高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201510979322.X

申请日:

2015.12.23

公开号:

CN105545205A

公开日:

2016.05.04

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):E21B 7/04申请日:20151223|||公开

IPC分类号:

E21B7/04; E21B47/022(2012.01)I; E21B43/10; E21B33/13; E21F7/00

主分类号:

E21B7/04

申请人:

大同煤矿集团有限责任公司

发明人:

于斌; 袁亮; 郭金刚; 赵军; 宣宏斌; 刘冠学; 王立兵; 田利军; 孟凡龙; 金学玉; 匡铁军; 杨智文; 刘胜; 李渊; 张明; 高宇平; 郝建锋; 陈菲; 王显军; 景珂宁; 吴志坚; 翁旭泽; 郝元伟; 赵君; 杨洋; 周健; 涂辉; 侯宝月; 柳柄俊

地址:

037003 山西省大同市新平旺校北街

优先权:

专利代理机构:

太原科卫专利事务所(普通合伙) 14100

代理人:

朱源

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内容摘要

本发明具体为一种高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法,解决了现有透气性差、瓦斯含量小煤层存在不适用现有抽采方法的问题。a、沿煤层表面开竖井段;b、在竖井段的下端依次开弯曲段及水平孔段;c、打钻过程中进行录井作业,并用圆井器圆井、套管试下;d、采用升降机提吊、吊卡夹持进行下套管,水平孔段下石油套管,弯曲段下技术套管,竖井段下表层套管,各套管之间采用丝扣连接,并记录存档;e、采用PO42.5硅酸盐水泥进行固井,封闭各井段套管,确保基岩段各含水层中间无水力联系;f、固井结束后试压,直至达到要求后,进行下一部施工。本发明改善矿井安全生产环境的同时,避开采煤与瓦斯治理工作在时间空间上的矛盾。

权利要求书

1.一种高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法,其特征在于:采用如下步骤:a、分析测井、地质、地层资料,沿煤层表面开竖井段,采用JJX-3D高精度测斜仪检测顶、方位角情况,以便及时调整钻进参数;b、在竖井段的下端依次开弯曲段及水平孔段,与此同时,采用BakerHughesMWD无线随钻测井系统控制钻孔轨迹,并加装孔径扶正器;c、打钻过程中严格按照岩屑录井、钻时录井、钻孔液录井、气测录井、简易水文观测、循环观察进行录井作业,钻孔至符合设计要求,并用圆井器圆井、套管试下;d、采用升降机提吊、吊卡夹持进行下套管,水平孔段下石油套管,弯曲段下技术套管,竖井段下表层套管,各套管之间采用丝扣连接,并记录存档;e、采用PO42.5硅酸盐水泥进行固井,封闭各井段套管,确保基岩段各含水层中间无水力联系;f、固井结束后,表层套管侯凝24h后试压,生产套管凝固48-72h内,扫孔至原孔深做耐压试验,直至达到要求后,进行下一部施工。

说明书

高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采方法,具体为一种高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法。

背景技术

近年来,随着矿井开采深度增加,以及新建和部分生产矿井向石炭系煤层转移,瓦斯问题逐渐凸显,特别是厚煤层大采高、综放工作面,虽煤层瓦斯含量较低,瓦斯绝对涌出量却较大,成为制约工作面高效开采的主要因素。

目前,都采用顶板高抽巷、走向钻孔、大直径钻孔抽采回采工作面瓦斯,均取得良好效果,但对于透气性差、瓦斯含量小的原始煤层,上述抽采方法不能适用。

发明内容

本发明为了解决现有透气性差、瓦斯含量小煤层存在不适用现有抽采方法的问题,提供了一种高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法。

本发明是采用如下技术方案实现的:高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法,采用如下步骤:a、分析测井、地质、地层资料,沿煤层表面开竖井段,采用JJX-3D高精度测斜仪检测顶、方位角情况,以便及时调整钻进参数;b、在竖井段的下端依次开弯曲段及水平孔段,与此同时,采用BakerHughesMWD无线随钻测井系统控制钻孔轨迹,并加装孔径扶正器;c、打钻过程中严格按照岩屑录井、钻时录井、钻孔液录井、气测录井、简易水文观测、循环观察进行录井作业,钻孔至符合设计要求,并用圆井器圆井、套管试下;d、采用升降机提吊、吊卡夹持进行下套管,水平孔段下石油套管,弯曲段下技术套管,竖井段下表层套管,各套管之间采用丝扣连接,并记录存档;e、采用PO42.5硅酸盐水泥进行固井,封闭各井段套管,确保基岩段各含水层中间无水力联系;f、固井结束后,表层套管侯凝24h后试压,生产套管凝固48-72h内,扫孔至原孔深做耐压试验,直至达到要求后,进行下一部施工。

地面L型钻孔瓦斯抽采技术是地面立孔和高抽巷瓦斯治理技术的集成创新,由于地面开孔位置可选择在地表沉陷范围以外,有效避免了地面立孔的“断孔、切孔、错孔”等弊端,也回避了高抽巷施工工期长、与采掘活动相互影响、易造成采场接替紧张等难题,同时也降低了瓦斯治理工程量和费用,无论在经济效益还是在社会效益上都有着明显的优势;同时地面L型钻孔布置在煤层顶板3-5倍采厚的岩层内,随着工作面的推进和顶板的垮落,钻孔不断的被切断或折断,使钻孔的终孔始终位于工作面上隅角的后上方,有效解决了钻孔与工作面推进在瓦斯治理中的时空匹配问题,为高强度开采综放工作面瓦斯治理开辟了新的途径,克服了现有透气性差、瓦斯含量小煤层存在不适用现有抽采方法的问题。

本发明所述的地面L型钻孔方法,能持续有效的在工作面上隅角后上方形成负压区,时时进行抽采,在抽采效率方面远远好于地面钻孔(直孔),而且其钻孔失效风险得到了极大的降低,水平孔段走向钻孔能够保持钻孔始终有效,改善矿井安全生产环境的同时,避开采煤与瓦斯治理工作在时间空间上的矛盾,还便于实现瓦斯资源的利用,是一项绿色开采技术。

具体实施方式

高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法,采用如下步骤:a、分析测井、地质、地层资料,沿煤层表面开竖井段,采用JJX-3D高精度测斜仪检测顶、方位角情况,以便及时调整钻进参数;b、在竖井段的下端依次开弯曲段及水平孔段,与此同时,采用BakerHughesMWD无线随钻测井系统控制钻孔轨迹,并加装孔径扶正器;c、打钻过程中严格按照岩屑录井、钻时录井、钻孔液录井、气测录井、简易水文观测、循环观察进行录井作业,钻孔至符合设计要求,并用圆井器圆井、套管试下;d、采用升降机提吊、吊卡夹持进行下套管,水平孔段下石油套管,弯曲段下技术套管,竖井段下表层套管,各套管之间采用丝扣连接,并记录存档;e、采用PO42.5硅酸盐水泥进行固井,封闭各井段套管,确保基岩段各含水层中间无水力联系;f、固井结束后,表层套管侯凝24h后试压,生产套管凝固48-72h内,扫孔至原孔深做耐压试验,直至达到要求后,进行下一部施工。

岩屑录井时,第四系不捞砂样,但必须判定基岩界面,进入基岩后,每1m捞1包砂。从表套到目的煤层以上大约20m,每5m取500mg的岩屑样品,进入水平段每5m取500mg的岩屑样品,钻遇特殊情况每1米取500mg岩屑样品。

钻时录井时的间距要求:自二开钻穿水泥塞开始,每1米记录1个点。要随时记录钻时突变点,以便及时发现煤层,卡准煤层深、厚度等。尽量保持钻孔参数的相对稳定,以便提高钻时参数反映地层岩性的有效性,并记录造成假钻时的非地质因素。必须经常核对钻具长度和井深,每打完一个单根和起钻前必须校对井深,井深误差不得超过0.1米。全井漏取钻时点数不得超过总数的0.5%,目的层井段钻时点不得漏取。

钻孔液录井每8h做一次全性能测定;每2h测定一次一般性能(密度、粘度)。煤层井段或发现气体显示异常时,要连续测定钻孔液密度、粘度,并做好记录。取煤芯前,要对钻孔液作一次全套性能测定。

简易水文观测钻遇漏、溶洞、大裂隙、破碎带严重坍塌层段,要做到起、止深度记录要详细、清楚;消耗量观测:每小时观测1次,不足1小时的回次,每回次观测1次,发现冲洗液漏失时,每10~30min观测1次,冲洗液全部漏失时,应开大泵量测定其最大漏失量;水位观测:每次上钻后、下钻前各观测1次水位,异常情况时测定水温。钻孔消耗量和回次水位观测,次数应达到应测次数的100%。

测井是为了监测钻孔实时偏移量。要求前期做好测井设备检查和设备孔口布置、固定、安装工作;各种测井仪器按刻度和校验标准校验工作。垂直段常规测井项目有视电阻率,自然电位,天然放射性,人工放射性、孔斜角、方位角。

测井人员认真做好测井工作,对钻孔的顶角和方位角采用JJX-3D高精度测斜仪经常检测,监测孔眼轨迹的变化,当有超限迹象时,及时采用随钻测斜仪和螺杆定向钻具进行校正。测井完成后要提交垂直段综合测井曲线;提供顶角及方位角数据及钻孔准确位移数据表。

在钻进中每进尺100m、见基岩、下管前及终孔均要进行钻具丈量并记录。钻具误差率超过1.0‰时,及时进行合理平差。

根据以往施工情况,预计本钻孔施工中上部易发生漏失,应注意注浆封堵。项目部应做好注浆封堵预案及相关物资准备,施工中必须密切注意,发现漏失情况,立即上报项目部,并及时进行注浆封堵作业。

本次打钻属定向钻进,主要用到的设备及仪器有:GZ-2000水源钻机;F-500型泥浆泵;6135-190HP型柴油机;TBD236V8型柴油机;QZ200×2型型泥浆净化除砂器;QY-1型泥浆检测仪;NBB-300/6-12型注浆泵;Ф165mm型螺杆钻具;Φ146mm无磁钻铤;JJX-3D高精度测斜仪;BakerHughesMWD无线随钻测井系统。

钻孔工艺参数主要是指钻压、转数、泥浆循环量等参数,工艺参数的选择,影响到钻进效率和钻孔质量。施工中采用三牙轮钻头钻进工艺参数为:中钻压、大排量、中低转速。

采用三牙轮钻头和螺杆钻具钻头进行施工时,牙轮钻头采用的钻压数值不超过钻铤重量的70%,在开孔、换层、地层情况异常时,钻压、转速需减小。

施工中选用低固相聚合物钻孔液进行护壁钻进,具体要求配浆材料为钠澎润土,纯碱,高粘度纤维素,腐植酸钾,PAC-141或水解聚丙烯酰胺HPH。

泥浆性能要求为密度:1.05~1.15g/cm3;漏斗粘度:20~30;失水量:<10ml/30min;泥皮厚:1mm;含砂量:小于0.4%;PH值:8~9。施工中认真观测泥浆性能,发现性能达不到施工要求时,及时进行调整,调浆时,用搅拌机将泥浆调整好,顺循环槽将泥浆缓慢流入泥浆池中,起钻前尽量不要调整泥浆,以防止比重不均造成喷浆,泥浆中不得加入清水。施工中做好记录,做好固相清理工作,防止井内事故发生。

现场泥浆材料管理要做到:钻场配备漏斗粘度计、失水量测试仪、密度计、含砂量测试杯和pH试纸等野外冲洗液性能测试工具,并设专人负责保管;钻场泥浆净化、除砂设备如振动筛、旋流除砂器等,正常钻进时每个班运转不少于6小时,同时设专人负责清理循环槽、沉淀池系统的岩屑,做好固相清理工作;造浆用的膨润土,化学处理剂及其他材料必须采取防雨、防潮措施,不得受潮、结块影响使用效果。

根据该地区地层目的层含气情况及地层压力,该井施工过程中不要求使用防喷器,但应采取防喷措施,具体要求如下:选用合理的泥浆密度、粘度。在进入煤层前,调整好泥浆性能。尽可能采用较低的泥浆粘度,用以降低起下钻过程中的抽吸压力或激动压力;需要加重钻孔液时,应控制钻孔液加重速度,防止因加重速度过快而压漏地层。下钻到底,控制开泵泵压,防止憋漏地层。钻遇煤层段要放慢钻速,发现钻孔异常立即停钻,上提钻具,用小排量循环;为防止井喷发生,井场要储备高密度钻孔材料;发生井喷征兆时,应立即采用边循环边加重压井法;如果只是溢流,而未发展到井喷,可一边循环一边加重钻孔液,一边除气。钻孔液加重速度依煤气活跃程度而定,每循环一周,至少要提高密度0.05~0.10g/cm3以上。

固井要求采用PO42.5普通硅酸盐水泥。水泥浆比重要求1.75g/cm3左右,封闭各井段套管,确保基岩段各含水层中间无水力联系。固井前应清除孔壁和孔底的岩粉,并在地面使用钻孔内相同的水质、水温做水泥实验。注水泥浆前,开泵循环孔内泥浆,使其进、出口性能基本一致。并注一定数量的清水隔离,数量2m3左右。固井作业开始后,要连续进行,中途不得停顿,从注水泥浆开始,至注浆结束,尽量缩短全部作业时间。注水泥浆时需开大泵量,使水泥浆保持紊流流态,防止水泥浆串槽,确保固井质量。固井时,机长必须在现场主持固井工作,生产、地质技术人员必须在现场进行指导、检查固井设计、施工方法执行情况,禁止一切违反固井设计的行为和做法。

固井结束后,表层套管侯凝24h后试压,试压≥6Mpa,30分钟降压不大于0.5Mpa为合格;生产套管凝固48~72h内,扫孔至原孔深做耐压试验,孔口打压不低于12Mpa,30分钟降压不大于0.5Mpa为合格,否则重新注浆止水,直至达到要求后,进行下部施工。严格按照ISO9001:2008特殊过程进行控制,作业过程中做好过程参数记录。

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本发明具体为一种高强度综放工作面瓦斯抽采地面L型钻孔方法,解决了现有透气性差、瓦斯含量小煤层存在不适用现有抽采方法的问题。a、沿煤层表面开竖井段;b、在竖井段的下端依次开弯曲段及水平孔段;c、打钻过程中进行录井作业,并用圆井器圆井、套管试下;d、采用升降机提吊、吊卡夹持进行下套管,水平孔段下石油套管,弯曲段下技术套管,竖井段下表层套管,各套管之间采用丝扣连接,并记录存档;e、采用PO42.5硅酸盐。

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