文摘

以Zhaozhuang液压冲孔试验矿为工程背景,通过比较不同的液压冲孔过程的现场应用效果,煤水分含量之间的关系在井眼堵塞和天然气开采效果监控和分析。得出了以下的结论:井眼堵塞的发生是煤熔渣的综合作用的结果粒度和冲孔回归水渣放电容量。挡住了钻孔积累了大量冲钻孔高压水和煤熔渣,压缩和渗透到身体周围的煤和天然气开采效率的降低井眼。条件下的相同数量的煤炭生产的冲压,冲压方法不同导致冲孔的差异影响半径。大流量液压冲孔系统三级coal-breaking根据井眼堵塞机制可以有效地减少煤熔渣的颗粒大小,增加冲流,有效避免井眼堵塞,提高钻孔效率天然气开采。

1。介绍

与世界经济的不断发展,人类社会对能源的需求正在增长,更重要的是,环境保护和能源问题变得越来越突出1]。沼气是一种清洁能源(高热价值2),是第二大温室气体(3,4]。作为世界上最大的煤炭生产国和消费国(5),中国占总排放量的90%,整个国家能源部门仅在煤矿(6)等大量的气体直接排放到大气中,造成了严重的环境污染问题[7,8]。因此,提高天然气开采的效率,避免气体排入空气的解决这个问题的关键是将气体从有害气体清洁能源(2,9,10]。通过减压煤层,煤层的渗透率可以有效地改善,和天然气开采的效率可以提高。液氮压裂(11)、微波压裂(12,有限公司₂爆破破碎(13煤层)是有效的减压,但成本高,限制应用程序。深钻孔爆破(14)更危险。液压措施技术成熟,成本适中,广泛使用,并有明显的减压效果。然而,水力压裂15)与注水压力高达100 MPa需要设备性能和运营商的要求。液压滚切(16)煤炭关节容易崩溃,影响卸压的范围。液压冲孔(17)需要相对温和的水压力,技术难度较小,是最广泛应用于液压天然气管理技术。

然而,目前的研究对液压冲孔技术的影响集中在冲压在天然气开采的效率18),煤炭产量之间的关系和卸压范围19),研究安全水压冲孔(20.,水射流的机理研究煤层损害(21]。缺乏深入研究解决堵塞的现象和喷洒的水井在冲压的过程中,以及煤炭产量控制困难的问题,限制了液压冲孔技术的推广。作者提出了一种大流量三级煤矿破坏液压冲孔过程基于综合考虑各种因素的影响在冲压工作效应通过现场试验液压冲孔Zhaozhuang我验证了现场冲压过程的可行性和优越性。

2。液压冲孔试验方案和设备

2.1。测试网站和冲压方案

如图1,Zhaozhuang我是山西晋城煤炭集团的一部分,中国,它位于沁水煤田的东南部。该矿位于金城以北53公里,高平市以北12公里,南Zhangzi县16公里。Zhaozhuang矿井的设计年生产能力800万吨。矿区的面积是144.1公里²,可开采的煤炭位于3号煤层和第15号。目前,只有煤层顶部(3号)可以利用。从一个评估从3号煤层的气体,矿井下的相对瓦斯涌出量被发现9.82³/ t,绝对瓦斯涌出量是98.94米³/分钟。因此,Zhaozhuang我我被认为是高气体(22]。

Zhaozhuang矿,试验场地被安排在东部部分地板的巷道1308 - 2。巷道的净宽度和高度是5米和3米,分别。1308 - 2号楼之间的距离岩石巷道和3号煤层是7米。北墙的巷道,集水井的安排每20米。在每一集,两个钻孔设计、钻孔之间的水平间距1号和2号是20米。液压冲孔试验只进行了1号的钻孔。2号的正常钻孔作为参考比较的天然气开采影响穿孔钻孔。1号和2号的直径和模式倾向钻孔是165毫米和43°,分别和每个钻孔长6米到煤层。这个测试有18集完全根据钻孔的位置,分为三个冲压区域。水井的布局在每个冲压区域是相同的,只在第一个冲钻孔的布局区域,如图2。因为通风巷道的数量相对较少,有必要防止气体浓度超过安全限值在冲压基于安全考虑。

2.2。液压冲孔设备系统

液压冲孔系统主要由以下设备:钻机打孔,高压水泵、高压圆钻杆,高压三角钻管,高压喷嘴、高压水管。

2.2.1。钻机的冲

钻机采用ZDY系列手机钻可以移动的履带行走并接受所有类型的穿孔钻杆直径73毫米。钻井工具可能是螺纹和机械,自动删除,从而减轻对工人的需求,提高工作效率。

2.2.2。高压喷嘴

如图3、高压喷嘴的关键设备是实现高压煤打破在液压冲孔。在测试中,常用的高压喷嘴和改进高压喷嘴采用交替。他们都反对高40 MPa的压力。在图3(一个),三个高压喷嘴的孔直径3毫米在桶沿径向分布均匀。改进高压喷嘴特色开放前的高压喷嘴桶头连接到一个flow-increasing装置输送破碎的煤渣;此外,recrushing和回流能力增强。在图3 (b)锥形接头,用来连接钻杆折断煤渣flow-increasing设备。

2.2.3。Flow-Increasing设备破碎的煤渣

如图4,flow-increasing设备转达了煤渣由三个喷嘴2毫米直径。中心的设备,一个向前喷嘴提供了影响和破坏煤在井眼坍塌和钻杆紧迫。在没有钻孔崩溃和钻杆紧迫,回流高压水为增加除渣流。另外两个面向后方的喷嘴互相安排相反外缘的设备。落后的喷嘴是面向装置的中心轴平行,并从喷嘴喷射力抵消高压喷嘴的喷雾力量,帮助推动在钻井高压喷嘴。将喷嘴的高压水注入也recrushed倒塌煤渣中创建冲孔、返排流量增加,有助于避免钻孔煤渣的堵塞。

2.2.4。高压钻杆

提高现有高压钻杆的设计包括环连接的提示外钻杆的一端。管道的另一端创建一个环形槽内管与环连接的另一端。一圈橡胶垫被放置在槽的底部加强管接头的密封。与普通钻杆相比,改进的双层连接钻杆有更大的联合力量,更好的密封效果,和更高的安全性。高压钻杆的结构如图5。

3所示。分析测试结果

3.1。第一阶段测试

3.1.1。测试结果

第一阶段采用冲压顺序从煤层顶板煤层地板,和测试网站被认为是第一个冲测试区域。严重的井眼堵塞发生在大多数水井在冲孔。由冲压过程的煤渣主要分布在尺寸范围10 ~ 20毫米。然而,一些煤渣大雪花的形状大约70毫米的长度。

在实验中,井眼堵塞最严重的水井3 - 1 #和5 - 1 #,钻杆发生下降。在孔板在冲压过程中,气体浓度总是高于其他地区道路的车道。喷孔可以导致孔的气体浓度接近报警极限。更严重的是喷涂和井眼堵塞的现象,较低的煤炭产量。第一冲孔冲压数据区域表中列出1。

3.1.2。气体提取数据

钻孔3 - 1 #和5 - 1 #展出最严重的喷涂和井眼堵塞和相对较小的煤炭产量。平均体积的天然气开采3 - 1 #和5 - 1 #钻孔是0.63米³和4.2³,分别从相应的参考水井,这是2.01米³和8.03³,分别。这些量都是低于钻孔气体提取相应的参考。穿孔的其他普通卷天然气开采钻孔1 - 1 #,2 #,4 #,和6 - 1 #,分别为1.4³3.5米,³5.18米,³,5.5米³,而平均气流从参考水井1 - 2 #,2 #,4 - 2 #,和6 - 2 #,分别为1.3³,1.23立方米,2.1 m³,2.7米³。

3.1.3。效果分析

如数据所示6- - - - - -11,水井3 - 1 #和5 - 1 #钻杆发生下降,气体提取0.3和0.52倍,分别参考水井。水井1 - 1 #,2 #,4 #,和6 - 1 #只有喷洒和井眼堵塞的现象发生,提取气体量分别为1.08,2.85,2.46,和2.03倍的相应参考水井。这些结果表明,更严重的是井的堵塞,贫穷是天然气开采。越煤炭的井眼在本质上是相同级别的堵塞,影响井下天然气开采就越好。

3.2。第二阶段测试

3.2.1之上。测试结果

第二阶段测试采用冲压顺序从煤层顶板煤层地板,和测试网站被视为第二液压冲孔区。针对严重堵塞现象在前面冲测试,高压三角钻杆被用来镇压二次挤压破碎煤熔渣,以避免发生大规模的煤渣和钻杆损失发生在冲孔。

然而,随着液压冲孔序列进行煤层顶板的煤层地板一步一步,严重的喷涂和井眼堵塞发生在每个冲压操作,导致气体浓度在穿孔孔径钻孔超过报警值,并迫使电力切断事故。因为存在的主要安全问题冲压的方式,三次冲只有在该地区进行。第二次冲压试验的参数表中列出2。

3.2.2。提取数据

如数据所示12- - - - - -14,打水井的煤炭产量7 - 1 #,8 #,和9 #较低,只相当于3.3吨,3.7吨,3.2吨,分别。提取的平均气体体积从7 - 1 #、8 #、9 #钻孔是11.3米³12.4米,³,14.3米³分别时的平均天然气开采钻孔对比7 - 2 #,8 - 2 #,以9 # 5.9³5.98米,³,4.7米³,分别。天然气开采卷打孔钻洞的1.9,2.07,和3.04倍,分别对应的参考洞。

3.3。第三阶段测试

3.3.1。测试结果

在第三阶段,前两个冲压测试的基础上,采用自主研发的破碎煤熔渣flow-increasing设备,和远期喷嘴的破碎煤熔渣flow-increasing设备和高压喷嘴的高压喷嘴被用来构成了一期高压破碎煤的质量和煤炭埋块。将喷嘴的flow-increasing cinder-breaking设备,进行二次破碎的碎渣。与此同时,在冲水除渣产量增加,确保足够的回流从冲到运输和移除煤渣。通过高压三角钻杆,三次破碎在整个井眼剖面进行了返排煤渣。

在第三冲压领域,液压冲孔系统经验的没有阻塞或粘在钻孔。煤渣粒子大小一般小于5毫米,和煤渣顺利回流。气体泄漏发生在穿孔钻孔15 - 1 #。后期的测试组的天然气开采钻孔没有测量。第三测试相关的冲压参数如表所示3。

3.3.2。气体提取数据

如数据所示15- - - - - -19,平均打水井的天然气开采10 - 1 #,十一号,第四节#,#取得13胜1负的佳绩,赔率# 51.3³55.8米,³69.5米,³60.4米,³,分别和48 m3,而平均气体提取相应的参考水井# 10,战绩#、12 #、13 - 2 #,比分为# 13.3³7.6米,³12.1米,³9.2米,³,9.7米³,分别。穿孔的天然气开采钻孔是参考水井的3.9 - -7.3倍。

4所示。测试的冲压技术在影响半径的影响

测试检查冲压技术在影响半径的影响是位于第四提取单元在东部地板roadway1308-2 #。冲压的方式在影响半径的影响分析了钻孔在该测试中,相同条件下的煤炭产量。三组穿孔测试钻孔钻。每组6水井被用于观察和钻孔是用于冲压。每个钻孔的煤炭产量为冲压6 t和平均0.75吨的煤被每米。使用相同的钻孔布置在每组观察钻孔,因此,只有钻孔的布置组1 #,如图20.。只针对许多钻孔,钻孔观测的影响半径是成功的调查报告。

第一组的水井的观察,第一种液压冲孔过程使用。(节中描述3.1)。在冲压过程中,钻杆发生下降和穿孔效率有重要的影响。在第二组的钻孔观察,第二个冲压过程是使用。(节中描述3.2)。在冲压喷涂和井眼堵塞严重。第三冲压技术用于水井的第三组观察。(节中描述3.3)。回水和除渣是光滑的,没有喷洒或井眼堵塞在冲孔。

如图(21日)钻孔之间的距离1 - 4 #,穿孔钻孔1 # 4 m。冲孔后,体积的天然气开采井1 - 4 #比冲压前增加了3.8倍。如图21 (b),观察2 - 1 #钻孔是3 m远离穿孔钻孔。天然气开采卷后冲0.98³/ d与之前相比显著下降了10.3倍冲10.1³/ d。这个结果的原因是冲压技术中使用的高压水冲击,打破了煤层结构和挤塑和煤岩体渗透。然而,井眼堵塞导致的累积大量的高压水钻孔的天然气开采效率的影响。因此,液压冲孔后,天然气开采改变明显增加或减少,表明钻孔2 - 1 #位于穿孔钻孔的影响半径之内。

如图21 (c)之间的距离观察钻孔3 - 3 #冲孔和钻孔是5米。平均体积天然气开采井眼是8.4米³/ d之前液压冲孔和53.8 m3 / d水力冲孔后,增加了6.4倍。这个结果,结合钻孔1 - 4 #和2 #说明,相同条件下的煤炭产量在冲,更严重的是井眼堵塞,较小的冲钻孔的影响半径。在没有井眼堵塞的情况下,穿孔钻孔半径更大的影响力。不同的冲压技术产生巨大差异的影响半径冲钻孔。

5。讨论

5.1。冲压顺序和井眼堵塞之间的关系

比较不同冲压序列的测试结果,堵塞的全面冲序列更高频率和更有可能导致下降的水井和管道爆裂。这一现象的原因如下:一方面,当冲压的煤层煤层的底部,夹渣的清除部分的长度较长(23]。另一方面,井壁周围的煤体变形与新裂缝在钻井过程中,和它的力量减少返回的渣水的软化效应,导致失败的碎渣排放钻孔的时间和堵塞的发生。第二个原因是冲压从底部到顶部时,井眼的只有岩石部分负责夹渣的清除。渣排放部分的长度较短,和岩石部分钻孔的稳定性更强,所以炉渣水可以有效地解除钻孔,不容易出现堵塞现象。

5.2。井眼堵塞和影响半径之间的关系

高压水损害的影响下,大量的煤炭身体破碎剥落了,与此同时,煤的孔隙裂隙的身体被打开,这加速了钻孔周围煤体的蠕变位移,增加的影响半径。发生堵塞后,高压水钻孔里的积累,和高压水射流逐渐演变成淹没射流能够显著降低冲压和破坏煤的效率,同时限制干扰范围的高压水射流24,25),这并不有利于煤体孔隙裂缝的扩张。测试的影响影响半径的冲压方法说明的程度影响半径的冲钻孔不仅取决于煤的冲钻孔的数量还在钻孔是否堵塞。因此,优化冲压过程和消除阻塞的发生将有助于提高穿孔钻孔的影响半径。

5.3。井眼堵塞之间的关系和天然气开采的有效性

井眼堵塞的发生会导致大量的高压水钻孔,和大量的水进入煤的孔隙和裂缝身体抑制煤层气的解吸以及块气体渗流通道,降低天然气开采的效率在液压多孔钻孔。钻孔顺利排水有很少或没有干扰正常的天然气开采井由于高压水的低渗透煤层(26]。煤炭的采样和分析井下有或没有井眼堵塞发现煤的含水量在插不插电的水井的水含量明显高于周围的煤不插电的水井周围的煤水分含量最高的水井钻杆下降发生的地方。水含量测量结果如表所示4。

5.4。井眼堵塞和高压水流之间的关系

井眼堵塞的原因可以分为两个部分。首先,冲水量太少而冲碎渣,以及返回水排放煤渣的能力太弱(27),导致大量的煤渣收集在钻孔和钻孔堵塞的现象。其次,大量的钻孔煤渣水收集,和机械性能削弱水化的影响下,“泥化”(28),坚持钻孔周围的钻杆和喷嘴加剧堵塞的发生。

打破一个三级液压冲孔装置煤和增加流开发井眼堵塞机制。flow-increasing设备破碎煤熔渣能有效避免ring-plug效应破碎大型煤熔渣。通过增加出口数量的喷嘴的高压水和提高泵站的水压力,高压喷嘴的出口水压满足coal-breaking压力和增加冲压工作流程,确保冲压回归水可以有效地排出煤渣。使用高压三角钻杆打破两次返回的煤渣,以避免发生大的煤渣,并未被完全破坏,确保完整的冲压煤渣的回归。

6。结论

作为高效气体管理技术,每个元素的技术值得深入的理论研究,推进液压冲压技术的发展。然而,深入研究这些因素不满足只有一个需要优化液压冲孔的整个过程。可以得出的主要结论如下:(1)井眼堵塞会导致高压水被注入到渗透煤层,占领气体渗流通道,降低渗透率。减少井眼堵塞是有利于提高打水井的天然气开采效率(2)与冲孔时遇到的影响从煤层底板煤层屋顶,喷洒和井眼堵塞时遇到了更频繁地冲从煤层顶板煤层地板上。因此,它是更有效的进行钻孔冲从底部到顶部的比从上到下的煤层(3)对于任何给定的煤炭产量,不同的冲压技术导致水井的影响半径之间存在较大的差异。因此,它是至关重要的优化冲压技术增加穿孔水井和钻井效率的影响半径(4)三级flow-increasing液压冲孔系统研究了在这项研究中有效地防止井眼堵塞和提高打水井的天然气开采效率

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。