CN112593911A - 一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法，属于矿井瓦斯处理和煤与煤层气共采领域，可解决煤矿井下掏煤技术工程量大、成本较高，井下瓦斯抽采都存在安全隐患的问题，本发明采用在煤层气水平井水平段目的层段进行动力扩径，其工艺流程是在设计的目的水平段进行套管段铣、机械扩孔，然后利用高压雾化空气或者高压雾化氮气进行动力扩径，使目的层段煤层经过反复的应力集中和卸载，使煤层破碎成块状或粉状，利用空气流将煤粉、煤块及岩屑携带到地面。通过本发明，达到如下效果：通过本方案的实施尽可能多的提高地面掏煤量，从而使目的煤层段得到有效应力释放，提高煤层气水平井的产能，消除井下瓦斯突出的安全隐患，实现水平井的分段动力扩径。

Description

一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法
技术领域
本发明属于矿井瓦斯处理和煤与煤层气共采技术领域，具体涉及一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法。
背景技术
我国碎软低渗煤层分布广泛，目前该类高瓦斯矿井常用的预抽方法是煤矿井下掏煤技术（包括：“保护层”掏煤卸压技术、井下巷道或工作面煤壁高压水力割缝技术、井下瓦斯抽采孔卸压掏煤卸压技术），井下掏煤技术卸压效果较好，但工程量大、成本较高，井下瓦斯抽采都存在一定的安全隐患。地面预抽采仅在极少数矿井开展，但收效甚微，是制约煤矿区实现煤与煤层气共采快速发展的主要因素之一。
发明内容
本发明针对煤矿井下掏煤技术工程量大、成本较高，井下瓦斯抽采都存在一定的安全隐患的问题，提供一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法。
在矿井准备区和开拓准备区沿着回采工作面的走向布置煤矿地面水平井，水平井三开井身结构，三开裸眼完井，下入玻璃钢套管。利用分段动力掏煤扩径方法进行瓦斯预抽，将会极大的提高抽采效率，提高水平井的产能。
本发明采用如下技术方案：
一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法，包括如下步骤：
第一步，套管段铣：在水平井段每隔25-50m的间距进行开窗段铣，段铣顺序自井底向井口方向顺序进行；
第二步，洗井：对水平井内三开套管的段铣后的碎屑进行冲洗，利用连续油管进液环空出液的正循环的洗井方式，将井内碎屑及煤粉冲洗到地面；
第三步，机械扩孔：将井孔径由311mm扩至500mm；采用泡沫泥浆作为循环液；
第四步，二次洗井：再次利用连续油管进液环空出液的正循环的洗井方式，将机械扩孔后的井内碎屑及煤粉冲洗到地面；
第五步，动力扩径：采用雾化空气或者雾化氮气作为动力洞穴完井的介质，包括如下步骤：空气经过并联的空压机组，经过制氮机提纯为氮气，被增压机组加压成高压氮气，与经过泵处理的雾化水在总管汇混合成高压雾化氮气，注入水平井水平段开窗段铣段，造成目的煤层段局部应力集中，然后憋压放喷；
第六步，憋压放喷：关井憋压5min，待压力稳定后，瞬间打开地面放喷阀门，开始卸压放喷，使得井眼附近的煤层受到破坏而发生坍塌，受压力震动的煤块、岩屑及其解吸的煤层气随雾化空气或者雾化氮气喷出井外，煤块、岩屑随运输管线进入煤块收集池，放喷完后，打开防喷器阀门，关闭地面放喷管汇，开始用空气循环井内煤屑，直至煤粉没有明显返出，以上为1个动力扩径周期；
第2次动力扩径继续循环第三、四步骤，直到同一压力下煤粉返出量很小之后，开始逐步增加注气压力，直到明显没有煤粉返出。达到预定掏煤量后，进行下一个大孔径动力掏煤环节；
第一步中所述段铣方法包括如下步骤：避开套管接箍，将工具下到预定位置，先缓慢启动转盘，钻柱旋转正常、无明显扭矩和憋跳后，缓慢启动泥浆泵，将排量由小升至设计排量，转速40~60r/min定点切割套管，不下放钻具；等泥浆泵压下降2~3Mpa后，套管被切断，然后继续旋转工具20~30min，以修整切割断面。
第五步中所述泵的气体排量大于90m3/min，输出压力大于2MPa。
第六步中所述憋压放喷后，井径由500mm扩至900mm以上，每个大孔径掏煤量不小于6吨，即4m3。
本发明的有益效果如下：
本发明采用在煤层气水平井水平段目的层段进行动力扩径，其工艺流程是在设计的目的水平段进行套管段铣、机械扩孔，然后利用高压雾化空气或者高压雾化氮气进行动力扩径，使目的层段煤层经过反复的应力集中和卸载，使煤层破碎成块状或粉状，利用空气流将煤粉、煤块及岩屑携带到地面。
通过本发明，达到如下效果：通过本方案的实施尽可能多的提高地面掏煤量，从而使目的煤层段得到有效应力释放，提高煤层气水平井的产能，消除井下瓦斯突出的安全隐患，实现水平井的分段动力扩径。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的动力扩径工艺图；
其中：1-空压机组；2-制氮机；3-增压机组；4-总管汇；5-储水池；6-容器；7-泵；8-井口；9-放喷阀门；10-收集池。
具体实施方式
结合附图，对本发明做进一步说明。
在矿井准备区和开拓准备区沿着回采工作面的走向布置煤矿地面水平井，水平井三开井身结构，三开裸眼完井，下入玻璃钢套管。利用分段动力掏煤扩径方法进行瓦斯预抽，将会极大的提高抽采效率，提高水平井的产能。
本发明采用的技术方案是：在煤层气水平井水平段目的层段进行动力扩径，其工艺流程是在设计的目的水平段进行套管段铣、机械扩孔，然后利用高压雾化空气或者高压雾化氮气进行动力扩径，使目的层段煤层经过反复的应力集中和卸载，使煤层破碎成块状或粉状，利用空气流将煤粉、煤块及岩屑携带到地面。
水平井现场动力扩径设计工艺（图2）：空气经过并联的空压机组，经过制氮机提纯为氮气，被增压机组加压成高压氮气，与经过泵处理的雾化水在总管汇混合成高压雾化氮气，注入水平井水平段开窗层段，造成目的煤层段局部应力集中，然后憋压放喷。如果介质选择空气，则不需要制氮机，空气直接进入增压机组并与雾化水在总汇管处混合。
水平井现场动力扩径实施步骤如下：
1）套管段铣：
段铣位置，在水平井段每隔一定间距进行开窗段铣，间距选择25-50m。如果目的煤层渗透性较好，当储层渗透率大于或等于2mD时，洞穴间距可大于50m；当目的煤层为松软低渗储层时，渗透率较低时，洞穴间距宜小于50m，最小可设置为25m。
段铣顺序，段铣顺序自井底向井口方向顺序进行。
段铣方法：尽量避开套管接箍，将工具下到预定位置，先缓慢启动转盘，钻柱旋转正常、无明显扭矩和憋跳后，方能缓慢启动泥浆泵，将排量由小至设计排量，转速40～60r/min定点切割套管（注意：此时不要下放钻具）；等泵压下降2～3Mpa后，说明套管被切断，然后继续旋转工具20～30分钟，以修整切割断面。
2）洗井：对水平井内三开套管的段铣后的碎屑进行冲洗，利用连续油管进液环空出液的正循环的洗井方式，将井内碎屑及煤粉冲洗到地面。
3）机械扩孔：由311mm扩至500mm；采用泡沫泥浆作为循环液。
4）二次洗井：再次利用连续油管进液环空出液的正循环的洗井方式，将机械扩孔后的井内碎屑及煤粉冲洗到地面。
5）动力扩径：
动力扩径介质：为保障动力洞穴完井施工安全和保护环保，拟采用雾化空气或者雾化氮气作为动力洞穴完井的介质。
现场动力扩径工艺（图2）：空气经过并联的空压机组，经过制氮机提纯为氮气，被增压机组加压成高压氮气，与经过泵处理的雾化水在总管汇混合成高压雾化氮气，注入水平井水平段开窗段铣段，造成目的煤层段局部应力集中，然后憋压放喷。如果介质选择空气，则不需要制氮机，空气直接进入增压机组并与雾化水在总汇管处混合。
泵注参数：要求气体排量大于90m3/min，输出压力大于2MPa。
6）憋压放喷：关井憋压5min，待压力稳定后，瞬间打开地面放喷阀门，开始卸压放喷，使得井眼附近的煤层受到一定程度地破坏而发生坍塌，受压力震动的煤块、岩屑及其解吸的煤层气随雾化空气或者雾化氮气喷出井外。煤块、岩屑随运输管线进入煤块收集池。放喷完后，打开防喷器阀门，关闭地面放喷管汇。开始用空气循环井内煤屑，直至煤粉没有明显返出，以上为1个动力扩径周期。
第2次动力扩径继续循环第三、四步骤，直到同一压力下煤粉返出量很小之后，开始逐步增加注气压力，直到明显没有煤粉返出。达到预定掏煤量后，进行下一个大孔径动力掏煤环节。
洞穴参数：井径由500mm扩至900mm以上，每个大孔径掏煤量不小于6吨（4m3）。

Claims (4)

1.一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，套管段铣：在水平井段每隔25-50m的间距进行开窗段铣，段铣顺序自井底向井口方向顺序进行；
第二步，洗井：对水平井内三开套管的段铣后的碎屑进行冲洗，利用连续油管进液环空出液的正循环的洗井方式，将井内碎屑及煤粉冲洗到地面；
第三步，机械扩孔：将井孔径由311mm扩至500mm；采用泡沫泥浆作为循环液；
第四步，二次洗井：再次利用连续油管进液环空出液的正循环的洗井方式，将机械扩孔后的井内碎屑及煤粉冲洗到地面；
第五步，动力扩径：采用雾化空气或者雾化氮气作为动力洞穴完井的介质，包括如下步骤：空气经过并联的空压机组，经过制氮机提纯为氮气，被增压机组加压成高压氮气，与经过泵处理的雾化水在总管汇混合成高压雾化氮气，注入水平井水平段开窗段铣段，造成目的煤层段局部应力集中，然后憋压放喷；
第六步，憋压放喷：关井憋压5min，待压力稳定后，瞬间打开地面放喷阀门，开始卸压放喷，使得井眼附近的煤层受到破坏而发生坍塌，受压力震动的煤块、岩屑及其解吸的煤层气随雾化空气或者雾化氮气喷出井外，煤块、岩屑随运输管线进入煤块收集池，放喷完后，打开防喷器阀门，关闭地面放喷管汇，开始用空气循环井内煤屑，直至煤粉没有明显返出，以上为1个动力扩径周期；
第2次动力扩径继续循环第三、四步骤，直到同一压力下煤粉返出量很小之后，开始逐步增加注气压力，直到明显没有煤粉返出；
达到预定掏煤量后，进行下一个大孔径动力掏煤环节。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法，其特征在于：第一步中所述段铣方法包括如下步骤：避开套管接箍，将工具下到预定位置，先缓慢启动转盘，钻柱旋转正常、无明显扭矩和憋跳后，缓慢启动泥浆泵，将排量由小升至设计排量，转速40~60r/min定点切割套管，不下放钻具；等泥浆泵压下降2~3Mpa后，套管被切断，然后继续旋转工具20~30min，以修整切割断面。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法，其特征在于：第五步中所述泵的气体排量大于90m3/min，输出压力大于2MPa。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿地面水平井分段动力掏煤扩径方法，其特征在于：第六步中所述憋压放喷后，井径由500mm扩至900mm以上，每个大孔径掏煤量不小于6吨，即4m3。
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