淮南瓦斯抽采鉆孔的發展與施工

摘 要:隨著國家對安全生產工作的逐步重視及煤礦瓦斯治理技術的發展，瓦斯抽采工作逐步發展。各地區此項形成了各自的特點，淮南礦區主要以地面瓦斯抽采鉆井的施工為主要特色。瓦斯抽采鉆井技術不斷完善，建立了一套完整鉆探施工工藝與方法，為煤礦安全生產提供了強有力的保障。

關鍵詞:瓦斯抽采 類型 地面鉆井 施工工藝

中圖分類號:TE3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0053-02

煤礦重、特大事故大多是瓦斯事故。建國以來一次死亡百人以上煤礦事故23起，其中瓦斯事故21起。瓦斯事故傷亡人數占煤礦事故死亡人數較高比例。在國家政策的鼓勵和要求下，我國的煤層氣抽采力度大大加強，瓦斯抽采量增加很快，2007年抽采量達43億m3。2007年，全國煤礦瓦斯事故起數和死亡人數同比分別下降16.8%和17.8%。可見瓦斯抽采工作對于高瓦斯地區的礦井安全生產起著至關重要的作用，其中地面瓦斯抽采是瓦斯抽采工作的重要組成部分。

1 目前瓦斯抽采工作的顯著特點

1.1 全國主要礦區瓦斯抽采方式

淮南礦區:綜合瓦斯抽采的同時，地面鉆井抽采瓦斯具有特點。

松澡礦區:底板穿層網格式抽采是松澡礦區的主要特點。

陽泉礦區:頂板高位巖石巷抽采瓦斯取得很好的效果。

晉城礦區:雙系統、模塊化抽采、地面煤層氣開采及利用是其顯著特點。

鐵法礦區:頂板巖石水平鉆孔。

1.2 淮南礦區的地面瓦斯鉆井抽采系統

淮南礦區利用地面鉆井抽放煤層氣，具有抽放濃度高、抽采率高和施工條件好等優點。我國煤儲層的透氣性系數普遍很低，這嚴重制約了煤層氣地面井的抽放效果，而通過開采保護層的卸壓作用，可以使上覆煤巖體產生顯著的卸壓增流效應，其透氣性相對卸壓前可增加數千倍。因此，通過保護層開采的卸壓作用進行地面井抽采，將取得很好的效果。

2 淮南礦區瓦斯抽采鉆孔的類型

2.1 幾種類型瓦斯抽采鉆孔的結構特點

2.1.1 Ⅰ型瓦斯抽采鉆孔

(1)開孔至基巖面以下50m左右，Φ350mm孔徑，下入Φ273×10.16mmN80石油套管。

(2)基巖面以下50m左右至13-1煤頂板，Φ245mm孔徑，下入Φ177.8×9.19mmN80石油套管;13-1煤頂板～11-2煤頂板Φ152mm孔徑，下入Φ127×9.19mm石油花管。

(3)11-2煤頂板～終孔(15m左右)，Φ118mm孔徑，裸孔。

2.1.2 Ⅱ型瓦斯抽采鉆孔

(1)開孔至13-1煤頂板以上15m左右，Φ350mm孔徑，下入Φ273×10.16mmN80石油套管。

(2)13-1煤頂板以上15m左右至11-2煤頂板以上3～5m左右，Φ245mm孔徑，其中13-1煤頂板以上20m左右，下入Φ177.8×9.19mmN80石油套管，套管底口連接10mΦ139.7×9.17mm石油套管，Φ139.7mm套管上口用木塞塞死，防止固井時水泥漿液進入花管;以下深度下入Φ177.8×13.72mm石油花管，花管上口與Φ139.7×9.17mm套管重疊10m。

(3)套管底口至終孔(20m左右)，Φ118mm孔徑，裸孔。

2.1.3 Ⅲ型瓦斯抽采鉆孔

(1)開孔至13-1煤頂板，Φ350mm孔徑，下入Φ273×10.16mmN80石油套管。

(2)13-1煤頂板～11-2煤頂板以上3～5m左右，Φ420mm孔徑，其中基巖面以下40m下入Φ177.8×9.19mmN80石油套管，基巖面以下40m～13-1煤頂板以上10m下入Φ177.8×19.05mmN80石油套管，套管底部連接8m長Φ219×10.16mm石油套管;8m長Φ219×10.16mm石油套管底口～11-2煤頂板以上3～5m左右下置Φ177.8×19.05mmN80石油花管，花管上口連接7.5m長Φ177.8×19.05mmN80石油套管與Φ219×10.16mm石油套管重疊。

(3)11-2煤頂板以上3～5m左右～終孔(其下20m左右)，Φ133mm孔徑，裸孔。

(4)此型鉆孔在花管與套管的連接上，采用Φ177.8mm石油套管底口連接Φ219×10mm套管，罩在Φ177.8mm實管外。這種改進既增大了鉆孔的過氣斷面，同時花管和實管采用同徑，易于洗井工作。基巖面以下工作管石油套管壁厚采用19.05mm，花管壁厚19.05mm，這些施工工藝的實施都將有效增強工作管抵抗采動破壞影響，保證鉆孔有良好的出氣通道，將會有效延長鉆井抽采時間。

2.1.4 掏穴鉆孔

掏穴工作先后應用于幾種類型的瓦斯抽采鉆孔，掏穴段為13-1煤～11-2煤頂板以上3～5m左右，掏穴孔徑為Φ420mm。實踐證明掏穴方案的實施對于地面瓦斯抽采工作是非常成功的，尤其以顧橋礦區最為明顯。在顧橋礦區施工的Ⅰ型、Ⅱ型地面瓦斯抽采鉆孔未實施掏穴方案的實驗鉆井其出氣量僅為5～6萬方達不到瓦斯抽采工作的有效目的，而掏穴工藝在地面瓦斯抽采鉆孔的使用使鉆孔出氣量達到了200萬方以上，無論從經濟上還是從煤礦安全開采上均取得了極大的成功。

2.2 大口徑瓦斯地面鉆井

大口徑瓦斯地面鉆井是2008年以后逐步開始施工的，此類鉆孔的工作為連接井下瓦斯抽采系統，使瓦斯抽采體系更加完善。

該類鉆孔結構為一開φ1000mm(或1100mm)孔徑，下φ800×12mm(或850×12mm)螺旋焊管;二開φ750mm孔徑(或800mm孔徑)，下φ630×15mm無縫鋼管。

在煤田勘探系統鉆探施工中很少施工此類超深超大口徑鉆孔，可視為今后煤田勘探工作發展的一項全新領域。

3 瓦斯抽采鉆孔的施工

3.1 鉆探施工設備的選擇

根據鉆孔孔徑及所下套管的重量不同，根據機械設備自身的能力進行合理的選擇。主要的施工設備為:

鉆機:TSJ-1000鉆機、GZ-2000鉆機、GZ2600及3000m鉆機

鉆探:24.5m加強型四角鉆塔、27.5m、31m、41m“A”型鉆塔

水泵:TBW-850/6型泥漿泵、BW-1200型泥漿泵、N3NB-1600型泥漿泵

動力:6135增壓柴油機、110kW、300kW電機

其他:排污泵、振動篩等

3.2 鉆探施工工藝

3.2.1 機械設備的安裝

設備安裝按規定要求達到平、正、穩、固、牢。校正天車中心、轉盤中心及井口中心三者處于一鉛垂線上，最大允許偏差不超過10mm。每次換徑開鉆之前必須嚴格井口找正，校正井口。

3.2.2 鉆探施工工藝

(1)先導孔的施工

在φ350mm以上孔徑施工中為保證鉆孔垂直度及獲取較大的鉆探

效益進尺，宜采用先導孔施工的辦法進行。

(2)鉆具組合

采用鐘擺式鉆具的組合形態，即牙輪鉆頭+鉆鋌+鉆桿+四方立軸的組合體系，另外為保證鉆孔的垂直度可在鉆鋌中間連接扶正器。

(3)鉆進參數

依據孔深、孔徑、地層可鉆性，以理論參數值為基礎，在鉆進中選擇較為適當的技術參數，達到提高鉆進效率、防斜糾斜、鉆具及孔內安全的目的。根據不同情況及時調整鉆進參數。根據實際情況選用防斜、糾斜鉆具，輕壓吊打或加壓快打鉆進，加強防斜效果。根據鉆時的快慢及時調整鉆壓，處理好軟硬交界面處的鉆進。地層交界面、軟硬交錯地層至少吊打鉆進30～50m。鉆遇裂縫地層、含礫地層時如有跳鉆等現象，降低鉆壓，并反復劃眼，消除可能出現的狗腿或臺階。在沖積層易斜孔段堅持劃眼制度，每鉆進1單根上提1立根劃眼修整井壁。使用帶有穩定器的鉆具時，穩定器的外徑不得小于鉆頭直徑3mm。

(4)鉆井液的選擇

瓦斯抽采鉆孔全孔采用無芯鉆進，鉆進產生大量的砂粒、巖粉，選擇好泥漿類型、調整好泥漿性能，以保證安全鉆進和成井。

鉆進采用高聚物低固相高粘度泥漿，主要材料有:水解聚丙烯酰胺、水解聚丙烯晴鈉鹽、高粘度羧甲基纖維素鈉鹽、廣譜護壁劑、燒堿、純堿等。配制泥漿提前進行膨潤土堿水化浸泡處理，并充分攪拌，隨時檢查泥漿性能及時調整，加強檢修、維護泥漿凈化設備，保證正常運轉。

pH值保持9左右，形成泥餅要薄而硬，泥漿的日常維護處理，盡量在鉆進過程中在泥漿循環槽內進行，邊維護邊處理，在泥漿中加入處理劑時，加完處理劑的時間為泥漿循環一周的時間，使處理劑均勻分布，以防大起大落。

另外基巖段可選用優質PHP-HPAN泥漿進行護壁，該泥漿具有可調性好、失水量小、流變性好、護壁能力強等特點，泥漿配方見表1。

在漏失層中還可以加入其他惰性材料。

在整個鉆孔施工中，合理使用CMC(低粘，中粘，高粘)，更好的增強鉆井液粘度，提高巖粉上反量，有效的提高鉆井速度，縮短鉆井周期。

泥漿性能:密度1.02～1.05，粘度23～26s，失水量小于12～15ml/30min，pH值8～9。視地層情況可隨時調整泥漿性能。

(5)下套管及固井工作

下管前的順孔工作是下管成功關鍵環節之一，也極易造成順孔事故，要根據地層井壁情況合理選擇順孔管的加焊肋骨外徑、長度、組合方法，必須把孔內沉渣沖凈，多起下幾趟鉆具，并充分調整孔內泥漿性能。泥漿調整采用提粘降失水高聚物添加劑、潤滑劑、火堿(純堿):比重-1.15～1.20，pH值9～11，粘度23～26s。

工序包括:套管丈量排序擺放→尾管、順孔管加工→接箍焊接→沖順孔→泥漿調整→井口整理→鉆塔、設備、提吊系統檢查→安全會→下管。

采用石油固井時，固井前先進行管路試壓，壓力達15Mpa，不刺不漏為合格。注完水泥后壓塞及替漿，碰壓壓力10MPa，檢查回壓閥位置是否正常，放壓檢查井口。

4 結語

(1)瓦斯抽采工作是保障高瓦斯礦區煤礦安全生產工作的重要工作環節，在國家的支持與個地方的努力下此項工作取得了長足的進步。各個礦區在此工作上的發展顯示出了不同的技術特點，為我國在瓦斯抽采工作上奠定了堅實的基礎。

(2)淮南礦區的地面瓦斯抽采鉆井的施工，從無到有，技術環節逐步提高，已經形成了一套完整的施工方法及技術經驗，取得了較好的經濟及安全效益。隨著瓦斯抽采鉆井的進一步施工，在發現問題、解決問題的過程中將不斷進步與創新，逐步完善瓦斯抽采鉆孔的施工工藝，提高施工技術水平。

參考文獻

[1]武杰，桑樹勛，方良才，黃華州，吳國代，楊欣超.淮南礦區保護層開采卸壓范圍及瓦斯抽采地面井部署.煤田地質與勘探，2010，11-14.

[2]趙旭生，煤礦瓦斯抽采與瓦斯災害防治.煤炭科學總院重慶研究院.

[3]淮南礦業集團地質勘探工程處煤礦瓦斯抽采鉆孔施工組織設計.