斜直井钻机在煤层气水平井中的应用

为实现高瓦斯矿井受采动卸压影响的下伏煤层瓦斯地面抽采,根据寺河矿5303工作面复杂工程地质条件,基于采动引起的底板岩层应力变化分区,通过对比常规直井和斜直井轨迹模拟结果,结合斜直井钻机参数特点,提出了使用斜直井钻机地面施工水平井抽放采动卸压瓦斯工艺技术;在此基础上,优化了斜直井钻井轨迹设计方法,有效指导了钻井施工,满足了地质目标要求。完井后自喷生产表明,使用斜直井钻机在复杂工程地质条件下施工煤层气水平井的技术是可行的。     

穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进关键技术

为了深部煤层开采之前能够高效超前抽采瓦斯，保障深部煤层安全开采，L型水平井钻进技术成为地面瓦斯抽采的主要方法之一。针对穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进施工存在的诸多困难，主要从井身结构设计、穿越采空区氮气钻进技术、水平段钻进轨迹控制技术3个方面，进行了穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进关键技术研究。将关键技术研究成果成功应用于了M矿区1口穿越采空区L型地面瓦斯抽采井，高效顺利完钻了该井施工，使得目标深部煤层水平段钻进的钻遇率约为90%。     

对江南煤矿井上下立体化抽采工艺分析

为了解决对江南煤矿“先抽后建”以及煤与煤层气协调开发的问题,根据对江南煤矿采掘部署以及首采煤层M78煤体结构好、气含量高、渗透性较好的特点,对首采面提出了地面水平井和丛式井相结合的方式进行高效地面预抽瓦斯,而对较晚开采的备用面和准备面采用丛式井地面预抽方式。模拟显示,地面抽采5年后,首采面M78煤层瓦斯有了大幅度降低,最高降低幅度超过50%。在地面预抽后井下采用底板排水巷定向长钻孔抽采技术,实现井上下立体化抽采。该工艺降低了煤矿瓦斯治理投资,提高了煤炭安全生产的效率,同时可充分有效地利用煤层气资源。     

煤炭规划区地面煤层气井预抽技术体系

对地面煤层气垂直井、U型井、V型井、L型井及羽状水平井等预抽技术体系的技术特点和适应性进行了系统的分析和总结,得出:基于高瓦斯矿井煤炭生产规划区之实际,采用不同地面煤层气井预抽技术是提高矿井瓦斯防治有效性和针对性的重要举措,也是采煤采气统筹安排、协调开发的一种绿色生产技术。     

煤层气井抽采效果井下长距离取样检测技术研究

针对地面井煤层气（瓦斯）参数测定因工程量大、周期长、成本高而难以大规模实施的难题,探索采用井下长距离密闭取样技术进行煤层气井抽采前后瓦斯含量测定。根据地面井抽采效果评价需要,在潘一东矿井下布置4个不同深度钻孔,采用井下密闭取样技术及装置,配套大功率定向钻探设备和便于密闭取样的泥浆脉冲测量系统进行取样测试。针对淮南矿区碎软煤层钻进遇水易发生喷孔、塌孔的现实,提出以压风代替压水用于钻孔排渣和冷却取样钻头的取样钻进工艺;设计加工防逆流型的内合金与外复合片组合取样钻头,提高碎软煤层煤心采取率和密闭取样装置密闭效果。密闭取样瓦斯含量测试结果显示,水平井段平距32～79 m范围的吨煤瓦斯含量降低量达到3.91～7.31 m3/t,且地面井抽采影响区呈现距离水平井段越近瓦斯抽采效果越好的总体趋势。研究表明,通过密闭取样钻头、密闭式取样钻进和打压工艺等方面的改进与优化,井下长距离密闭式取样技术在碎软煤层中应用取得显著效果,试验成果为地面井煤层气井抽采效果考察提供了合格的煤层气含量等参数测试样品,也为地面煤层气井抽采效果井下长钻孔定点取样考察技术的开发奠定了基础。     

地面瓦斯预抽井随回采破坏机理浅析及改造措施

地面瓦斯预抽井主要用于高瓦斯及突出矿井超前瓦斯治理,利用布置在工作面中的地面瓦斯预抽井进行采中、采后瓦斯治理,可以充分挖掘地面瓦斯预抽井的利用价值,具有很好的应用前景,难度就在于受采动影响较大。以潞安矿区为例,通过分析地面瓦斯预抽井随采动变形破坏的机理,利用"关键层+套管预切割"技术措施,保障地面与工作面间的井上下抽采通道畅通,进而实现了地面瓦斯预抽井用于工作面采中、采后瓦斯治理的目标。     

我国煤层气开发模式与开发技术问题探讨

我国复杂的地质条件决定了煤层气开发模式与开发技术选择的多样性。就目前应用较广的5种煤层气开发模式(井下瓦斯抽放模式、煤矿区地面预抽开发模式、采煤采气一体化开发模式、地面直井压裂开发模式及多分支水平井开发模式)和3项煤层气开发技术(定向水平井技术,欠平衡技术钻井、完井技术和注气提高采收率技术)进行了深入探讨,并对各项技术和模式的地质适应性进行了初步分析。结果表明:直井压裂技术较适用于高渗、原生结构厚煤层的煤层气开发,多分支水平井技术适用于低渗与特低渗厚煤层的煤层气开发以及煤矿瓦斯预抽,而采气采煤一体化适合于煤层发育比较复杂、地表条件差、垂直钻井和水平钻井很难施工的矿区的煤层气开发。     

碎软低渗煤层顶板水平井条带瓦斯预抽技术

针对贵州西部煤矿区井下瓦斯抽采难度大、安全性低等问题,将地面抽采先进技术应用于煤矿瓦斯治理,开展碎软低渗煤层顶板水平井条带预抽技术方法研究。以对江南煤矿为例,通过井位优化布置、井眼轨迹设计、定向射孔和分段压裂等工艺流程研究,抽采工作面和掘进条带的煤层瓦斯,并通过储层数值模拟和编绘残余瓦斯含量分布图对抽采效果进行描述。预测结果显示,顶板水平分段压裂井抽采影响范围成条带状分布,并随抽采时间的持续以井眼为中心向两侧扩展,抽采强度随距井眼距离的增大逐渐降低,连续抽采5年,综合抽采率可达32%,掘进条带瓦斯含量可降至8 m~3/t以下。     

地面井压裂抽采技术在新景矿突出煤层复杂构造带的应用试验

针对阳泉矿区突出煤层复杂构造带煤层巷道掘进过程中所面临的构造软煤发育、井下千米长钻孔抽采效果不理想、巷道掘进进尺缓慢的问题,开展了突出煤层复杂构造带地面直井压裂抽采瓦斯试验研究。根据新景煤矿3~#煤层地质特点,提出了煤层复杂构造带地面直井井位的选择及井身结构设计方法,获得了地面直井的钻井与压裂技术工艺。现场试验表明,地面井连续运行190 d,累计产气21.9万m~3,平均日产气量1 261 m~3/d,平均瓦斯浓度97%,取得了较好的瓦斯抽采效果。     

高瓦斯矿井区域瓦斯分级治理方法及其在潞安矿区的应用研究

随着矿井煤炭开采不断向深部发展,煤层地应力不断增大、煤层瓦斯含量不断增加,矿井发生瓦斯灾害的危险程度显著增加,高瓦斯矿井区域瓦斯预测与治理已成为制约矿井安全高效生产的关键。由于受地质构造等影响,井田不同区域的瓦斯赋存情况差异较大,采用固定单一的瓦斯治理措施将严重影响矿井的采掘接替。以潞安矿区为工程背景,根据地质构造特征与瓦斯赋存情况将矿区划分为4个地质单元,探讨了各区域瓦斯分布规律及其随埋深的关系,提出了基于煤层瓦斯突出危险程度的区域瓦斯分级治理方法,针对不同煤层瓦斯含量和煤体坚固性系数等情况采取不同的瓦斯治理措施。研究表明,潞安矿区各地质单元内主采煤层瓦斯含量均随埋深的增加呈线性增长趋势,且呈东低西高分布;对矿区瓦斯含量W≥16 m³/t、8≤W<16 m³/t和W＜8 m³/t三种等级,结合煤层埋深和煤体坚固系数的影响,综合采用地面井预抽、井下定向长钻孔/顺层钻孔/底抽巷穿层钻孔预抽条带瓦斯、顺层立体交叉钻孔预抽工作面瓦斯的地面—井下联合抽采措施,为矿区的安全、高效采煤作业提供了技术保障。     

地面井“三圈”耦合瓦斯抽采技术理论与应用

针对地面井瓦斯抽采浓度低、产气量少、抽采周期短的问题，通过“三圈”对地面井瓦斯运移影响的机理进行分析，同时优化地面井布井位置，在首山一矿开展了采动区、采空区地面井瓦斯抽采试验。结果表明，采动裂隙圈影响地面井的单日产气量，采空区裂隙圈影响地面井的产气周期，覆岩垂直裂隙圈影响地面井的产气浓度，回采作业对于上覆邻近煤层具有一定的卸压效果。采动井布置在采动裂隙圈、采空区裂隙圈和覆岩垂直裂隙圈耦合区域内，抽采浓度高，单井产气量高且产气周期长，其中SSCD-06采动井布置于“三圈”耦合区域内，产气浓度持续100%,最高日抽采量可达4.1万m³,已持续产气260 d,累计产气260.7万m³。研究结果验证了地面井“三圈”耦合瓦斯抽采技术的优越性，对优化地面井瓦斯抽采布置方案具有重要的指导意义。     

巷道过地面煤层气井压裂区域灾害防治技术

地面煤层气井实现了煤层瓦斯的预抽，从而降低了煤层瓦斯含量，对矿井安全生产起到了积极意义。但同时在井下巷道掘进过程中，地面煤层气井又带来了一定的安全隐患。以某矿煤巷掘进为工程实例，对巷道通过地面煤层气井压裂区域时的灾害防治技术进行了探讨，并形成一套灾害综合防治技术体系。该研究不仅确保了巷道的安全顺利掘进，同时也可为其他类似情况提供借鉴。     

页岩气压裂技术进展及发展建议

针对页岩储层孔隙度、渗透率极低，需要压裂改造形成复杂的裂缝网络，才能保证页岩气的高效开发，梳理了直井压裂、水平井压裂、重复压裂、超高导流能力压裂及深层压裂的关键工艺，对比了泡沫、滑溜水、纤维、液化石油气等压裂液体系的优缺点及适用性，归纳了微地震监测、测斜仪监测等裂缝监测技术的原理和优缺点，并提出了页岩气压裂发展的建议。研究得出:我国已实现3 500 m以浅页岩气资源的大规模工业化开发，深层页岩气将成为页岩气开发的重要接替领域；未来压裂液体系发展呈低成本、低伤害、清洁环保、适应苛刻环境的趋势；重复压裂将成为页岩气增产的重要举措，裂缝监测技术是页岩气压裂优化设计的导向，“工厂化”压裂模式是页岩气压裂降低成本的有效途径。     

屯宝煤矿I011502综放面瓦斯预抽必要性论证分析

针对高瓦斯矿井部分煤层瓦斯含量总体不高,采用整体预抽瓦斯增加了生产成本,但部分区域可能煤层瓦斯含量高,还需要抽采才能进行采掘等活动。以屯宝煤矿M₁₅煤层I011502综放工作面为例,通过现场测试及分析,对高瓦斯矿井低瓦斯含量煤层工作面采前瓦斯抽采必要性进行了论证。结果表明,I011502综放工作面可以不采取预抽措施,有效缓解了矿井接替紧张问题,同时节约了生产成本。     

瓦斯突出矿井应力集中区域防突措施选择及应用研究

在煤矿安全生产过程中，煤与瓦斯突出矿井防治煤与瓦斯突出事故一直都是困扰和威胁安全生产的主要因素，如何做到防治煤与瓦斯突出事故，尤其是应力集中区域的瓦斯防治技术，是防治煤与瓦斯突出工作的技术难点，也是最值得关注研究解决的问题。应力集中区域瓦斯治理措施选择的不合理是导致事故发生的直接原因，近几年，经过将瓦斯治理技术和现场应力集中施工特点相结合，取得了新的认知成果。鉴于此，就应力集中区域瓦斯治理措施技术进行了分析。     

水力压裂增透技术在单一低透气性煤层中的应用

豫东地区陈四楼煤矿煤层为单一低透气性突出煤层,瓦斯预抽存在难度大、效率低的问题,严重制约了煤矿安全生产。为增加煤体透气性,提高瓦斯抽采效果,井下水力压裂是一种行之有效的措施。依据瓦斯赋存情况,在煤体瓦斯含量低于5 m³/t区域进行水力压裂增透试验,既能大幅降低钻孔工程量,加快区域治理进度,又能有效保证压裂过程中施工安全,防范压裂期间瓦斯异常涌出,引起瓦斯事故,对低瓦斯区域实现科学治理、精准施策具有重要意义,同时也能为高瓦斯区域进行压裂尝试提供借鉴。     

砂—泥互层盖层垂向封闭性定量评价

断层和裂缝是导致油气垂向调整运移或散失的最主要原因，砂—泥互层层序中油气垂向富集的主控因素是盖层泥地比和垂向封闭能力。以柴达木盆地为例，提出了应用泥地比判定盖层有效性的评价方法。构建了柴达木盆地西缘砂泥互层型盖层有效性定量评价图版。通过柴达木盆地油气纵向分布与盖层泥地比的关系可以看出，当泥地比大于70%时，为有效盖层；当泥地比介于70%~45%时，盖层连通概率明显增加，导致大多数探井出现失利现象；当泥地比小于45%时，基本达到完全连通状态，无法作为盖层封闭油气。大量亚地震断层改变了砂—泥互层盖层的结构，使其形成砂—砂对接渗漏通道，盖层垂向失效，因而建立了应用蒙诺卡罗法定量预测垂向渗漏风险的方法。评价结果表明，上干柴沟组、下油砂山组盖层的渗漏几率较大，风险较高；上油砂山组盖层垂向连通率约为2%，连通性较差，风险较低，这与实际勘探结果具有较好的匹配性。     

沁水盆地赵庄矿3号煤层地面煤层气抽采低产原因分析

在对沁水盆地赵庄矿煤层气开发地质、煤层气生产井资料深入研究的基础上,分析、总结了区内煤层气直井低产原因,并据此提出了区内地面抽采后续开发方向。研究认为:3号煤层气含量偏低、含气饱和度低、临储比低,致使排采阶段气含量可降幅度低,是其低产的宏观表征;3号煤储层不匹配孔级,较差连通性,即微、小孔为主,中孔次之,大孔不发育,微裂隙连通性差,致使扩散缓慢、影响储层改造和抽采效果,是其低产的微观表征;3号煤层远高于顶底板塑性及相近的水平应力,进一步造成改造缝长受限,泄流面积不足。因此,建议区内后续地面抽采方式应以增大泄流面积开发方式为主。     

基于水力冲孔的回采工作面快速卸压消突技术研究

为了确保煤巷掘进安全、高效和工作面的顺利投产,采用水力冲孔技术,对掩护煤矿掘进和回采的区域预抽钻孔进行强化抽采,研究了水力冲孔影响半径以及冲孔后钻孔预抽效果。研究得出:采用水力冲孔技术后,2713底板抽放巷水力冲孔影响半径在7 d后可以达到4.9 m,在10 d后可以达到5.7 m,在17 d后可以达到8.9 m,随后趋于稳定,抽放时间缩短为原来的一半;在40 d内水力冲孔效果达到极限;煤层透气性增加了约11.4倍,研究为类似低透气性高瓦斯突出煤层的高效安全瓦斯治理和安全生产提供技术支持。