地面多分支水平鉆井與井下鉆孔對接預抽瓦斯技術

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抽瓦斯技術

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，開發煤層氣不僅具有很好的經濟效益，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抽煤層瓦斯技術的研究有利于礦井生產銜接和提高生產能力，提高工作面掘進、回采效率，保障安全生產的同時也提高了礦井的經濟效益，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；瓦斯預抽

1、煤層氣藏的地質特點

(1)低壓、低滲、低飽和現象突出，有些地區表現為特低壓、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技術進行開發。

(2)成煤期后構造破壞嚴重，造成部分地區構造煤發育。構造煤因其呈粉狀、糜棱狀，裂隙已不復存在，僅有的顆粒孔隙也被更細的粉煤所充填，導致煤層滲透率極低，而且使得儲層改造這一影響煤層氣井產能的激勵過程無法實現。因此，難以運用常規的煤層氣開發技術獲取良好的開發效果。

2、地面多分支水平鉆井和井下鉆孔抽采煤層瓦斯技術

2.1 地面多分支水平鉆井

地面多分支水平鉆井是集鉆井、完井與增產措施于一體的新的鉆井技術。所謂多分支水平井是指在一個(或多個)主水平井眼兩側再側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連通，用于排水降壓采氣。

2.2 煤礦井下鉆孔預抽瓦斯技術分析

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

3、技術的應用

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、穿層鉆孔預抽瓦斯，高抽巷、高位鉆孔抽采上隅角瓦斯及采空區埋管抽采采空區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大幅下降。

3.2、施工技術應用

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套管并固孔;在設計抽采區域的遠端，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轉進，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。當氣體流經管路內的節流板時，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，在節流板前后便會產生靜壓差。

3.3 應用效果

根據《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，達到設計要求。

通過抽采數據的統計，該井累計抽采天數已達1400多天，累計抽采瓦斯純量達1485萬方，瓦斯濃度在前1000都可以達到90%以上，現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抽煤層瓦斯技術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點，并使之系統化，與煤礦生產實現了很好的結合，適合煤礦生產，有利于礦井生產銜接和提高生產能力。保障安全生產的同時也提高了礦井的經濟效益的同時，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抽煤層瓦斯技術，可改善孔內流體流動環境，從而增大孔內瓦斯供給范圍，與井下瓦斯抽采鉆孔對接后，孔內瓦斯流量急劇增加，大幅提高井下瓦斯預抽效率，減少圍巖體內的殘余瓦斯量，可大幅減少井下瓦斯常規抽采鉆孔的工程量，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]孟衛津.地面定向鉆孔瓦斯抽采技術研究[D].河北工程大學，2015.

[2]劉軍.預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.