，羽形圖形提供均勻的正方形、其它四邊形或方格面積的覆蓋，並可與長壁開礦板塊(longwall mining panel)對齊，以準備煤層15用於開礦操作。可以理解的是，根據本發明也可採用其它合適的井孔圖形。
從地表鑽探的羽形和其它合適的井孔圖形50，提供進入到地下礦層的表面區域。井孔圖形50可用來均勻地取出和/或插入流體，或以另外的方式操作地下礦床。在非煤的應用中，井孔圖形50可用來對重質原油開始就地的點火，「呼哧」的蒸氣操作，以及從低孔隙的油層中取出碳氫化合物。井孔圖形50還可將其它流體或其它的物質均勻地注入或引入到地下地帶。
圖4示出根據本發明的一實施例的羽形井孔圖形100的視圖。在該實施例中，羽形井孔圖形100提供進入到一基本上為正方形區域102的地下地帶的通道。多個井孔圖形100可用來一起提供均勻進入到一大的地下地帶。
參照圖4，放大的腔井20形成一第一角形區域102。羽形井孔圖形100包括一主井孔104，它對角線地橫貫區域102延伸到區域102的遠角106。較佳地，井孔12和30定位在區域102上，這樣，主井孔104沿煤層15的坡度向上鑽探。這將便於從區域102中收集水、氣體和其它的流體。採用環接的鑽探繩40鑽探井孔104，並從放大的腔井20起與環接井孔30對齊地延伸。
多個側向井孔110從井孔104的相對側延伸到區域102的周緣112。側向井孔110可在井孔104的相對側互相成鏡面對稱，或沿井孔104互相偏離。各個側向井孔110包括一從井孔104延伸的半徑彎曲部分(radius curvingportion)114，且在該彎曲部分114達到一理想的定向之後，形成一細長部分116。為了均勻的覆蓋正方形區域102，成對的側向井孔110在井孔104的各側基本上相等地隔開，並從井孔104以大約45度的夾角延伸。側向井孔110根據偏離於放大腔井20的行進，在長度上有所縮短，以便於側向井孔110的鑽探。
使用一單一井孔104和五對側向井孔l10的羽形井孔圖形100可在大約150英畝的煤層區域排出。在排出一較小的區域或具有諸如長形、狹窄形及其它形或由於地表或地下地形的不同的形狀的煤層的情形中，可通過改變側向井孔110相對於井孔104的角度以及側向井孔110的定向，來採用變化的羽形井孔圖形。或者，側向井孔110可僅從井孔104的一側進行鑽探，以形成半個的羽形圖形。
井孔104和側向井孔110可使用環接的鑽探繩40和合適的鑽機，通過放大的腔井20的鑽探而形成。在此操作過程中，可採用伽瑪射線測井儀和傳統的鑽探中測量(MWD)技術來控制鑽頭的方向和定向，以保持井孔圖形在煤層15的範圍內，並使井孔104和側向井孔110保持合適的間距和定向。
在一特定的實施例中，井孔104在多個側向分離點(kick-off point)108中的各點以一斜度鑽探。在井孔104完成之後，環接鑽探繩40倒退到各相繼的側向點108，一側向井孔110在井孔104的各側從側向點108起鑽探。應該理解的是，羽形排出圖形100可根據本發明以其它合適的方式形成。
圖5示出根據本發明的另一實施例的羽形井孔圖形120。在該實施例中，羽形井孔圖形120排出煤層15的基本上為矩形的區域122。羽形井孔圖形120包括一主井孔124和多個側向井孔126，它們如圖4中的井孔104和110所述那樣地形成。然而，對於基本上為矩形的區域122，在井孔124的第一側上的側向井孔126包括一淺角(shallow angle)，而在井孔124的相對側上的側向井孔126包括一較深的角(deeper angle)，它們一起對區域122提供一均勻的覆蓋。
圖6示出根據本發明的另一實施例的四邊形的羽形井孔圖形140。四邊形井孔圖形140包括四個離散的羽形井孔圖形100，各用來進入到由羽形井孔圖形140覆蓋的一區域142的一象限內。
各個羽形井孔圖形100包括一井孔104和多個從井孔104延伸的側向井孔110。在四邊形的實施例中，各個井孔104和110從一公共的環接井孔141起鑽探。這使地表的生產設備的間距更為緊湊，井孔圖形的覆蓋更為廣泛，並減少鑽探設備和操作。
圖7示出羽形井孔圖形100與煤層15的地下結構的對齊，以為根據本發明的一實施例的開礦操作脫氣和準備煤層15。在該實施例中，煤層15採用長壁工藝(longwall process)進行開採。應該理解的是，本發明可用於其它類型的開礦操作中的煤層的脫氣。
參照圖7，煤板塊150從長壁152沿縱向延伸。根據長壁開礦的實踐，各板塊150基本上從遠端朝向長壁152開採，並允許礦頂坍落和開礦過程之後裂縫延伸到開口。在板塊150開採之前，羽形井孔圖形100從地表鑽探到板塊150，以在開礦操作之前對板塊150井進行脫氣。各個羽形井孔圖形100與長壁152和板塊150方格對齊，並覆蓋一個或多個板塊150的部分。這樣，根據地下結構和約束，礦的一區域可從地表脫氣，使開礦的同時對地下礦層脫氣。
圖8示出根據本發明的另一實施例用來在位於煤層15下的第二地下地帶鑽探井孔圖形50的一種方法和系統。在該實施例中，井孔12、放大的腔井20和環接井孔32如圖1中所述的方式定位和形成。在該實施例中，第二地下地帶也是一煤層。應該理解的是，使用本發明的雙半徑井系統，可同樣地進入到其它的地下礦層和/或其它的低壓、超低壓和少孔的地下地帶，以移去和/或產生水、碳氫化合物和該地帶內的其它的流體，在開礦操作之前處理該地帶內的礦物，或者將氣體、流體或其它物質注入或引入到該地帶。
在另一實施例中，首先形成井孔12和12』，其後是腔井20和20』。然後，可形成環接井孔36和36』。應該理解的是，根據生產的要求和地下礦層的預期的開採計劃，形成的次序可作出類似的修改。
參照圖8，對煤層15的生產和脫氣完成之後，第二煤層15』可遵照用於準備煤層15的類似的方法進行脫氣。用於煤層15的生產設備被移去，並且，井孔12在煤層15的下面延伸，以形成到達目標煤層15』的井孔12』。井孔12』在煤層15』的下面相交、穿透和繼續延伸。井孔12』鑲襯有一終止在煤層15』的上高度處或上方的合適的井箱16』。井箱16』可連接到井箱16並從井箱16延伸，或可形成為一單獨的單元，在井箱16後安裝並移去，通過井孔12和12』從地表14延伸。在朝向煤層15』進行生產和鑽探操作過程中，井箱16』也用來把腔井20從井孔12和12』中封鎖起來。
為了對煤層15』的準確的垂直深度進行定位，在鑽探過程中或鑽探之後不斷地記錄井孔12』的行進。其結果，在其後用來定位煤層15』的鑽探操作和工藝中，不會錯過煤層15』，而在鑽探過程中則不採用。在靠近煤層15』處，一放大的腔井20』形成在井孔12』中。該放大的腔井20』提供一收集點，其用來在生產操作過程中收集從煤層15』中排出的流體，並提供一水池，用來從井孔圖形中的積累的流體中分離出水來。
在一實施例中，放大的腔井20』的半徑大約為8英尺，而其垂直尺寸等於或超過煤層15』的垂直尺寸。放大的腔井20』可採用合適的地下鉸孔工藝和設備來形成。井孔12』的一部分在放大的腔井20』下面繼續延伸，以形成用於腔井20』的一坑22』。
一環接井孔30從地表14延伸到井孔12的放大的腔井20和井孔12』的放大的腔井20』。環接井孔30包括一個部分32、一個部分34以及一互連部分32和34的彎曲部分36。環接井孔還包括一個部分32』、一個部分34』以及一互連部分32』和34』的彎曲部分36』。部分32』、34』和36』如圖1中部分32、34和36所述的方式形成。部分34』基本上位於煤層15』的平面內，且與井孔12』的放大的腔井20』相交。
在所示實施例中，環接井孔30偏離在地表14上的井孔12一足夠的距離，以使在放大腔井20或20』相交之前鑽探出大半徑彎曲部分36和36』以及任何要求的部分34和34』。為了提供帶有100-150英尺半徑的彎曲部分36，環接井孔30偏離井孔12的距離約為300英尺。採用具有100-150英尺半徑的彎曲部分36，彎曲部分36』將具有比彎曲部分36長的半徑，根據在煤層15下面的煤層15』的垂直深度而定。這個間隔將彎曲部分36的角度減到最小，以便在鑽探操作過程中減小在環接井孔30中的摩擦。其結果，通過環接井孔30的環接鑽探繩的延伸使鑽探達到最大。因為較淺的煤層15通常首先生產，所以優化環接井孔30和井孔12之間的間距，以減小彎曲部分36(而不是彎曲部分36』)的摩擦。這可實現鑽探繩40在煤層15』內形成井孔圖形50』的延伸範圍。如下文所討論的，本發明的另一實施例包括定位非常靠近地表14處的井孔12的環接井孔30。由此，定位較靠近井孔12』的環接井孔30。
如上所述，環接井孔30採用一包括合適的井下電機和鑽頭42的環接鑽探繩40進行鑽探，一在鑽探時測量(MWD)裝置44包括在環接鑽探繩40內，用來控制由電機和鑽頭42鑽探的井孔的定向和方向。環接井孔30的部分32鑲襯有合適的井箱38。連接到井箱38的一井箱38』可被用來封閉環接井孔30的部分32』，環接井孔30通過鑽探超過用於彎曲部分36的分離點而形成。井箱38』也被用來封閉環接井孔30的彎曲半徑部分36。
在環接井孔30成功地與放大的井腔20』相交之後，使用環接鑽探繩40和合適的鑽孔機繼續鑽探通過井腔20』，以在煤層15』上提供一井孔圖形50』。該井孔圖形50』和其它這種井孔包括斜坡形的、波浪形的或煤層15』或其它地下地帶的其它傾斜形式。在此操作過程中，可使用伽瑪射線測井儀和傳統的鑽探中測量裝置來控制和引導鑽頭的定向，以保持井孔圖形50』在煤層15』的範圍內，並提供基本上在煤層15』內所要求區域的均勻的覆蓋。井孔圖形50』可類似於上述的井孔50進行構造。涉及井孔圖形的其它的信息將聯繫上面的圖4-7和下面的圖12作更為詳細的描述。
與鑽探排出圖形50』相聯繫的，可採用鑽探井孔圖形50中如圖1所述的相同的方式，使用鑽探流體或「泥漿」。在環接井孔30與放大的井腔20』相交處一泵52安裝在放大的井腔20』中，以將鑽探流體和碎塊通過井孔12和12』泵送到地表14上。這消除向上返迴環接井孔30的空氣和流體的摩擦，並使井下壓力減小到接近零。因此，從地表進入煤層和其它具有低於150鎊/英寸2超低壓的地下地帶。此外，可消除井中空氣和甲烷混合的危險。
圖9A示出根據本發明的另一實施例，用來從地表進入到地下地帶的一雙半徑環接井組合200。在該實施例中，地下地帶是煤層。可以理解的是，可類似地採用本發明的雙半徑環接井孔系統進入其它的地下礦層和/或其它的低壓、超低壓以及少孔的地下地帶，以便去除和/或產生在地下地帶的水、碳氫化合物和其它的流體，在開礦操作之前處理地下地帶的礦物，或將氣體、流體或其它物質注入或導入地下地帶。
參照圖9A，一井孔210從地表14上的有限的鑽探和生產區域延伸到第一環接井孔230。井孔210鑲襯合適的井箱215，它終止在環接井孔230和井孔210相交處的高度上或以上。一第二井孔220從井孔210和第一環接井孔230的相交處延伸到第二環接井孔235。第二井孔220基本上與第一井孔210對齊，這樣，它們一起形成一連續的井孔。在圖9-11中，井孔210和220基本上是垂直的；然而，應該理解的是，井孔210和220可以相對於地表14的任何合適的角度形成，以適應地表14的幾何特徵和/或地下礦藏的幾何特徵或狀態。第二井孔220的延伸部240從第二井孔220和第二環接井孔235的相交處延伸到煤層15下的深度。
第一環接井孔230包括一半徑的部分232。第二環接井孔235包括一半徑部分237。半徑部分232可形成約150英尺的半徑。半徑部分237小於半徑部分232，可形成約50英尺的半徑。然而，也可採用其它合適的形成半徑(formationradiu)來形成半徑部分232和237。
第一環接井孔230與放大的井腔250連通。放大的腔井250形成在煤層15高度上的第一環接井孔230的遠端。如在下文中更為詳細描述的，放大的腔井250提供一對於井孔235的一部分225的相交的匯合處。井孔235的部分225基本上形成在煤層15的平面內，並從半徑部分237延伸到放大的腔井250。在一實施例中，放大的腔井250具有一近似為8英尺的半徑和等於或超過煤層15的垂直尺寸的一垂直尺寸。放大的腔井250採用合適的井下擴孔技術和設備來形成。
井孔235通常形成在第二井孔220的相交處，並延伸通過煤層15進入到放大的腔井250內。在一實施例中，井孔210和220首先形成，其後形成第二環接井孔235。然後，形成放大的腔井250，並鑽探第二環接井孔230，以與放大的腔井250相交。然而，也可採用其它合適的鑽探順序。
例如，在井孔210形成之後可採用包括合適的井下電機和鑽頭42的環接鑽探繩40鑽探第一環接井孔圖形230。一鑽探中測量(MWD)裝置44被包括在環接鑽探繩40內來控制由電機和鑽頭42鑽探井孔的定向和方向。在第一環接井孔230形成之後，放大的腔井250形成在煤層上。可通過旋轉裝置、可膨脹的切削工具、水噴射切割工具或其它用於在地下礦層形成腔井的合適的方法，來形成放大的腔井250。在放大的腔井250形成之後，使用環接鑽探繩40和合適的鑽探裝置通過腔井250繼續鑽探，以提供井孔圖形50在煤層15的範圍內。井孔圖形50和其它這樣的井孔包括斜坡形的、波浪形的或煤層15或其它地下地帶的其它傾斜形式。在此操作過程中，可使用伽瑪射線測井儀和傳統的鑽探中測量裝置來控制和引導鑽頭的定向，以保持井孔圖形50在煤層15的範圍內，並提供基本上在煤層15內所要求區域的均勻的覆蓋。涉及井孔圖形的其它的信息將聯繫上面的圖4-7和下面的圖12作更為詳細的描述。可以與圖1中所述的相同的方式進行泥漿鑽探和防止過平衡的操作。在井孔圖形50形成之後，環接鑽探繩40從井孔移去，並用來形成井孔220。如上所述，第二井孔220享有與環接井孔230公共的部分。
在井孔220鑽探到煤層15的深度之後，由環接井孔235形成一地下通道。第二環接井孔235可採用傳統的環接鑽探技術來形成，並互連第二井孔220和放大的腔井250。如結合下面的圖10所作的更為詳細的描述，這使通過井孔圖形50收集的流體流過放大的腔井250，並沿井孔235通過第二井孔220和第一井孔210移到地表14。通過以這種方式的鑽探，一地下礦層大的區域可從地表上的小的區域中排出或產生。
圖9B示出根據本發明的另一實施例通過相交在地表處的一單一腔井的多個環接的地表井形成在地下地帶的多個井孔圖形。在該實施例中，單一的腔井孔210用來將從井孔圖形50中收集到的礦藏收集和移到地表上。應該理解的是，根據地下礦層的地質、所要求的總的排出區域、產量要求和其它因素，可採用數量變化的多個井孔圖形50、放大的腔井250和環接的井230和235。
參照圖9B，在所要求的總的排出區域的大致中心的地表位置，對井孔210和220進行鑽探。如上所述，環接井孔230從靠近或與井孔210和220公共的地表位置處進行鑽探。井孔圖形50從各環接井孔230在目標地下地帶內進行鑽探。也從各環接井孔230形成放大的腔井250，以便收集從井孔圖形50中排出的礦層。如上面結合圖9A所述的，鑽探井孔235以連接每個放大的腔井250和井孔210和220。
採自目標地下地帶的礦藏排出到井孔圖形50，其中，礦藏被收集在放大的腔井250中。從放大的腔井250，礦藏通過井孔235進入到井孔210和220。一旦礦藏已收集到井孔210和220中，它們可通過上述的方法移到地表。
圖10示出根據本發明的另一實施例，從在煤層15上的井孔圖形50生產流體和氣體。在該實施例中，在井孔210、220、230和235以及所要求的井孔圖形50已被鑽探之後，環接的鑽探繩40從諸井孔移去。在該實施例的一個方面，第一環接井孔230被包圍起來，井孔220鑲襯一合適的井箱216。在該實施例所示的方面，僅有井孔220被井箱216包圍，留下第一環接井孔230與第一井孔210連通。
參照圖10，一井下泵80設置在延伸部240上方的井孔220的下部。延伸部240提供一用來積蓄流體的水池，以便間歇地泵送流體，並不造成由井孔中積蓄的流體引起的靜壓壓頭的不利影響。
井下泵80通過一管繩82連接到地表14，並可由向下延伸通過管繩82的井孔210和220的深井泵吸入杆84提供動力。深井泵吸入杆84可由一合適的表面安裝的裝置驅動進行往復運動，例如，具有動力的擺動梁86來操作井下泵80。井下泵80用來通過井孔圖形50，從煤層15中取出水和隨帶的煤的細粒。一旦水被提到地表14上，即可進行處理以分離出溶解在水中的甲烷，並取出隨帶的細粒。在從煤層15中取出足夠的水之後，純煤層氣可通過環繞管繩82的井孔210和220的環腔流到地表14，並通過連接在井樓裝置的管道被取走。或者，或另外地，純煤層氣可被允許通過第一環接井孔230的環腔流到地面14上。在地表上，甲烷被處理、壓縮並通過一管繩被泵送，如同傳統的方式用作燃料。井下泵80可以連續地或按需要地進行操作，以取出從煤層15排出到延伸部240內的水。
圖11示出根據本發明的另一實施例，用來鑽探位於煤層15下面的第二地下地帶內的井孔圖形50的一種方法和系統。在該實施例中，井孔210和220、環接井孔230和235、放大腔井250和井孔圖形50，如上面結合圖9A所述的進行定位和形成。在該實施例中，第二地下地帶也是一煤層。可以理解的是，可類似地採用本發明的雙半徑環接井孔系統，進入其它的地下礦層和/或其它的低壓、超低壓以及少孔的地下地帶，以便去除和/或產生在地下地帶的水、碳氫化合物和其它的流體，在開礦操作之前處理地下地帶的礦物，或將氣體、流體或其它物質注入或引導入地下地帶。
參照圖11，在煤層15完成生產和脫氣之後，可遵照用於準備煤層15類似的方法對第二煤層15』進行脫氣。用於煤層15的生產設備移去，井孔220延伸到煤層15的下面，以形成一井孔260到目標煤層15』。井孔260在煤層15』的下面相交、穿透和繼續，並終止在延伸部285。井孔260鑲襯有一終止在煤層15』上部高度處或上方的合適的井箱218。井孔218可連接和從井箱216延伸，或形成為一單獨的單元，在井箱216移去之後安裝，並從地表14通過井孔210、220和260延伸。在朝向煤層15』的生產和鑽探操作的過程中，井箱260也可用來從井孔210和220封閉環接井孔230和235。井孔260基本上與井孔210和220對齊，這樣，它們一起形成一連續的井孔。在圖11中，井孔260表示為基本上是垂直的；然而，應該理解的是，井孔260也可相對於地表14和/或井孔210和220形成為任何合適的角度，以適應地下礦藏的幾何構造或層態。
在類似於上面圖9A中所述的一方式中，以與煤層15』相對比的關係形成一第一環接井孔270、一放大的腔井290、一井孔圖形50』以及一第二環接井孔275。類似地，以與上面圖10中所述的基本上相同的方式，從煤層15』中產生水、碳氫化合物和其它的流體。例如，採自目標煤層15』的礦藏排出到井孔圖形50』，其中，礦藏被收集在放大的腔井290中。從放大的腔井290，礦藏通過井孔275的部分280進入到井孔210、220和260。一旦礦藏已收集在井孔210、220和260中，它們可通過上述的方法移到地表上。
圖12示出根據本發明的另一實施例的呈羽形圖形的井孔圖形300。在該實施例中，羽形井孔圖形300提供進入到地下地帶的大致正方形區域302。多個羽形圖形300可一起用於二、三和四個的羽形結構，以提供進入到大的地下地帶的均勻通道。
參照圖12，放大的腔井250形成區域302的一第一角，羽形井孔圖形300在其上延伸。放大的腔井250形成一區域302的第一角。羽形圖形300包括一橫貫區域302對角地延伸到區域302的遠端角306的主井孔304。較佳地，井孔210和230定位在區域302的上方，這樣，井孔304沿煤層15的坡度向上鑽探。這將便於從區域302收集水、氣體和其它的流體。井孔304採用環接的鑽探繩40進行鑽探，從放大的腔井250延伸並與環接井孔230對齊。
多個側向井孔310從井孔304的相對側延伸到區域302的周緣312。側向井孔310可在井孔304的相對側互相成鏡面對稱，或沿井孔304互相偏離。各個側向井孔310包括一從井孔304延伸的第一半徑彎曲部分314以及一細長的部分318。位於腔井250附近的第一組側向井孔310還可包括一在第一半徑彎曲部分314已達到一所要求的定向之後形成的一第二半徑彎曲部分316。在該組中，細長部分318形成在第二彎曲部分316達到所要求的定向之後。這樣，第一組側向井孔310突轉或返回朝向放大的腔井250，然後向外延伸通過礦層，由此，返回朝向腔井250延伸排出區域，以提供均勻的覆蓋區域302。對於均勻覆蓋區域302，成對的側向井孔310基本上均勻地在井孔304的各側分開，且以大致45°的夾角從井孔304延伸。側向井孔310根據背離放大腔井250的行進，在長度上有所縮短，以便於側向井孔310的鑽探。
使用一單一的井孔304和五對側向井孔310的羽形井孔圖形300，可排出約150英畝大小的煤層區域。在排出較小區域的地方，或煤層具有不同形狀的地方，例如，一長形、一窄形或由於地表或地下地形引起的其它形狀，可通過變化相對於井孔304的側向井孔310的角度和側向井孔310的定向使用交替的羽形井孔圖形。或者，側向井孔310可只從井孔304的一側鑽探，以形成一半的羽形圖形。
井孔304和側向井孔310使用環接的鑽探繩40和一合適的鑽機，通過鑽探通過放大腔井250而形成。在此操作過程中，可採用伽瑪射線測井儀和傳統的鑽探中測量(MWD)技術來控制鑽頭的方向和定向，以保持井孔圖形在煤層15的範圍內，並保持井孔304和310的合適的間隔和定向。在一特定的實施例中，井孔304在多個側向突轉點308的各點上以傾斜鑽探。在井孔304完成之後，環接的鑽探繩40向上返回到各相繼的側向點308上，從該點側向井孔310在井孔304的各側鑽探。應該理解的是，羽形井孔圖形300可根據本發明以其它合適的方式形成。
圖13是一流程圖，示出根據本發明的另一實施例，為開礦操作準備煤層15的一種方法。在該實施例中，方法開始於步驟500，其中，識別被排出的區域和用於該區域的用來提供排出的井孔圖形50。較佳地，諸區域與用於該區域的開礦計劃的方格(grid)對齊。可使用羽形結構100、120、140、144和300來提供對該區域的優化的覆蓋。應該認識到，也可使用其它合適的圖形來對煤層15脫氣。
進到步驟505，第一環接井孔230鑽探到煤層15。在步驟515，利用井下的測井儀以便準確地識別在第一環接井孔230中的煤層的位置。在步驟520，放大的腔井250形成在煤層15的位置上的第一環接井孔230中。如上所述，放大的腔井250可通過地下擴孔和其它傳統的技術而形成。在步驟525，用於羽形井孔圖形100的井孔104通過環接井孔30鑽探到煤層15。在井孔104形成之後，用於羽形井孔圖形100的側向井孔110在步驟530時鑽探。如上所述，側向突轉點在其形成的過程中可形成在井孔104中，以便於側向井孔110的鑽探。
接下來，在步驟535，清理放大的井孔250，以準備安裝井下的生產設備。放大腔井250可採用壓縮空氣向下泵送到井孔210和230或其它的合適的技術被清洗。接下來，在步驟540，第二井孔220從環接井孔230或靠近其進行鑽探，以與煤層15相交。在步驟545，形成第二環接井孔235和延伸部。接著，在步驟550，鑽探井孔225以與放大腔井250相交。
在步驟555，生產設備安裝在井孔210和220中。生產設備包括深井杆式泵，其向下延伸到井孔220的底部，在延伸部240的上方，以便從煤層15中除去水。水的除去將降低煤層的壓力，並允許甲烷氣體彌散和向上形成在井孔210和220和環接井孔230的環腔中。
進到步驟560，從井孔圖形100排出而進入到井孔220的底部的水，可採用杆式泵送單元被泵送到地表。可以連續地或間斷地按需要從井孔220的底部移去水。在步驟565，從煤層15擴散的甲烷氣體被連續地收集到地表14。接下來，在決定性的步驟570，確定是否完成從煤層15生產氣體的過程。在一實施例中，氣體的生產可在收集氣體的成本超過由井產生的財政收入之後即可完成。在另一實施例中，氣體可從井中繼續生產，直到煤層15中的氣體的剩餘水平低於礦業操作所要求的水平。如果氣體的生產未完成，則決定在方塊圖中的步驟570的「否」分支返回到步驟560和565，其中，水和氣體繼續從煤層15中取出。一旦生產完成，決定步驟570的「是」分支進到步驟575，其中，取出生產設備。
接下來，在決定性的步驟580，確定煤層15是否繼續準備用於礦業操作。如果煤層15繼續準備用於礦業操作，則決定步驟580的「是」分支進到步驟585，其中，水和其它添加物可注回到煤層15，以再水合(re-hydrate)煤層15，從而儘可能降低塵埃，提高開礦的效率和提高礦業產品的質量。
步驟585和決定步驟580的「否」分支進到步驟590，其中，煤層15被開採。從煤層15中取走煤，造成礦頂坍落和開礦過程之後裂縫延伸到開口。坍塌的礦頂形成採空區氣體，它們可在步驟595通過井孔210和220和/或第一環接井孔230進行收集。因此，不要求額外的鑽探操作來從開礦的煤層中恢復採空區的氣體。步驟595引導到過程的結束，由此，煤層有效地從一最小的地表區域排出氣體。該方法對開礦前取走不希望的氣體的礦以及開礦過程之前的再水合煤，提供一共生的關係(symbiotic relationship)。此外，該方法允許在陡的、粗糙的或其它限制的地形中有效地脫氣。
儘管本發明已描述了若干個實施例，但對於本技術領域的技術人員來說，可提出各種改變和變型。本發明欲涵蓋落入附後的權利要求書的範圍內的這些改變和變型。
權利要求
1.一種從地表進入到地下礦層的方法，其包括提供從地表到目標地帶的垂直的井孔；提供從垂直井孔延伸到目標地帶的一第一環接井孔，第一環接井孔從介於地表和目標地帶之間的垂直井孔分叉；提供從垂直井孔延伸並與第一環接井孔相交於目標地帶附近的連接處的第二環接井孔；以及形成一從連接處延伸到目標地帶的井孔圖形。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括從目標地帶通過垂直的井孔移出礦藏。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成井孔圖形包括通過該第一環接井孔形成該井孔圖形。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成井孔圖形包括通過該第二環接井孔形成該井孔圖形。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括在靠近第一和第二環接井孔的井孔圖形的端部處，在目標地帶形成一放大腔井，第二環接井孔連通在垂直井孔和放大腔井之間。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，形成該放大腔井包括形成一放大直徑的腔井。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，形成該放大腔井包括形成一在煤層內的放大腔井。
8.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，形成井孔圖形包括形成一主井孔，其從放大腔井延伸到目標地帶；以及形成多個側向井孔，其從主井孔的相對側向外延伸。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，形成側向井孔包括形成互相等距離間隔的側向井孔。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，形成井孔圖形包括形成一羽形井孔圖形。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，形成羽形井孔圖形包括形成多個從主井孔延伸到目標地帶的側向井孔。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括在垂直井孔中設置一垂直泵；以及利用垂直泵，將收集在垂直井孔中的礦藏移出到地表。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，設置垂直泵包括提供一桿式泵。
14.一種從地下礦層萃取礦床的方法，其包括提供一從地表到第一目標地帶和第二目標地帶的垂直井孔；提供從垂直井孔延伸到第一目標地帶的第一環接井孔，第一環接井孔從介於地表和第一目標地帶之間的垂直井孔分叉；提供從垂直井孔延伸並與第一環接井孔相交於第一目標地帶附近的第一連接處的第二環接井孔；提供一從第一連接處延伸到第一目標地帶的第一井孔圖形；從第一目標地帶通過垂直井孔移出礦床；提供從垂直井孔延伸到第二目標地帶的第三環接井孔，第三環接井孔從介於地表和第二目標地帶之間的垂直井孔分叉；提供從垂直井孔延伸並與第三環接井孔相交於第二目標地帶附近的第二連接處的第四環接井孔；提供一從第二連接處延伸到第二目標地帶的第二井孔圖形；以及從第二目標地帶通過垂直井孔移出礦藏。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，提供第一和第二井孔圖形包括通過各自的第一和第三環接井孔，以形成第一和第二井孔圖形。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，還包括在第一目標地帶在靠近第一連接處的第一井孔圖形的端部提供一第一腔井，第二環接井孔連通在垂直井孔和第一腔井之間；以及在第二目標地帶在靠近第二連接處的第二井孔圖形的端部提供一第二腔井，第四環接井孔連通在垂直井孔和第二腔井之間。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，提供第一和第二腔井包括提供設置在各自第一和第二目標地帶內的第一和第二腔井。
18.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，提供第二和第四環接井孔包括提供設置在各自第一和第二目標地帶內的第二和第四環接井孔。
19.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，提供第一和第二井孔圖形包括提供羽形井孔圖形。
20.一種從地表進入到地下礦層用的系統，其包括一從地表向下延伸的第一井孔；一從第一井孔延伸到目標地帶的第二井孔，第二井孔從介於地表和目標地帶之間的第一井孔分叉；一從第一井孔延伸並與第二井孔相交於目標地帶附近的連接處的第三環接井孔；以及一從連接處延伸到目標地帶的井孔圖形。
21.如權利要求20所述的系統，其特徵在於，還包括設置在目標地帶內的一腔井，該腔井靠近連接處並在井孔圖形的端部，第三井孔連通在腔井和第一井孔之間。
22.如權利要求20所述的系統，其特徵在於，還包括設置在第一井孔內的一泵，其可操作地將收集在第一井孔內的礦藏提升到地表。
23.如權利要求22所述的系統，其特徵在於，泵包括一桿式泵。
24.如權利要求20所述的系統，其特徵在於，第三井孔設置在目標地帶內。
25.如權利要求20所述的系統，其特徵在於，井孔圖形包括一羽形井孔圖形。
26.如權利要求20所述的系統，其特徵在於，井孔圖形包括一從連接處延伸的主井孔；以及多個從主井孔向外延伸的側向井孔。
27.如權利要求26所述的系統，其特徵在於，多個側向井孔互相等距離隔開地設置。
28.一種從地下礦層萃取礦床的系統，其包括一從地表延伸到第一目標地帶和第二目標地帶的垂直井孔；一從垂直井孔延伸到第一目標地帶的第一環接井孔，該第一環接井孔從介於地表和第一目標地帶之間的垂直井孔分叉；一從第一環接井孔延伸的第一井孔圖形，在第一目標地帶可操作地收集來自第一目標地帶的礦藏；一第二環接井孔，該第二環接井孔可操作地將來自第一井孔圖形的礦藏連通到垂直井孔；一從垂直井孔延伸到第二目標地帶的第三環接井孔，該第三環接井孔從介於地表和第二目標地帶之間的垂直井孔分叉；一從第三環接井孔延伸的第二井孔圖形，在第二目標地帶可操作地收集來自第二目標地帶的礦藏；一第四環接井孔，該第四環接井孔可操作地將來自第二井孔圖形的礦藏連通到垂直井孔；以及一垂直泵，該垂直泵設置在垂直井孔內，並可操作地將收集在垂直井孔內的礦藏提升到地表上。
29.如權利要求28所述的系統，其特徵在於，還包括一設置在第一目標地帶內的第一腔井，該第一腔井靠近第一環接井孔，在第一井孔圖形的端部第二環接井孔可操作地將來自第一腔井的礦藏連通到垂直井孔；以及一設置在第二目標地帶內的第二腔井，該第二腔井靠近第三環接井孔，在第二井孔圖形的端部第四環接井孔可操作地將來自第二腔井的礦床連通到垂直井孔。
30.如權利要求28所述的系統，其特徵在於，第二和第四環接井孔設置在各自的第一和第二目標地帶內。
31.如權利要求28所述的系統，其特徵在於，第一和第二井孔圖形包括羽形井孔圖形。
32.如權利要求31所述的系統，其特徵在於，各羽形井孔圖形包括多個從設置在各自目標地帶內的各自主井孔延伸的側向井孔。
33.如權利要求28所述的系統，其特徵在於，垂直泵包括一桿式泵。
34.如權利要求28所述的系統，其特徵在於，各第一和第二井孔圖形包括一從地下地帶的一區域的第一端部延伸到地下地帶的區域的第二端部的水平對角的井孔；以及多個側向井孔，其以互相間隔開的關係從對角的井孔延伸到區域的周緣。
35.如權利要求34所述的系統，其特徵在於，區域的第一端部設置在各自的第一和第三環接井孔的附近，其中，側向井孔的長度隨著側向井孔和第一端部之間的距離的增加而逐步地減小。
36.一種從地表進入到地下礦層用的方法，該方法包括形成一從地表向下延伸的第一井孔；形成與在地表處的第一井孔隔開的一第二井孔，該第二井孔具有與第一井孔相交於第一位置的第一部分以及與第一井孔相交於第二位置的第二部分；形成一從第一部分延伸到第一目標地帶的第一井孔圖形；以及形成一從第二部分延伸到第二目標地帶的第二井孔圖形。
37.如權利要求36所述的方法，其特徵在於，還包括在第一井孔中形成一第一腔井和一第二腔井，第一腔井設置在第一目標地帶而第二腔井設置在第二目標地帶。
38.如權利要求36所述的方法，其特徵在於，提供第一和第二井孔圖形包括提供第一和第二羽形井孔圖形。
39.如權利要求36所述的方法，其特徵在於，形成第一和第二部分包括在各自的第一和第二目標地帶內形成第一和第二部分。
40.如權利要求36所述的方法，其特徵在於，還包括從第一和第二目標地帶通過第一井孔移出礦藏。
41.如權利要求36所述的方法，其特徵在於，還包括一設置在第一井孔內的垂直泵，以將收集在第一井孔內的礦藏提升到地表上。
42.一水平的地下排出圖形，其用來從地表進入到地下地帶的一區域，其包括一水平對角的井孔，其從形成地下地帶的區域的第一端部的地表井孔延伸到區域的遠端；一第一組水平側向井孔，其以互相間隔開的關係從對角井孔延伸到在對角井孔的第一側上的區域的周緣，並包括一靠近水平對角井孔的短的反向的半徑；以及一第二組水平側向井孔，其以互相間隔開的關係從對角井孔延伸到在與第一組側向井孔相對的對角井孔的一側上的區域的周緣。
43.如權利要求42所述的地下排出圖形，其特徵在於，側向井孔的長度隨著從側向井孔到地表井孔的距離的增加而逐步地減小。
44.如權利要求42所述的地下排出圖形，其特徵在於，側向井孔各以40°和50°之間的夾角從對角井孔延伸。
45.如權利要求42所述的地下排出圖形，其特徵在於，側向井孔各以大約45°的夾角從對角井孔延伸。
46.如權利要求42所述的地下排出圖形，其特徵在於，區域包括一四邊形的區域，其中，第一和第二端部包括四邊形區域的遠端諸角。
47.如權利要求42所述的地下排出圖形，其特徵在於，區域包括一正方形的區域，其中，第一和第二端部包括正方形區域的遠端諸角。
48.如權利要求42所述的地下排出圖形，其特徵在於，水平對角井孔和第一和第二組的側向井孔提供對區域的均勻的覆蓋。
49.如權利要求42所述的地下排出圖形，其特徵在於，第一和第二組的各側向井孔以互相均勻間隔的關係設置。
50.一種從地表進入到地下地帶用的方法，該方法包括形成一從地表延伸到地下地帶的第一井孔；形成一從地表延伸到地下地帶的第二井孔，該第二井孔在靠近地下地帶的連接處與第一井孔相交；通過第二井孔，形成一從連接處到地下地帶的井孔圖形。
51.如權利要求50所述的方法，其特徵在於，還包括在靠近地下地帶的第一井孔中形成一放大的腔井；形成第二井孔，與放大的腔井相交；以及形成從放大的腔井延伸的井孔圖形。
52.如權利要求50所述的方法，其特徵在於，形成井孔圖形包括形成從連接處延伸到地下地帶的一第三井孔；以及形成從第三井孔的相對側向外延伸的多個側向井孔。
53.如權利要求52所述的方法，其特徵在於，各側向井孔的長度隨著對應的側向井孔和連接處之間的距離的增加而減小。
54.如權利要求50所述的方法，其特徵在於，形成井孔圖形包括使用一延伸通過第二井孔和連接處的環接的鑽探繩，形成井孔圖形；通過環接的鑽探繩提供鑽探流體，以移出由鑽探繩產生的碎塊；以及通過第一井孔將帶有碎塊的鑽探流體泵送到地表上，以在鑽探排出圖形的過程中將在地下地帶上的流體靜壓減到最小。
55.如權利要求50所述的方法，其特徵在於，形成井孔圖形包括形成一羽形井孔圖形。
56.如權利要求50所述的方法，其特徵在於，還包括通過井孔圖形向地下地帶注入物質。
57.如權利要求50所述的方法，其特徵在於，還包括從地下地帶通過第一井孔移出礦藏。
58.一從地表進入到地下地帶用的系統，該系統包括一從地表延伸到地下地帶的第一井孔；一從地表延伸到地下地帶的第二井孔，該第二井孔與第一井孔相交於靠近地下地帶的一連接處；以及一從連接處延伸到地下地帶的井孔圖形。
59.如權利要求58所述的系統，其特徵在於，井孔圖形包括一羽形井孔圖形。
60.如權利要求58所述的系統，其特徵在於，井孔圖形包括一從連接處延伸到地下地帶的第三井孔；以及多個從第三井孔的相對側向外延伸的側向井孔。
61.如權利要求60所述的系統，其特徵在於，各側向井孔的長度隨著從對應的側向井孔到連接處的距離的增加而減小。
62.如權利要求58所述的系統，其特徵在於，還包括形成在靠近地下地帶的連接處的放大的腔井。
63.如權利要求58所述的系統，其特徵在於，井孔圖形包括一從連接處延伸的第三井孔；一第一組側向井孔，其從第三井孔的第一側向外延伸；以及一第二組側向井孔，其從第三井孔的第二側向外延伸。
64.如權利要求63所述的系統，其特徵在於，第一和第二組的各個側向井孔互相均勻地間隔開。
全文摘要
一種從地表進入到地下地帶用的方法和系統，其包括一從地表到目標地帶(15)延伸的基本上垂直的井孔，以及一從大致垂直的井孔到目標地帶延伸的一環接井孔(230)。環接井孔從在地表和目標地帶之間的基本上垂直的井孔分叉出去。系統還包括一從在目標地帶的環接井孔延伸並可操作地匯集來自目標地帶的礦藏的井孔圖形(50)。該系統還包括一地下通道，其從井孔圖形到大致垂直的井孔可操作地連通礦藏資源。系統還包括一設置在基本上垂直的井孔內的垂直泵(80)，其可操作地將匯集在基本上垂直的井孔內的礦藏提升到地表上。
文檔編號E21B7/04GK1500174SQ02805839
公開日2004年5月26日 申請日期2002年1月18日 優先權日2001年1月30日
發明者J·A·祖潘尼克, M·H·裡亞爾, J A 祖潘尼克, 裡亞爾 申請人:Cdx天然氣有限公司