李麗兵

華晉煤層氣綜合利用有限責任公司

地面多分支水平鉆井與井下鉆孔對接預(yù)抽瓦斯技術(shù)

李麗兵

華晉煤層氣綜合利用有限責任公司

中國煤層氣資源豐富，開發(fā)煤層氣不僅具有很好的經(jīng)濟效益，而且具有巨大的社會效益。地面多分支水平井與煤礦井下鉆孔對接預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)的研究有利于礦井生產(chǎn)銜接和提高生產(chǎn)能力，提高工作面掘進、回采效率，保障安全生產(chǎn)的同時也提高了礦井的經(jīng)濟效益，因此進一步加強對其的研究非常有必要，從而為煤礦瓦斯治理拓展了新的思路。

地面多分支水平鉆井；井下鉆孔對接；瓦斯預(yù)抽

1、煤層氣藏的地質(zhì)特點

(1)低壓、低滲、低飽和現(xiàn)象突出，有些地區(qū)表現(xiàn)為特低壓、特低滲和特低飽和。這些特征使得中國的煤層氣藏不適宜使用當前的常規(guī)技術(shù)進行開發(fā)。

(2)成煤期后構(gòu)造破壞嚴重，造成部分地區(qū)構(gòu)造煤發(fā)育。構(gòu)造煤因其呈粉狀、糜棱狀，裂隙已不復(fù)存在，僅有的顆?？紫兑脖桓毜姆勖核涮?，導(dǎo)致煤層滲透率極低，而且使得儲層改造這一影響煤層氣井產(chǎn)能的激勵過程無法實現(xiàn)。因此，難以運用常規(guī)的煤層氣開發(fā)技術(shù)獲取良好的開發(fā)效果。

2、地面多分支水平鉆井和井下鉆孔抽采煤層瓦斯技術(shù)

2.1 地面多分支水平鉆井

地面多分支水平鉆井是集鉆井、完井與增產(chǎn)措施于一體的新的鉆井技術(shù)。所謂多分支水平井是指在一個(或多個)主水平井眼兩側(cè)再側(cè)鉆出多個分支井眼作為泄氣通道，同時為了滿足排水降壓采氣的需要在距主水平井井口200 m左右處鉆一口直井與主水平井眼在煤層內(nèi)連通，用于排水降壓采氣。

2.2 煤礦井下鉆孔預(yù)抽瓦斯技術(shù)分析

井下鉆孔預(yù)抽瓦斯技術(shù)是煤礦井下最常用的瓦斯預(yù)抽技術(shù)，不存在占用地面土地以及由此引發(fā)的生態(tài)問題。但是存在以下缺點：①需要井下提前準備有關(guān)鉆場或巷道，準備工作量大，可以進行瓦斯抽采的時間短，不利于煤層瓦斯預(yù)測和突出防治;②受井下作業(yè)空間限制，鉆井作業(yè)效率低;③井下鉆孔通常封孔質(zhì)量差，瓦斯抽采濃度低。

3、技術(shù)的應(yīng)用

3.1 概況

華晉焦煤沙曲礦各開采煤層屬于高瓦斯突出近距離煤層群，煤層瓦斯含量豐富，其主采的4#和5#煤層均為煤與瓦斯突出煤層，其它各可采煤層(2#、3#、6#、8#、9#和10#)的瓦斯含量均大于10m3/t。為治理礦井瓦斯，沙曲礦采取了順層、穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯，高抽巷、高位鉆孔抽采上隅角瓦斯及采空區(qū)埋管抽采采空區(qū)瓦斯等多種瓦斯治理措施，并取得了很大的成效，使礦井瓦斯超限次數(shù)大幅下降。

3.2、施工技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 鉆井施工

地面多分支水平鉆井與井下鉆孔對接施工方案如圖1所示。在煤礦井下準備巷道(或者開拓巷道)中開掘1個對接鉆孔鉆場，從該鉆場向目標煤層施工1個適當長度的對接鉆孔，在對接鉆孔孔口嵌入鋼質(zhì)套管并固孔;在設(shè)計抽采區(qū)域的遠端，開辟地面水平定向鉆井鉆場，向井下對接鉆孔方向、沿目標煤層施工長距離、大孔徑水平定向鉆進；在井下對接孔遠端用特制的擴孔轉(zhuǎn)頭造一個半徑0.5m，徑深1m洞穴，水平段距對接點50m處通過旋磁馬達引導(dǎo)轉(zhuǎn)進，在距對接點5m出開始盲打鉆，最后與井下對接鉆孔對接，加裝上特制的氣渣水分離器并與煤礦井下瓦斯抽采管網(wǎng)連接，利用煤礦瓦斯抽采泵進行負壓瓦斯抽采。

圖1 地面多分支水平鉆井與井下鉆孔對接施工方案示意

3.2.2 瓦斯抽采工藝

井下對接孔施工結(jié)束后，在孔口通過法蘭將6MPa球閥連接于孔口套管上，使用泥漿泵4MPa試壓，驗證了其承壓能力。

該項目瓦斯抽放系統(tǒng)采用孔板壓差流量計測定瓦斯流量。孔板流量計是通過測定孔板兩側(cè)的靜壓差計算氣體流量的裝置，在每個地面鉆井的孔口處都安裝有孔板流量計，測量各個鉆井的瓦斯流量。當氣體流經(jīng)管路內(nèi)的節(jié)流板時，流束將形成局部收縮，在全壓不變的條件下，收縮使流速增加、靜壓下降，在節(jié)流板前后便會產(chǎn)生靜壓差。

3.3 應(yīng)用效果

根據(jù)《沙曲礦瓦斯綜合治理項目承包合同書》，沙曲礦煤礦瓦斯綜合治理項目24307工作面多分支水平對接井工程于2011年8月22日開鉆，計劃2011年10月5日完鉆，計劃鉆井施工周期為45天。該工程共計耗時10911h，其中地面工程耗時10800h，井下工程耗時111h，沙曲礦煤礦瓦斯綜合治理項目24307工作面多分支水平對接井工程地面工程設(shè)計總進尺3417m，其中3+4#煤層中進尺3000m。地面工程竣工工程量總計4808.94m。三開井段包括2條主支與4條分支，共計進尺4022.27m，其中煤層進尺3820.27m，達到設(shè)計要求。

通過抽采數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，該井累計抽采天數(shù)已達1400多天，累計抽采瓦斯純量達1485萬方，瓦斯?jié)舛仍谇?000都可以達到90%以上，現(xiàn)在濃度雖有所下降任然可達75%。

因此可以知道：地面多分支水平井與煤礦井下鉆孔對接預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)研究項目的成功實施，兼顧了地面施工和井下瓦斯抽放鉆孔的優(yōu)點，并使之系統(tǒng)化，與煤礦生產(chǎn)實現(xiàn)了很好的結(jié)合，適合煤礦生產(chǎn)，有利于礦井生產(chǎn)銜接和提高生產(chǎn)能力。保障安全生產(chǎn)的同時也提高了礦井的經(jīng)濟效益的同時，也避開了地面瓦斯抽采與煤層氣開采之間的沖突，為煤礦瓦斯治理拓展了新的思路。

總之，采用地面多分支水平鉆井與井下鉆孔對接預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)，可改善孔內(nèi)流體流動環(huán)境，從而增大孔內(nèi)瓦斯供給范圍，與井下瓦斯抽采鉆孔對接后，孔內(nèi)瓦斯流量急劇增加，大幅提高井下瓦斯預(yù)抽效率，減少圍巖體內(nèi)的殘余瓦斯量，可大幅減少井下瓦斯常規(guī)抽采鉆孔的工程量，縮短瓦斯抽采周期，解決煤礦巷道掘進和工作面回采時的瓦斯突出問題，因此進一步加強對其的研究非常有必要。

[1]孟衛(wèi)津.地面定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)研究[D].河北工程大學，2015.

[2]劉軍.預(yù)抽鉆孔負壓沿孔長變化特性及對瓦斯抽采效果影響研究[D].河南理工大學，2014.