煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝與穩(wěn)定孔壁沖洗液技術(shù)運(yùn)用

劉昆鵬+++李新亮

摘 要：煤炭是我國(guó)的主要能源，占據(jù)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的較大比例，在我國(guó)煤礦開(kāi)采深度逐漸增大的過(guò)程中，我們要充分關(guān)注礦井中的瓦斯，這是制約礦井安全、高效生產(chǎn)的主導(dǎo)因素。為此，我們目前主要采用保護(hù)層開(kāi)采和區(qū)域預(yù)抽的方式，減少瓦斯對(duì)礦井開(kāi)采作業(yè)的安全威脅和影響。文章重點(diǎn)探討煤層瓦斯抽采的水平定向鉆孔工藝，以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的治理。并且，在復(fù)雜煤層的地質(zhì)鉆探過(guò)程中，還需要采用穩(wěn)定孔壁沖洗液技術(shù)，我們要研究沖洗液在復(fù)雜地層中應(yīng)用的性能及要求，并采用有效的措施對(duì)其加以應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤層；瓦斯；抽采；水平定向鉆孔工藝；沖洗液技術(shù)

我國(guó)對(duì)于煤礦資源的開(kāi)采逐步深入，隨著煤炭資源開(kāi)采力度的加大，對(duì)煤層瓦斯的治理成為了重要的研究課題和內(nèi)容，對(duì)煤層瓦斯的有效治理是礦井安全生產(chǎn)的重要前提。為此，需要通過(guò)井下煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的治理。同時(shí)，在復(fù)雜煤層之中還要運(yùn)用穩(wěn)定孔壁的沖洗液技術(shù)，以保障鉆進(jìn)效率和鉆井施工的正常進(jìn)行。

1 煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝的難點(diǎn)

1.1 復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境

在煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔的工藝運(yùn)用之中，其地質(zhì)區(qū)域相對(duì)復(fù)雜，難免存在褶皺、斷層、陷落柱等復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造帶；煤層的高吸附性、低滲透性特征，還會(huì)導(dǎo)致鉆孔孔壁穩(wěn)定性較差的問(wèn)題；煤層中的瓦斯成分較高，存在瓦斯超限、噴孔等危險(xiǎn)。

1.2 難于控制鉆孔軌跡

在煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝應(yīng)用過(guò)程中，鉆孔在煤層中的延伸狀態(tài)，需要加大對(duì)鉆孔軌跡的精準(zhǔn)控制，然而由于存在較為復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，容易出現(xiàn)煤層坍塌卡鉆等問(wèn)題，導(dǎo)致對(duì)鉆孔軌跡的方位角的控制難度加大。

2 煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝應(yīng)用

2.1 鉆具組合應(yīng)用

在煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝之中，需要依據(jù)鉆孔開(kāi)孔設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，如：傾角、方位角，采用回轉(zhuǎn)鉆井的工藝和方式，實(shí)現(xiàn)開(kāi)孔。鉆具主要采用Φ96mmPDC平底鉆頭+Φ73mm鉆桿，并與孔口管、孔口氣液分離器相聯(lián)結(jié)。

2.2 瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝流程

煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔施工中的成孔工藝步驟及流程，主要有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）首先鉆主孔，用清水洗凈，清理孔內(nèi)的巖屑，并使煤層的井壁保持穩(wěn)定。

（2）提升鉆具，使之到達(dá)分支孔的設(shè)計(jì)孔深位置，測(cè)量出鉆孔的軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)，分析和計(jì)算出最佳的分支點(diǎn)，調(diào)整鉆具到最佳面向角，運(yùn)用控時(shí)鉆進(jìn)的方式，側(cè)鉆出一個(gè)水平分支孔。繼而再將鉆孔清洗之后，進(jìn)入到下一個(gè)開(kāi)分支孔位置，裸眼側(cè)鉆下一個(gè)水平分支孔。

（3）全部的分支孔鉆進(jìn)完畢之后，裸眼封孔，然后再對(duì)煤層瓦斯實(shí)施負(fù)壓抽采。

2.3 控制鉆孔的軌跡

由于煤層的傾斜角度具有較大的起伏變化，具有相對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征。為此，需要鉆孔的軌跡進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，以避免出現(xiàn)卡鉆和埋鉆的現(xiàn)象。具體措施主要有：

（1）判別地層的結(jié)構(gòu)變化。要以煤層采掘工程面圖為依據(jù)和參考，對(duì)煤層的水平定向鉆孔軌跡，進(jìn)行分析，根據(jù)鉆進(jìn)軌跡中的偏差、返渣巖性的變化情況，判定出鉆頭所在的煤層準(zhǔn)確位置。

（2）躲避異常的鉆進(jìn)區(qū)域。如果出現(xiàn)煤層松散、易于破碎、煤層裂隙發(fā)育鉆井液漏失的現(xiàn)象，則要將鉆具提起，躲避異常的鉆進(jìn)區(qū)域，進(jìn)入到安全的煤層區(qū)域開(kāi)分支孔。

2.4 注意要點(diǎn)

在采用煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝的過(guò)程中，它相較于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)而言，具有更高的鉆進(jìn)效率和鉆孔深度。在應(yīng)用這項(xiàng)工藝的過(guò)程中，要注意減少對(duì)煤層的擾動(dòng)。在對(duì)鉆孔軌跡控制的過(guò)程中，要盡量使鉆孔的轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)遠(yuǎn)離復(fù)雜、不穩(wěn)定的地層構(gòu)造，以避免出現(xiàn)卡鉆等事故。同時(shí)，還要盡量聯(lián)通煤層氣儲(chǔ)層的通道，以增加煤層氣的抽采效果。

3 穩(wěn)定孔壁沖洗液技術(shù)的運(yùn)用

3.1 沖洗液的種類(lèi)

（1）清水。這是對(duì)于孔壁較為穩(wěn)定、低轉(zhuǎn)速的淺孔施工技術(shù)而言，可以快速對(duì)鉆具加以冷卻，然而對(duì)于孔壁沒(méi)有過(guò)多的保護(hù)作用，潤(rùn)滑性也較差。

（2）潤(rùn)滑沖洗液。這是一種適宜應(yīng)用于高速鉆進(jìn)和深孔鉆進(jìn)的沖洗液，它通過(guò)添加皂化油腳和癸脂酸鈉的方法，增加了沖洗液的潤(rùn)滑性。

（3）泥漿。這是一種應(yīng)用極其普遍的沖洗液，適宜應(yīng)用于孔壁不穩(wěn)定的鉆孔之中和鉆速較快的鉆孔之中，它具體可以分為水基泥漿和油基泥漿，具有黏度大、相對(duì)密度大、懸浮能力強(qiáng)的性能，可以在孔壁形成有一定厚度的泥皮，可以較好地保護(hù)孔壁，避免井噴現(xiàn)象。

（4）無(wú)固相聚合物沖洗液。這種沖洗液可以較好地保護(hù)孔壁，成本相對(duì)較低，有助于提升鉆機(jī)的鉆速；同時(shí)，它還可以有效地防止繩鉆鉆桿內(nèi)壁的結(jié)垢問(wèn)題。然而，由于復(fù)雜地層中存在大量松散、破碎、漏失等現(xiàn)象，這種沖洗液的泥漿濾失量較大，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)孔壁的穩(wěn)定，因而要采用低固相泥漿。

（5）低密度流體。對(duì)于缺水和鉆孔沖洗液濾失量大的地層之中，通常采用低密度流體，它具有鉆進(jìn)效率高的性能優(yōu)勢(shì)，然而對(duì)巖屑的攜帶能力較弱，需要消耗更多的能量。

3.2 穩(wěn)定孔壁的技術(shù)運(yùn)用

在煤層鉆探技術(shù)不斷拓展的形勢(shì)下，鉆探的速度、深度、廣度都在不斷擴(kuò)大，清水沖洗液顯然無(wú)法滿(mǎn)足鉆進(jìn)安全需求。傳統(tǒng)的固相沖洗液在煤層鉆進(jìn)時(shí)，可以在一定的程度上穩(wěn)定孔壁，然而也容易對(duì)煤層造成傷害，如：煤層會(huì)對(duì)沖洗液產(chǎn)生吸附；沖洗液中的固相顆粒會(huì)堵塞煤層中的瓦斯通道等，導(dǎo)致煤層瓦斯的抽采量下降。傳統(tǒng)的以清水作為沖洗液介質(zhì)的方法，在一定程度上制約了定向長(zhǎng)鉆孔的適用范疇，對(duì)于近水平鉆孔的效率和成孔深度都有影響。為此，需要加強(qiáng)沖洗液的膠結(jié)性能，可以采用高效油包水反相微乳液型鉆井沖洗液，它通過(guò)高分子水相擴(kuò)散到油相之中，生成以水為分散相、油為連續(xù)相的乳狀液，并以水相為內(nèi)相、油相為外相。它可以較好地減少對(duì)煤層的傷害，防范井漏事故，穩(wěn)定井壁，具有良好的控制性能。在對(duì)孔壁進(jìn)行穩(wěn)定的措施中，主要是依據(jù)孔壁巖層的性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)，建構(gòu)孔壁內(nèi)部的壓力平衡狀態(tài)，使鉆孔可以實(shí)現(xiàn)平衡鉆進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝是一項(xiàng)新型的技術(shù)和工藝，應(yīng)用于煤層井下瓦斯治理和抽采領(lǐng)域之中，具有較好的應(yīng)用效果。并且在對(duì)煤層鉆進(jìn)過(guò)程中的穩(wěn)定孔壁的施工過(guò)程中，還要選取適宜的沖洗液技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層鉆進(jìn)孔壁的穩(wěn)定和保護(hù)，避免出現(xiàn)沖洗液對(duì)孔壁的破壞現(xiàn)象。

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