高壓流體疏通煤礦采動區L型井方法研究

任 鴿，李 超

(1.煤與煤層氣共采國家重點實驗室，山西 晉城 048012； 2.易安藍焰煤與煤層氣共采技術有限責任公司,山西 太原 030000)

采動區地面 L 型井抽采是一種結合高位鉆孔抽采與地面直井抽采兩種技術特點的新型技術，與傳統地面 L 型水平定向井不同[1]，在采煤工作面推至距地面井一定位置時，隨著采煤工作面的推進，在采動卸壓影響下進行煤層氣抽采[2]. 目前該項工藝已在晉城礦區實踐成功[3]，解決高瓦斯礦井在回采過程中工作面及上隅角瓦斯超限問題，保障礦井生產安全[4].

但煤層氣L型采動井投運一段時間后，隨著煤礦工作面回采，地層會有不同程度的沉降，煤層裂隙會被煤粉或其它雜質堵塞，阻礙煤層氣解吸和運移，使煤層氣采動井產能降低。另外，地層水滲透到煤層裂隙中，不能及時排出，也會造成氣井產氣量減低。目前氣井的解堵方法多采用重復壓裂[5]、水力噴射徑向鉆孔、井下多級強抽泵、爆燃解堵和電爆震解堵等工藝，應用效果也不盡相同[6]，存在一定局限性。重復壓裂、水力噴射徑向鉆孔解堵工藝存在成本高、安全隱患大等問題，爆燃解堵和電爆震解堵不適宜煤層氣井，井下多級強抽泵對L型井不適用，因此，需尋找一種簡單實用、安全可靠的方法疏通煤層裂隙，提高煤層氣井產氣量。高壓流體疏通工藝是利用高壓氣體或小規模水力壓裂，解決煤層裂隙堵塞問題，成本較小，疏通后的煤層氣井產能迅速恢復，具有較高的經濟效益。

1 高壓流體疏通工藝特點

1.1 高壓流體疏通工藝原理

該工藝是利用高壓流體疏通堵塞煤層裂隙。目前主要有兩種疏通方法：

1) 用清水疏通。隨著煤礦的采掘，地層會有不同程度的沉降，煤層裂隙會被煤粉或其它雜質堵塞。采用高壓泵車將清水壓入煤層氣井，將堵塞的煤層裂隙重新疏通，使煤層氣采動井恢復生產能力。

2) 用空氣疏通。當地層水滲透到煤層裂隙中，位置較低的地方很容易積水，積水排不出去，就會堵塞煤層裂隙，工作面逸散的煤層氣不能通過裂隙排出。此時，需要用壓縮機將氮氣或空氣壓縮后，經高壓管柱進入井筒，將低洼處的積水吹散，重新疏通煤層裂隙，使煤層氣采動井恢復生產。高壓流體疏通氣井工藝流程見圖1.

1—采動區 2—采空區 3—套管 4—煤層 5—篩管 6—流體儲存罐 7—壓縮機 8—高壓管柱圖1 高壓流體疏通氣井工藝流程圖

1.2 工藝特點

1) 該工藝簡單實用，相比傳統水力壓裂，投資較小。

2) 利用高壓流體吹掃能重新疏通堵塞的煤層裂隙，使減產的煤層氣井恢復產能。

3) 疏通技術需井上下聯合實施，通過井下觀測高壓流體前進方向，可初步判斷疏通效果，并可在井下采煤工作面頂板處通過人為制造來壓，達到降低L型井水平段地應力的效果，提高疏通成功幾率。

2 工藝實踐應用

2.1 試驗井概況

試驗井位于沁水縣胡底鄉蒲池村附近，為解決胡底礦工作面瓦斯突出問題布置一口采動區L型地面抽采井。

L型井目的煤層為3#煤層上部20～60 m處，采用三開井身結構[7]，一開采用d444.5 mm的鉆頭，鉆穿基巖下10 m，下入d377.7 mm表層套管，固水泥；二開井采用d311.1 mm的鉆頭,鉆至著陸點后下入d244.5 mm的套管，固水泥；三開采用d215.9 mm的鉆頭，鉆進至靶點完井，水平段約500余米(圖2).

圖2 L型井井身結構圖

該井于2015年4月開鉆， 2016年5月，安裝水環真空泵抽放設備。曾進行多次試運行，無氣量顯示。2016年10月，胡底礦井下工作面已回采45 m，地面L型井抽采仍未見效，為此考慮對該井進行小型壓裂改造，溝通井下采動裂隙，提高抽放效果。

2016年10月20日進行清水壓裂，共使用清水180 m3，壓裂時套壓始終為0，油壓介于2.8～4.4 MPa，油壓較為穩定。但壓裂后進行試抽采，仍不產氣，決定實施高壓流體吹掃作業方案。

2.2 試驗方案

1) 地面設施、設備。

井口安裝250標準井口，安裝過程確保密封。地面壓縮機達到以下性能要求：壓縮介質為氮氣或空氣，保證吹掃排量大于30 m3/min.

2) 改造工藝。

吹掃完成后，再次安裝抽放設備進行試抽，如抽放效果仍未達到預期效果，可考慮對該井實施多次地面吹掃，以達到預期抽采效果。

2.3 施工過程及效果分析

本次試驗采用空氣進行吹掃疏通，共進行3次：

1) 考慮煤層厚度較大，煤層頂底板為泥巖，該井水平段較長且在煤層上部，為疏通井筒及煤巖層裂隙，降低負壓抽采過程中的壓裂液水鎖效應，根據以往施工經驗，在首次吹掃時，采用大于30 m3/min排量注入。2016年10月31日進行空氣吹掃，用時1 h，0～40 min采用風量為30 m3/min，40～60 min采用風量為35 m3/min，共輸送風量1 900 m3，井口壓力在5～15 min時由0.1 MPa升至0.15 MPa后降至0，其后一直維持在0，未出現憋壓現象，吹掃后，試抽，氣井仍不產氣。

2) 因第一次注入效果不明顯，需進行二次吹掃。為避免煤粉因風量過大而產生運移積聚，再次堵塞裂隙，此次采用小風量吹掃。2016年12月6日，進行第二次吹掃，用時1.42 h，風量為15 m3/min，共輸送風量1 275 m3，10～15 min井口壓力由0.1 MPa升至0.17 MPa再降至0，其后一直維持在0，未出現憋壓現象。疏通后試抽，日產氣量最高達12 000 m3，甲烷濃度也逐漸增高，在50%～86%，但產氣量衰減較快， 20天后再次出現不產氣的現象(圖3).

圖3 第二次疏通后產氣量與甲烷濃度變化曲線圖

3) 在負壓抽采一定時間后，煤粉再次堵塞瓦斯運移通道，需采用大風量注入進行疏通。2017年1月11日，進行第三次吹掃， 風量為30 m3/min，用時1.5 h，共輸送風量2 700 m3， 45～50 min井口壓力由0.05 MPa升至0.12 MPa再降至0.02 MPa，其后一直維持在0.02 MPa. 作業后試抽，日產氣量穩定在12 000 m3/d左右，最大可達15 000 m3/d，穩產53天，甲烷濃度逐漸降低，這可能是由于隨著工作面的推進，回采工作逐漸接近尾聲，L型井抽采氣體來源由煤層逐步轉向采空區所致(見圖4).

圖4 第三次疏通后產氣量與甲烷濃度變化曲線圖

采動區L型井地面抽采技術，降低了工作面特別是上隅角瓦斯濃度，保障了煤礦安全生產。采動區L型井穩定連續生產，對解決礦井采煤過程中瓦斯突出問題具有重要意義，L型井甲烷濃度與上隅角甲烷濃度最大值成負相關關系見圖5，隨著L型井甲烷濃度的增加，礦井上隅角甲烷濃度最大值逐漸降低。經過三次高壓空氣吹掃疏通，胡底礦L型井產氣量恢復到12 000 m3/d，為井下采煤工作提供了安全保障。

圖5 疏通后礦井上隅角與L型井甲烷濃度變化曲線圖

3 結 論

1) 煤礦采動區L型井隨著井下工作面推進，裂隙會被煤粉或其它雜質堵塞，影響地面抽采效果。高壓空氣吹掃疏通氣井是一種簡單實用的新方法。胡底礦L型井經過3次疏通取得了良好效果，產氣量恢復到12 000 m3/d，穩產時間為53天。

2) L型井甲烷濃度與上隅角甲烷濃度最大值成負相關關系，隨著L型井甲烷濃度的增加，礦井上隅角甲烷濃度最大值逐漸降低。采動區L型井地面抽采技術，降低了工作面特別是上隅角瓦斯濃度，保障了煤礦安全生產。

3) 高壓流體疏通L型井成本低、規模較小，單次疏通可能達不到預期效果，需要多次作業， 且疏通后氣井穩產時間較短，技術工藝還需進一步實踐改進。

參 考 文 獻

[1] 李日富. 煤礦采動區地面 L 型頂板水平定向井抽采技術及試驗[J]. 礦業安全與環保,2017,44(2):12-20.

[2] 付軍輝，林府進，孫海濤，等. 采動區地面煤層氣開發懸掛生產套管的研究及實踐[J].礦業安全與環保,2014,41(3):82-84.

[3] 柯昌友，溫俊三，李海貴. L 型井采空區瓦斯抽采技術的應用[J]. 礦業安全與環保,2016,43(3):64-66.

[4] 趙小山,李國富,孫海濤,等. 寺河礦區地面采動區L型煤層氣井抽采技術研究 能源技術與管理[J].2016,41(3):6-9.

[5] 連小華,郭軍峰,毛生發,等. 解堵性二次壓裂在樊莊煤層氣井的應用[J].中國煤層氣,2014,11(2):20-22.

[6] 姚 錦. 阜新地區煤層氣井解堵工藝研究[J].中國煤層氣,2015,12(2):31-33.

[7] 齊治虎.晉煤胡底煤礦 L 型井復雜施工技術探討[J].中州煤炭,2016,2:69-70.