煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝與穩定孔壁沖洗液技術運用

劉昆鵬+++李新亮

摘 要：煤炭是我國的主要能源，占據能源消費結構的較大比例，在我國煤礦開采深度逐漸增大的過程中，我們要充分關注礦井中的瓦斯，這是制約礦井安全、高效生產的主導因素。為此，我們目前主要采用保護層開采和區域預抽的方式，減少瓦斯對礦井開采作業的安全威脅和影響。文章重點探討煤層瓦斯抽采的水平定向鉆孔工藝，以更好地實現對瓦斯的治理。并且，在復雜煤層的地質鉆探過程中，還需要采用穩定孔壁沖洗液技術，我們要研究沖洗液在復雜地層中應用的性能及要求，并采用有效的措施對其加以應用。

關鍵詞：煤層；瓦斯；抽采；水平定向鉆孔工藝；沖洗液技術

我國對于煤礦資源的開采逐步深入，隨著煤炭資源開采力度的加大，對煤層瓦斯的治理成為了重要的研究課題和內容，對煤層瓦斯的有效治理是礦井安全生產的重要前提。為此，需要通過井下煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝，來實現對瓦斯的治理。同時，在復雜煤層之中還要運用穩定孔壁的沖洗液技術，以保障鉆進效率和鉆井施工的正常進行。

1 煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝的難點

1.1 復雜的地質環境

在煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔的工藝運用之中，其地質區域相對復雜，難免存在褶皺、斷層、陷落柱等復雜的地質構造帶；煤層的高吸附性、低滲透性特征，還會導致鉆孔孔壁穩定性較差的問題；煤層中的瓦斯成分較高，存在瓦斯超限、噴孔等危險。

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用過程中，鉆孔在煤層中的延伸狀態，需要加大對鉆孔軌跡的精準控制，然而由于存在較為復雜的地質構造，容易出現煤層坍塌卡鉆等問題，導致對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用

2.1 鉆具組合應用

在煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝之中，需要依據鉆孔開孔設計的相關參數，如：傾角、方位角，采用回轉鉆井的工藝和方式，實現開孔。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結。

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，主要有以下幾個方面的內容：

（1）首先鉆主孔，用清水洗凈，清理孔內的巖屑，并使煤層的井壁保持穩定。

（2）提升鉆具，使之到達分支孔的設計孔深位置，測量出鉆孔的軌跡相關數據，分析和計算出最佳的分支點，調整鉆具到最佳面向角，運用控時鉆進的方式，側鉆出一個水平分支孔。繼而再將鉆孔清洗之后，進入到下一個開分支孔位置，裸眼側鉆下一個水平分支孔。

（3）全部的分支孔鉆進完畢之后，裸眼封孔，然后再對煤層瓦斯實施負壓抽采。

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，具有相對復雜的地質構造特征。為此，需要鉆孔的軌跡進行精準的控制，以避免出現卡鉆和埋鉆的現象。具體措施主要有：

（1）判別地層的結構變化。要以煤層采掘工程面圖為依據和參考，對煤層的水平定向鉆孔軌跡，進行分析，根據鉆進軌跡中的偏差、返渣巖性的變化情況，判定出鉆頭所在的煤層準確位置。

（2）躲避異常的鉆進區域。如果出現煤層松散、易于破碎、煤層裂隙發育鉆井液漏失的現象，則要將鉆具提起，躲避異常的鉆進區域，進入到安全的煤層區域開分支孔。

2.4 注意要點

在采用煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝的過程中，它相較于傳統的回轉鉆進技術而言，具有更高的鉆進效率和鉆孔深度。在應用這項工藝的過程中，要注意減少對煤層的擾動。在對鉆孔軌跡控制的過程中，要盡量使鉆孔的轉變設計遠離復雜、不穩定的地層構造，以避免出現卡鉆等事故。同時，還要盡量聯通煤層氣儲層的通道，以增加煤層氣的抽采效果。

3 穩定孔壁沖洗液技術的運用

3.1 沖洗液的種類

（1）清水。這是對于孔壁較為穩定、低轉速的淺孔施工技術而言，可以快速對鉆具加以冷卻，然而對于孔壁沒有過多的保護作用，潤滑性也較差。

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

（3）泥漿。這是一種應用極其普遍的沖洗液，適宜應用于孔壁不穩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、相對密度大、懸浮能力強的性能，可以在孔壁形成有一定厚度的泥皮，可以較好地保護孔壁，避免井噴現象。

（4）無固相聚合物沖洗液。這種沖洗液可以較好地保護孔壁，成本相對較低，有助于提升鉆機的鉆速；同時，它還可以有效地防止繩鉆鉆桿內壁的結垢問題。然而，由于復雜地層中存在大量松散、破碎、漏失等現象，這種沖洗液的泥漿濾失量較大，而無法實現對孔壁的穩定，因而要采用低固相泥漿。

（5）低密度流體。對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，它具有鉆進效率高的性能優勢，然而對巖屑的攜帶能力較弱，需要消耗更多的能量。

3.2 穩定孔壁的技術運用

在煤層鉆探技術不斷拓展的形勢下，鉆探的速度、深度、廣度都在不斷擴大，清水沖洗液顯然無法滿足鉆進安全需求。傳統的固相沖洗液在煤層鉆進時，可以在一定的程度上穩定孔壁，然而也容易對煤層造成傷害，如：煤層會對沖洗液產生吸附；沖洗液中的固相顆粒會堵塞煤層中的瓦斯通道等，導致煤層瓦斯的抽采量下降。傳統的以清水作為沖洗液介質的方法，在一定程度上制約了定向長鉆孔的適用范疇，對于近水平鉆孔的效率和成孔深度都有影響。為此，需要加強沖洗液的膠結性能，可以采用高效油包水反相微乳液型鉆井沖洗液，它通過高分子水相擴散到油相之中，生成以水為分散相、油為連續相的乳狀液，并以水相為內相、油相為外相。它可以較好地減少對煤層的傷害，防范井漏事故，穩定井壁，具有良好的控制性能。在對孔壁進行穩定的措施中，主要是依據孔壁巖層的性質和應力狀態，建構孔壁內部的壓力平衡狀態，使鉆孔可以實現平衡鉆進。

4 結束語

綜上所述，煤層瓦斯抽采水平定向鉆孔工藝是一項新型的技術和工藝，應用于煤層井下瓦斯治理和抽采領域之中，具有較好的應用效果。并且在對煤層鉆進過程中的穩定孔壁的施工過程中，還要選取適宜的沖洗液技術，以實現對煤層鉆進孔壁的穩定和保護，避免出現沖洗液對孔壁的破壞現象。

參考文獻

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