煤炭地下氣化燃空區(qū)水平連通井鉆進(jìn)方法\t

摘要：水平貫通井作為溝通點(diǎn)火列、進(jìn)氣列、出氣列的人造裂隙大孔道溝通井，同時(shí)也作為逆向引火的鉆孔，在國(guó)內(nèi)沒有可以參考施工經(jīng)驗(yàn)，水平井段直接打向燃空去區(qū)面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，我們采用GMS地磁導(dǎo)向系統(tǒng)與RMRS技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行水平連通井施工，成功開創(chuàng)了氣化爐水平井打向然空區(qū)的先河，也積累了一定施工經(jīng)驗(yàn)，特別是在高裂隙下的泥漿固壁技術(shù)、軟巖層的井斜、方位控制技術(shù)為今后的燃空區(qū)鉆進(jìn)及構(gòu)建燃空區(qū)分支井奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水平連通井氣化采煤燃空區(qū)裂隙煤層

一、序言

煤炭地下氣化分為無(wú)井式煤炭地下氣化和有井式煤炭地下氣化技術(shù)，新奧氣化采煤采用的是無(wú)井式氣化采煤，只需在地面鉆成點(diǎn)火孔、進(jìn)氣孔、出氣孔等一系列鉆孔，從而形成地下氣化爐。定向施工的水平進(jìn)氣孔作為人造裂隙貫通的鉆孔是氣化爐施工關(guān)鍵技術(shù)也是構(gòu)成完整氣化爐的重要組成部分。

二、地層條件、煤層結(jié)構(gòu)

該地區(qū)煤層埋藏比較淺（265m～285m之間），上部地層主要是第三系噴發(fā)的玄武巖厚度在40m左右，具氣孔狀構(gòu)造比較堅(jiān)硬。50米～約230米為第三系呼爾井組上段含礫砂巖地層，凝灰質(zhì)膠結(jié)比較疏松，鉆進(jìn)過程中井內(nèi)易產(chǎn)生坍塌。230米以下地層以泥巖為主的含煤系地層，由于泥巖吸水性比較強(qiáng)，易發(fā)生膨脹因此導(dǎo)致井內(nèi)縮孔現(xiàn)象。工作區(qū)內(nèi)煤層厚度及結(jié)構(gòu)變化比較大，可采煤層厚度在8.00米～12米左右，由于受泥炭沼澤沉積環(huán)境制約，夾矸比較多尤其靠近底部1.50米～2.00米厚的煤層結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，泥巖夾矸頻繁互層累計(jì)厚度約占煤層厚度的40%左右。

三、水平軌跡的控制技術(shù)

1.磁方位確定及實(shí)際測(cè)量校正。

MGS地磁導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)得的方位值是以地球磁北方位線為準(zhǔn)的，即使用磁方位角進(jìn)行軌跡控制。首先在施工前期準(zhǔn)備中，根據(jù)研發(fā)部門提供的井口坐標(biāo)，目標(biāo)井坐標(biāo)，計(jì)算出鉆頭起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)方位角，并確定當(dāng)?shù)刈游缇€收斂角，得出真方位角。磁偏角等相關(guān)定向井參數(shù)值直接影響到定向井的軌跡精度，所以確定當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇牌怯葹橹匾?/p>

本次定向井是根據(jù)WMM2005/2010地磁模型編寫的軟件確定的，最終根據(jù)計(jì)算公式：真方位=磁方位+磁偏角=坐標(biāo)方位角+子午線收斂角，確定此次定向井施工的計(jì)算磁方位角?？紤]到施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及設(shè)備的干擾，在確定計(jì)算磁方位角以后，需要使用現(xiàn)有定向設(shè)備MGS地磁導(dǎo)向儀進(jìn)行實(shí)際測(cè)試進(jìn)行校正。

2.定向井造斜及動(dòng)力鉆具選用

此次定向井施工目的煤層位置在270m至280m左右，過地表玄武巖50m后開始造斜，要求在270m左右位置井斜達(dá)到75°左右進(jìn)入煤層，垂直段220m，要求造斜率較高，所以對(duì)鉆具組合的造斜能力要求比較高。

針對(duì)施工區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)采用大角度單彎螺桿及合理的鉆具造斜鉆進(jìn)，取得了良好的效果，完全可以達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)平均井斜的要求，并可以根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)情況，合理控制井斜增長(zhǎng)，調(diào)整方位偏差。

3.水平連通施工

采用GMS地磁控向系統(tǒng)與RMRS技術(shù)合理搭配，完成目標(biāo)靶點(diǎn)貫通。RMRS即近鉆頭電磁測(cè)距系統(tǒng)，由強(qiáng)磁短接、接收探管及配套儀器軟件組成。強(qiáng)磁短接安裝在鉆頭之后，螺桿鉆具前部，提供一個(gè)恒定的磁場(chǎng)，有效范圍50m以內(nèi)。在目標(biāo)井內(nèi)下入接收探管采集強(qiáng)磁短接產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)，經(jīng)過軟件計(jì)算，得出鉆頭與探管的距離及方位差。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得出實(shí)鉆軌跡同設(shè)計(jì)軌跡的偏差，及時(shí)通過GMS地磁控向系統(tǒng)調(diào)整鉆進(jìn)的工具面，將實(shí)鉆軌跡調(diào)整到設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。

4.裂隙煤層燃空區(qū)水平鉆進(jìn)施工

此次施工的難度重點(diǎn)在三開水平連通鉆進(jìn)，因目標(biāo)點(diǎn)為燃空區(qū)，且燃空區(qū)具體范圍不確定，水平井段穿越的煤層由經(jīng)過人工造隙壓裂，煤層中裂隙處于極度發(fā)育狀態(tài)，不可預(yù)測(cè)的因素很多。施工中隨時(shí)可能出現(xiàn)嚴(yán)重漏失，井壁坍塌、異常高壓造成井下煤氣泄漏等事故，施工風(fēng)險(xiǎn)和難度都很大。

四、特殊的不分散泥漿體系技術(shù)

考慮到地下的特殊情況，采用了特殊的不分散泥漿體系，水平段鉆井的標(biāo)準(zhǔn)泥漿方案：

（1）三開采用聚合物不分散防塌、防漏泥漿；

（2）泥漿配方：老泥漿稀釋+胺鹽+聚丙烯酸鉀+防塌劑+單項(xiàng)壓力封閉劑+高粘堵漏劑+潤(rùn)滑劑。

（3）性能要求：密度：1.05g/cm3；粘度：30-35S；失水：＜5ml

（4）鉆進(jìn)過程中井場(chǎng)儲(chǔ)存足量的堵漏材料，發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象及時(shí)補(bǔ)充單項(xiàng)壓力封閉劑和高粘堵漏劑。

（5）鉆井過程中嚴(yán)格控制泥漿失水在5ml以下，防止煤層垮塌。

（6）鉆屑返出量少時(shí)加入處理劑增強(qiáng)懸浮和攜帶能力，防止巖屑沉淀在水平井段形成巖屑床，形成壓差式卡鉆。

五、施工成果

內(nèi)蒙古烏蘭察布市察右前旗玫瑰營(yíng)煤田弓溝礦區(qū)共鉆成定向連通井2口，并成功地開創(chuàng)了定向水平貫通燃空區(qū)的先例。

定4水平進(jìn)氣井，總井深458.18m，垂深283.72m，水平位移265.73m，連通27#、28#爐井，鉆進(jìn)至燃空區(qū)內(nèi)嚴(yán)重漏漿，施工結(jié)束。經(jīng)壓力試驗(yàn)與目標(biāo)井完全貫通。

定5水平進(jìn)氣井，總井深528.14m，垂深281.07m，水平位移345.70m，連通29#、31#爐井，自井深388m后一直有漏漿、嚴(yán)重漏漿情況發(fā)生，成功繼續(xù)鉆進(jìn)至目標(biāo)點(diǎn)，施工結(jié)束。經(jīng)壓力試驗(yàn)表明目標(biāo)井成功貫通。

六、建議

（1）MGS有線隨鉆雖精度較高，但為提高施工效率建議使用MWD無(wú)線隨鉆與RMRS相結(jié)合。

（2）因RMRS使用要求探管超出套管外至少3m，建議需貫穿的爐井設(shè)計(jì)時(shí)能綜合考慮。

（3）煤層裂隙過多，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥漿性能，保證井內(nèi)安全。

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