李丽兵

华晋煤层气综合利用有限责任公司

地面多分支水平钻井与井下钻孔对接预抽瓦斯技术

李丽兵

华晋煤层气综合利用有限责任公司

中国煤层气资源丰富，开发煤层气不仅具有很好的经济效益，而且具有巨大的社会效益。地面多分支水平井与煤矿井下钻孔对接预抽煤层瓦斯技术的研究有利于矿井生产衔接和提高生产能力，提高工作面掘进、回采效率，保障安全生产的同时也提高了矿井的经济效益，因此进一步加强对其的研究非常有必要，从而为煤矿瓦斯治理拓展了新的思路。

地面多分支水平钻井；井下钻孔对接；瓦斯预抽

1、煤层气藏的地质特点

(1)低压、低渗、低饱和现象突出，有些地区表现为特低压、特低渗和特低饱和。这些特征使得中国的煤层气藏不适宜使用当前的常规技术进行开发。

(2)成煤期后构造破坏严重，造成部分地区构造煤发育。构造煤因其呈粉状、糜棱状，裂隙已不复存在，仅有的颗粒孔隙也被更细的粉煤所充填，导致煤层渗透率极低，而且使得储层改造这一影响煤层气井产能的激励过程无法实现。因此，难以运用常规的煤层气开发技术获取良好的开发效果。

2、地面多分支水平钻井和井下钻孔抽采煤层瓦斯技术

2.1 地面多分支水平钻井

地面多分支水平钻井是集钻井、完井与增产措施于一体的新的钻井技术。所谓多分支水平井是指在一个(或多个)主水平井眼两侧再侧钻出多个分支井眼作为泄气通道，同时为了满足排水降压采气的需要在距主水平井井口200 m左右处钻一口直井与主水平井眼在煤层内连通，用于排水降压采气。

2.2 煤矿井下钻孔预抽瓦斯技术分析

井下钻孔预抽瓦斯技术是煤矿井下最常用的瓦斯预抽技术，不存在占用地面土地以及由此引发的生态问题。但是存在以下缺点：①需要井下提前准备有关钻场或巷道，准备工作量大，可以进行瓦斯抽采的时间短，不利于煤层瓦斯预测和突出防治;②受井下作业空间限制，钻井作业效率低;③井下钻孔通常封孔质量差，瓦斯抽采浓度低。

3、技术的应用

3.1 概况

华晋焦煤沙曲矿各开采煤层属于高瓦斯突出近距离煤层群，煤层瓦斯含量丰富，其主采的4#和5#煤层均为煤与瓦斯突出煤层，其它各可采煤层(2#、3#、6#、8#、9#和10#)的瓦斯含量均大于10m3/t。为治理矿井瓦斯，沙曲矿采取了顺层、穿层钻孔预抽瓦斯，高抽巷、高位钻孔抽采上隅角瓦斯及采空区埋管抽采采空区瓦斯等多种瓦斯治理措施，并取得了很大的成效，使矿井瓦斯超限次数大幅下降。

3.2、施工技术应用

3.2.1 钻井施工

地面多分支水平钻井与井下钻孔对接施工方案如图1所示。在煤矿井下准备巷道(或者开拓巷道)中开掘1个对接钻孔钻场，从该钻场向目标煤层施工1个适当长度的对接钻孔，在对接钻孔孔口嵌入钢质套管并固孔;在设计抽采区域的远端，开辟地面水平定向钻井钻场，向井下对接钻孔方向、沿目标煤层施工长距离、大孔径水平定向钻进；在井下对接孔远端用特制的扩孔转头造一个半径0.5m，径深1m洞穴，水平段距对接点50m处通过旋磁马达引导转进，在距对接点5m出开始盲打钻，最后与井下对接钻孔对接，加装上特制的气渣水分离器并与煤矿井下瓦斯抽采管网连接，利用煤矿瓦斯抽采泵进行负压瓦斯抽采。

图1 地面多分支水平钻井与井下钻孔对接施工方案示意

3.2.2 瓦斯抽采工艺

井下对接孔施工结束后，在孔口通过法兰将6MPa球阀连接于孔口套管上，使用泥浆泵4MPa试压，验证了其承压能力。

该项目瓦斯抽放系统采用孔板压差流量计测定瓦斯流量。孔板流量计是通过测定孔板两侧的静压差计算气体流量的装置，在每个地面钻井的孔口处都安装有孔板流量计，测量各个钻井的瓦斯流量。当气体流经管路内的节流板时，流束将形成局部收缩，在全压不变的条件下，收缩使流速增加、静压下降，在节流板前后便会产生静压差。

3.3 应用效果

根据《沙曲矿瓦斯综合治理项目承包合同书》，沙曲矿煤矿瓦斯综合治理项目24307工作面多分支水平对接井工程于2011年8月22日开钻，计划2011年10月5日完钻，计划钻井施工周期为45天。该工程共计耗时10911h，其中地面工程耗时10800h，井下工程耗时111h，沙曲矿煤矿瓦斯综合治理项目24307工作面多分支水平对接井工程地面工程设计总进尺3417m，其中3+4#煤层中进尺3000m。地面工程竣工工程量总计4808.94m。三开井段包括2条主支与4条分支，共计进尺4022.27m，其中煤层进尺3820.27m，达到设计要求。

通过抽采数据的统计，该井累计抽采天数已达1400多天，累计抽采瓦斯纯量达1485万方，瓦斯浓度在前1000都可以达到90%以上，现在浓度虽有所下降任然可达75%。

因此可以知道：地面多分支水平井与煤矿井下钻孔对接预抽煤层瓦斯技术研究项目的成功实施，兼顾了地面施工和井下瓦斯抽放钻孔的优点，并使之系统化，与煤矿生产实现了很好的结合，适合煤矿生产，有利于矿井生产衔接和提高生产能力。保障安全生产的同时也提高了矿井的经济效益的同时，也避开了地面瓦斯抽采与煤层气开采之间的冲突，为煤矿瓦斯治理拓展了新的思路。

总之，采用地面多分支水平钻井与井下钻孔对接预抽煤层瓦斯技术，可改善孔内流体流动环境，从而增大孔内瓦斯供给范围，与井下瓦斯抽采钻孔对接后，孔内瓦斯流量急剧增加，大幅提高井下瓦斯预抽效率，减少围岩体内的残余瓦斯量，可大幅减少井下瓦斯常规抽采钻孔的工程量，缩短瓦斯抽采周期，解决煤矿巷道掘进和工作面回采时的瓦斯突出问题，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

[1]孟卫津.地面定向钻孔瓦斯抽采技术研究[D].河北工程大学，2015.

[2]刘军.预抽钻孔负压沿孔长变化特性及对瓦斯抽采效果影响研究[D].河南理工大学，2014.