CN102155187A - 一种水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，该方法至少包括以下步骤：(1)在灰岩顶板上部钻直井并下入金属套管固井，再钻开灰岩层段裸眼完井；(2)利用修井机下入导鞋和陀螺测斜仪；(3)利用连续油管径向钻孔设备下入射流喷头在灰岩层段进行水力喷射径向钻孔，从而建立起地层与井筒间沟通通道。(4)起出导鞋和陀螺测斜仪，下入螺杆泵抽排灰岩岩溶水。本发明在灰岩层段采用裸眼完井的方式，增加了灰岩层段的裸露面积，减少了灰岩岩溶水流入井筒的阻力；另外由于矿区岩溶地层碳酸盐岩主要由碳酸盐类矿物组成，径向钻孔作业采用的射流流体为盐酸溶液，可进一步提供径向孔眼的导渗能力，增强灰岩岩溶水的排水效果。

Description

一种水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法
技术领域：本发明涉及一种煤矿防治水方法，特别是一种水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法。
背景技术：煤层底板突水是一种复杂的地质及采动影响现象，是煤层下覆承压水冲破底板隔水层的阻隔，以突发、缓发或滞发的形式进入采空区或工作面，造成矿井涌水量增加甚至淹没矿井的自然灾害。
淮南矿区位于华北型煤田边缘、淮河南岸。矿区主要发育上元古界震旦系、下古生界寒武系、奥陶系、上古生界石炭系、二叠系地层，其中寒武系、奥陶系与石炭系太原组碳酸盐岩是矿区的主要岩溶地层，富含岩溶水。矿区开采煤层属二迭系山西组和石盒子组，自下而上分A、B、C组，A组煤含1、2、3煤三层，1、3两层都可采，总厚10m左右，A组煤资源17亿吨，全区赋存稳定，煤质优良。其中1煤平均厚度为6.99m，底板隔水层厚度平均17.67m；受构造影响地段，平均厚度仅为5.72m，灰岩水头压力6.25～6.1Mpa，向深部增大，具有开采煤层厚度大、底板隔水层厚度小、灰岩水头压力大的特点，而奥陶系灰岩含水层与石炭系太原组灰岩含水层是A组煤开采的主要突水含水层。因此为实现A组煤安全开采，必须对煤层底板岩溶水害进行有效防治，同时也以实现A、B、C组同采，减缓矿井延深速度，减轻深部高瓦斯、高地压、高地湿的治理压力，其防治效果也直接关系到高产高效矿井建设和矿井安全。
发明内容：本发明的目的在于提供一种水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，该方法通过在灰岩层段采用裸眼完井的方式，增加了灰岩层段的裸露面积，减少了灰岩岩溶水流入井筒的阻力，另外由于矿区岩溶地层碳酸盐岩主要由碳酸盐类矿物组成，径向钻孔作业采用盐酸溶液作为射流流体，可进一步提供径向孔眼的导渗能力，增强灰岩岩溶水的排水效果。
本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，包括以下步骤：
(1)在灰岩顶板上部钻直井并下入金属套管固井，再钻开灰岩层段裸眼完井；
(2)利用修井机下入导鞋和陀螺测斜仪；
(3)利用连续油管径向钻孔设备下入射流喷头在灰岩层段进行水力喷射径向钻孔，由连续油管径向钻孔设备上的高压泵提供高压射流流体，利用射流喷头的前向喷嘴所产生的水力能量冲蚀切割地层，同时在射流喷头的后向喷嘴产生的“自牵引力”作用下，射流喷头自动前进，从而建立起地层与井筒间沟通通道。
(4)起出导鞋和陀螺测斜仪，下入螺杆泵抽排灰岩岩溶水。
优选地，所述步骤(1)中，包括由表土层至基岩面以下30米的深度下入第一层金属套管固井，之后，穿过第一层金属套管再下入第二层金属套管至灰岩顶板上部固井。
优选地，所述步骤(1)中，包括穿过第二层套管钻开灰岩层段至灰岩底板以下100米，裸眼完井。
优选地，所述步骤(2)中，包括导鞋出口方位的确定及作业深度的校定；测井电缆通电启动陀螺测斜仪后，利用修井机将连接在作业油管下端的导鞋和陀螺测斜仪下入到目标深度，测量出导鞋出口方位及校定作业深度，可通过在地面上旋转作业油管以及配接油管短接对导鞋出口方位和作业深度进行调整。
优选地，所述步骤(3)中，利用连续油管径向钻孔设备从作业油管内下入连续油管，在连续油管前端依序连接有由喷射软管和射流喷头组成的喷射管串，喷射管串在导鞋内通道的引导下由垂直转向水平，由连续油管径向钻孔设备上的高压泵提供高压射流流体，利用射流喷头的前向喷嘴所产生的水力能量冲蚀切割地层，当射流喷头进入地层后，在射流喷头的后向喷嘴产生的“自牵引力”作用下，喷射管串自动前进，待径向孔眼钻进长度达到设计长度后，缓慢回收喷射管串，以使射流喷头后向喷嘴产生的水力能量切割地层扩孔，从而形成一个具有一定直径，且达到一定钻进长度的径向孔眼，从而建立起地层与井筒间沟通通道。
优选地，所述步骤(3)中，射流流体为浓度9％-15％的盐酸溶液。
优选地，所述步骤(4)中，径向水力喷射钻孔结束后，起出导鞋和陀螺测斜仪，再下入洗井管柱洗井，清除井筒内的岩屑直至井筒内清洁，然后下入螺杆泵抽排灰岩岩溶水。
本发明的有益效果
1.本发明由于灰岩层段采用裸眼完井方式，使得灰岩层段裸露面积大，灰岩岩溶水流入井筒内的阻力小。
2.本发明所采用的射流流体为酸液，由于矿区岩溶地层碳酸盐岩主要由方解石(CaCO3)、白云石(MgCa(CO3)2)等碳酸盐类矿物组成，采用盐酸溶液进行喷射作业，可增大径向孔眼的导渗能力，同时增强灰岩岩溶水的抽排效果。
3.本发明通过在灰岩层段可进行多层次多方位的喷射作业，从而增加灰岩岩溶水的有效供给范围。
附图说明：
图1为本发明煤层底板灰岩层段水力喷射径向钻孔示意图
图中标号：1第一层金属套管；2基岩面；3第二层金属套管；4煤层底板灰岩层段；5径向孔眼；6作业油管；7连续油管；8喷射软管；9导鞋；10射流喷头；11测井电缆；12陀螺测斜仪。
图2为本发明煤层底板灰岩层段径向孔眼平面示意图
图3为本发明煤层底板灰岩岩溶水抽排示意图
图中标号：13螺杆泵。
具体实施方式：
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。本发明提供一种水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水方法，该方法至少包括以下步骤：
步骤一：在灰岩顶板上部钻直井并下入金属套管固井，再钻开灰岩层段4裸眼完井；
如图1所示，在该步骤一中包括由表土层至基岩面2以下30米的深度下入第一层金属套管1固井，再穿过第一层金属套管1下入第二层金属套管3至灰岩顶板上部固井，然后钻开灰岩层段4，裸眼完井，所述第二层金属套管3的外径小于第一层金属套管1的内径，所述灰岩层段4裸眼孔径小于第二层金属套管3内径。
步骤二：利用修井机下入导鞋9和陀螺测斜仪12；
如图1所示，将陀螺测斜仪12连接在导鞋9下端，测井电缆11通电启动陀螺测斜仪12后，利用修井机将连接在作业油管6下端的导鞋9和陀螺测斜仪12下入到目标深度，测量出导鞋9出口方位以确定径向钻孔的方位角，同时校定导鞋9的下入深度，通过在地面井口旋转作业油管6及配接油管短接来调整导鞋9出口方位角以及作业深度，所述导鞋9外径略小于灰岩层段4裸眼孔径，所述陀螺测斜仪12采用动调试陀螺。
步骤三：利用连续油管径向钻孔设备下入射流喷头10在灰岩层段4进行水力喷射径向钻孔，由连续油管径向钻孔设备上的高压泵提供高压射流流体，利用射流喷头10的前向喷嘴所产生的水力能量冲蚀切割地层，同时在射流喷头10的后向喷嘴产生的“自牵引力”作用下，射流喷头10自动前进，从而建立起地层与井筒间沟通通道；
如图1、图2所示，利用连续油管径向钻孔设备从作业油管6内下入连续油管7，在连续油管7前端依序连接有由喷射软管8和射流喷头10组成的喷射管串，喷射管串在导鞋9内通道的引导下由垂直转向水平，由连续油管径向钻孔设备上的高压泵提供高压射流流体，利用射流喷头10的前向喷嘴所产生的水力能量冲蚀切割地层，当射流喷头10进入地层后，在射流喷头10的后向喷嘴的“自牵引力”作用下，喷射管串自动前进，待径向孔眼5钻进长度达到设计长度后，缓慢回收喷射管串，以使射流喷头10的后向喷嘴产生的水力能量切割地层扩孔，从而形成一个具有一定直径，且达到一定钻进长度的径向孔眼5，所述射流流体为浓度9％-15％的盐酸溶液。
步骤四：起出导鞋9和陀螺测斜仪12，下入螺杆泵13抽排灰岩岩溶水；
如图3所示，径向水力喷射钻孔结束后，起出导鞋9和陀螺测斜仪12，再下入洗井管柱洗井，清除井筒内的岩屑直至井筒内清洁，然后下入螺杆泵13抽排灰岩岩溶水。
由上所述，本发明通过在灰岩顶板上部钻直井并下入金属套管固井，再钻开灰岩层段4裸眼完井的方式，增加了灰岩层段4的裸露面积，减少了岩溶水流入井筒内的阻力；由于矿区岩溶地层碳酸盐岩主要由方解石(CaCO3)、白云石(MgCa(CO3)2)等碳酸盐类矿物组成，径向钻孔作业采用盐酸溶液作为射流流体，可进一步提供径向孔眼5的导渗能力，增强灰岩岩溶水的排水效果。
下面提供一个本发明水力喷射径向钻孔治理煤层底板灰岩岩溶水的方法的具体实例，以对该方法的实施及效果作出进一步说明。
西二1井使用12 1/4英寸钻头一开钻表土层至基岩面以下30米深，用95/8英寸石油套管固井；使用8 1/2英寸钻头二开至灰岩顶板以上5米，用5 1/2英寸石油套管(Φ139.7mm×7.72mm)固井；使用Φ122mmPDC钻头三开钻井至灰岩底板以下100米，裸眼完井。利用连续油管径向钻孔设备下入依次连接有1/2英寸的不锈钢连续油管，1/2英寸的喷射软管和1/2英寸的射流喷头组成的喷射管串对目标灰岩层段进行多层次、多方位的喷射作业，该井总计施工14个径向水平孔眼，累计进尺1400米。

Claims (6)

1.一种水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，包括以下步骤：
(1)在灰岩顶板上部钻直井并下入金属套管固井，再钻开灰岩层段裸眼完井；
(2)利用修井机下入导鞋和陀螺测斜仪；
(3)利用连续油管径向钻孔设备下入射流喷头在灰岩层段进行水力喷射径向钻孔，由连续油管径向钻孔设备上的高压泵提供高压射流流体，利用射流喷头的前向喷嘴所产生的水力能量冲蚀切割地层，同时在射流喷头的后向喷嘴产生的“自牵引力”作用下，射流喷头自动前进，从而建立起地层与井筒间沟通通道；
(4)起出导鞋和陀螺测斜仪，下入螺杆泵抽排灰岩岩溶水。
2.如权利要求1所述的水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，包括由表土层至基岩面以下30米的深度下入第一层金属套管固井，再穿过第一层金属套管下入第二层金属套管至灰岩顶板上部固井，然后钻开灰岩层段，裸眼完井，所述第二层金属套管的外径小于第一层金属套管的内径，所述灰岩层段裸眼孔径小于第二层金属套管内径。
3.如权利要求1所述的水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，包括导鞋出口方位的确定及作业深度的校定，测井电缆通电启动陀螺测斜仪后，利用修井机将连接在作业油管下端的导鞋和陀螺测斜仪下入到目标深度，测量出导鞋出口方位及校定作业深度，可通过在地面上旋转作业油管以及配接油管短接对导鞋出口方位和作业深度进行调整，所述导鞋外径略小于灰岩层段裸眼孔径，所述陀螺测斜仪采用动调试陀螺。
4.如权利要求1所述的水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，利用连续油管径向钻孔设备从作业油管内下入连续油管，在连续油管前端依序连接有由喷射软管和射流喷头组成的喷射管串，喷射管串在导鞋内通道的引导下由垂直转向水平，由连续油管径向钻孔设备上的高压泵提供高压射流流体，利用射流喷头的前向喷嘴所产生的水力能量冲蚀切割地层，当射流喷头进入地层后，在射流喷头的后向喷嘴的“自牵引力”作用下，喷射管串自动前进，待径向孔眼钻进长度达到设计长度后，缓慢回收喷射管串，以使射流喷头后向喷嘴产生的水力能量切割地层扩孔，从而形成一个具有一定直径，且达到一定钻进长度的径向孔眼，以建立起地层与井筒间沟通通道。
5.如权利要求1所述的水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述射流流体为浓度9％-15％的盐酸溶液。
6.如权利要求1所述的水力喷射径向钻孔治理煤层底板岩溶水的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，包括径向水力喷射钻孔结束后，起出导鞋和陀螺测斜仪，再下入洗井管柱洗井，清除井筒内的岩屑直至井筒内清洁，然后下入螺杆泵抽排灰岩岩溶水。
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