文摘
洞事故发生在钻井过程和井眼坍塌天然气生产中遇到障碍的障碍高通过outburst-prone软煤层瓦斯抽放效率。基本测试数据从现有暂停特工被结合为测试准备悬挂在一个特定的密度残骸处理技术考虑一些负面影响。这些影响包括钻井的相当大的残余体积碎片,碎片处理困难,钻孔的有效利用率低,和现实的提取效果与长途下行钻孔钻洞。测试结果表明,suspension-aided碎片处理可能导致以下方面:放电残余钻井碎片钻孔,钻孔冲洗,防止钻井碎片填充煤层,提供足够的钻孔深度,提高天然气开采的影响。因此,浅钻洞的天然气产量增加了40%,与气体浓度升高了21%。此外,标量和提取浓度气体浓度的深钻孔分别增加了84%和260%,分别。本研究提供一个特定的参考进行碎片处理工作的天然气软煤层深钻洞。
1。介绍
中国是最大的煤炭生产国和消费国,分别占据了51.6%和50.8%为世界2021年的煤炭。然而,754年中国煤矿气体coal-herniated煤矿,和48%的国有煤矿天然气矿场。气体危害仍被认为是最严重的危害是中国煤矿安全威胁。通过煤层钻探钻孔和提取天然气在地下采矿是避免瓦斯爆炸的主要实践以及其他地下矿山毁灭性的灾害。尽管如此,气体的排水是高度复杂的天然气软煤层由于井眼不稳定可能遇到这样的软。的主要挑战通常发生在处理软煤层天然气可能会破坏许多活跃在中国煤矿。
问题是钻孔可能产生更多的钻探碎片在天然气开采煤层的应力集中,从而导致天然气开采效率低。失败的处理残余钻探钻孔的碎片将不仅使它具有挑战性的完全利用钻孔也阻碍气体迁移和块套管的孔,这将成为严重的积水条件下(1- - - - - -4]。此外,残留在钻孔钻碎片将导致非均匀提取的负面压力,减少气体的径向范围提取在某种程度上,加重塌孔的形成,并且降低了天然气开采效果。近几十年来,井深增加的工程方法通常被用来储备空间碎片在水库和采矿工程钻探。然而,钻井深度很难提高钻井过程中煤层与天然气资源丰富的软煤层以及远程煤层钻孔机的力量的影响下,钻井深度。因为有大量的剩余钻碎片柔软宽松的煤层,钻井岩屑的钻井工作量将大大增加钻孔深度。此外,识别现场钻井泥浆深度不足会导致一定的失明钻井深度的扩展。因此,研究钻孔碎片处理将在特定的工程应用[高度重视5- - - - - -9]。
这个动机,许多学术前辈研究钻井岩屑处理。陆et al。10和林等。11)采用高压水处理钻井的碎片,结果,一个特定的应用高压水生成的影响。然而,钻井碎片不太可能被高压水冲刷,因为钻井大粒度的碎片和nonradical碎片处理。李(12)提出了一个技术,保护通过喷洒泡沫喷射混凝土钻孔泥浆沿在钻井过程中井眼内表面的软煤层。这种技术可以减轻钻孔崩溃;然而,涂层的喷射混凝土浆层钻孔煤层天然气开采的影响。高et al。13]研究了钻孔直径影响煤层的透气性;他们开发了一种新方法通过应用cross-measurement喷水技术的大口径钻孔。
此外,超级深部开采的煤层巷道的稳定性显著依赖的破坏性行为的复合岩石和煤在大型原位应力条件下。陈等人。14)进行了许多实验和数值研究一系列的复合材料的力学响应(rock-coal,煤岩和rock-coal-rock)在三轴压缩条件下的围压之间的0 MPa和20 MPa。发现弹性杨氏模量,泊松比,复合质量的最大剪切强度的岩石和煤的围压的增加而增加。赵et al。15]应用极限平衡理论和原位监测位移的反演分析进行一系列反演的参数和变量通过商业软件数值模拟(露天)。本研究的结果显示矿山滑坡的位置是在一个弱进化层高度风化泥岩和砂岩之间的接口。后来,锅等。16)测量了基岩和粉质粘土层的物理力学性质进行了一系列三轴和直接剪切试验的地质力学实验室,他们必然地确定这些属性显著影响转储的稳定。推荐值的土壤和岩石的物理力学性能充分展示在他们的研究中对岩土工程实践。赵et al。17实现许多机械在泥岩蠕变测试标本在不同压力条件下,认为泥岩的长期抗剪强度的范围在8.0 MPa和8.8 MPa之间,和斜坡稳定缓慢的发生在压力条件下。
即使花费了大量精力研究钻孔和不稳定钻井从上面提到的许多方面,提高气体钻井深度提取的影响到目前为止很少研究。因为这样一个激励的研究目的一直悬而未决,因此suspension-aided碎片处理方法提出了原位试验研究。这个新方法可以排放钻孔碎片在一定程度上保护钻洞。执行一系列的原位实验,确保钻孔可能为显著延长服务时间。终于使用新开发的方法进行一系列的测试。
2。试验培养基和属性
2.1。选择的碎片处理介质
悬浮的液体在流动过程中通常是用于矿物选矿和矿物加工。标准的重介质包括大量液体,如四氯化碳、tribromomethane,氯化锌,以及重悬浮液准备使用硅铁,方铅矿、磁铁矿、黄铁矿,和水。这些沉重的液体有优势,如高密度,低粘度,稳定性好。然而,这些液体复苏不方便,大多数是有毒或腐蚀性。此外,沉重的悬浮液,如硅铁和方铅矿,非常之高,以至于他们不能广泛推广。因此,磁粉,这是一个低成本、无毒、无害的重介质悬浮液,被选为垃圾处理中根据钻探钻孔碎片属性和之前的该领域的实际应用18,19]。磁铁粉和悬架的基本参数表1。
2.2。悬架的稳定性
悬架是一个固液两相介质的混合物。站状态导致重力作用下悬浮介质粒子的沉降和不均匀悬浮密度垂直分布;因此,其流动状态应受到有效监管。减少颗粒大小可以改善悬架的稳定性。磁铁的 在这个测试作为一个密集的媒介。机械搅拌或添加化学试剂应保持悬浮稳定提供的振动动能液体泵。
2.3。粘度的悬架
的动态粘度磁铁粉悬挂了三个截面变化体积浓度的增加,如图1。首先,当浓度低于20%时,剪切力略增加介质颗粒和液体之间的接触面积扩大。结果,提出了一个动态粘度和浓度相对浓度低于25%的线性关系。当浓度增加到40%,动态粘度显示指数增长中颗粒间的和流体之间的剪切应力。最后,在体积浓度达到40%以上,暂停经验丰富的结构,所以动态粘度几乎呈现线性增长趋势。因此,悬架的体积浓度略超大号的。在这项研究中,现场测试的体积浓度为25%。
3所示。现场试验
Wulunshan贵州煤矿展览一个复杂的地质构造;的岩层表面部分是柔软和宽松的。然而,坚硬的玄武岩被发现在深缝地板上。钻井设备干扰通常发生在坚硬的岩石地层长距离钻探后穿透煤层由于限制在钻机的性能。因此,大量的钻井碎片是钻井过程中产生。钻孔的内墙可以很容易地摧毁。此外,内墙表面是粗糙的,碎片处理压缩空气的阻力是相当大的。因此,它是具有挑战性的排放钻孔碎片用现有的空气压缩类型碎片处理设备由钻井设备。因此,大量的钻井碎片的钻孔,钻碎片和煤层层葬,这直接影响了天然气开采。对比测试了# 1805回采巷道通过选择两双钻孔。 The arrangement is shown in Figure2。# 16中的浅层钻孔是钻场。钻井时停止碎片处理孔# 16-6钻孔煤层的前面。比较孔的钻孔深度# 16:5延长1 m。深钻孔中设置# 12钻场。钻井时停止碎片处理孔#劲旅钻孔煤层的前面。比较孔的钻孔深度#赔率是延长2 m。钻孔参数表2。
3.1。垃圾处理技术
图3显示的原理示意图suspension-aided井眼净化的过程。涌起流体应该考虑在选择流动方向。涌起流速是相反的沉降速度增加密度介质。时涌起流速大于或等于最大颗粒的沉降速度增加密度介质,暂停可能达到一个稳定状态。钻井施工后,液体喷射和碎片处理管道被正确安装。钻孔的顶口密封,暂停然后使用纸浆泵注入到钻孔。暂停后进入钻孔,钻孔碎片被停职的上层悬在重力密度差的影响,从而形成一个分层结构。暂停是不断注入,液体排放钻孔碎片,提出和过滤。然后,暂停进入盒子回收。井眼净化工作完成时,水管连接。 Given that the particle size of the suspending agent was minimal, the suspending agent was gradually discharged with the upsurge of water flow. Finally, clear water was discharged using underground high-pressure gas, and the in-hole suspension was recycled. The entire hole-cleaning process of this test needed approximately 11 min.
3.2。粒度分析钻井碎片
垃圾处置浅孔相对充足。因此,钻井岩屑取样和浅孔钻探过程中渗。提出了粒度分布直方图的形式,如图4。颗粒/晶粒尺寸的煤层钻孔的钻探碎片主要是在2 - 5毫米,占大约42.22%的明显可观的煤碎片。在深孔,这钻碎片大质量和不规则的形状,使它具有挑战性的排放。钻井的粒径大于煤碎片的碎片。他们主要是片状和大规模,粒子大小主要是< 2 - 5毫米,占60.65%。这些发现被归因于这样一个事实:岩层的硬度比较大,和结构是相对稳定的。
4所示。测试结果的分析和讨论
4.1。比较浅的天然气开采钻孔
如图5,提取过程提出了以下四个阶段。(1)在最初的阶段(1 - 2天),水位逐渐上涨提出了一定量的剩余水分在钻孔周围悬挂出院后残骸。因此,水分抑制气体分离在一定程度上阻碍了气体迁移和扩散。(2)在迅速崛起阶段(2 - 6天),气体不断分离和冲出来,散射和悬挂的消失。因此,天然气开采的数量和浓度的提取气体debris-discharged洞中接近原始钻孔。(3)在稳定阶段(6 20天),天然气开采的数量和debris-discharged洞中提取气体的浓度高于原钻洞。碎片处理后,钻孔提取环境改善,减少套管的阻塞概率。钻井碎片,抑制气流平流促进气体扩散,在一定的距离内没有被观察到的底部钻洞。这一结果对气体扩散。鉴于小残余钻井碎片的洞,天然气开采的负压是统一的,崩溃的可能性减少到一定程度。 Therefore, the duration of the phase of steady-state was relatively long. (4) During the slow attenuating phase of debris disposal (after 20 days), the fluctuation of extracted gas concentration in the debris discharge hole was slower and weaker than in the original hole. Compared with the original drill hole, the quantity of gas extraction and concentration of extracted gas were increased by 40% and 21%, respectively, 30 days after debris discharge.
4.2。比较深钻孔的天然气开采
图中给出的比较6、提取气体的浓度和数量的天然气开采深钻孔碎片处理后明显增加。钻井碎片的影响在天然气开采深受井深,因为残留钻井碎片深孔底部。通过钻钻孔煤层的层是偶尔被煤和岩石碎片或部分埋。气体迁移的阻力是相当大的,导致动荡的振动钻井碎片和气体漩涡。结果,部分提取失去动能,和套管的阻塞概率增加,减少天然气提取效率。碎片处理后,内壁表面漂浮的残骸已被删除的钻孔。因此,套管的阻塞概率降低,和岩层和煤层之间的差距扩大。因此,天然气开采的负压力,增大接触面积,并提高了天然气开采效果(20.]。在14天后碎片处理,提取的天然气开采的气体浓度和数量分别增加了84%和260%。
最后但并非最不重要,这项工作只有非常直观地分析了实验结果对于天然气开采和气体通过多孔介质流动机制。因此,有必要进一步研究岩石组成的多孔介质中多相渗流和煤碎片基于先进理论(21]。此外,实验和数值模拟研究气水渗流和动态在多尺度多相流动制度可以带来更多的物理见解在地下采矿和天然气开采阐明本研究的目的在天然气和水相连续的或者无意识的形式(22,23]。
4.3。钻井碎片和深度的残余体积之间的关系
矿井的地质条件和钻孔机的参数组合的长度之间的关系进一步研究残余碎片和钻孔深度钻井。图7显示剩余的长度钻碎片和钻井深度进化,和测量的测量数据点安装如下: 在哪里剩余的长度是钻井碎片和钻井深度;的和拟合参数的线性关系。表3提供的拟合参数方程(1)。
测试结果表明,残余的长度钻碎片增加随着开采深度的增加。剩余的长度钻碎片与钻井深度呈正相关,当使用一个空气压缩类型钻机碎片处理直径75毫米。公布了,如图7、残余碎片长度很小,在20米的钻孔深度。钻井深度53米的时候,残余钻井碎片的长度达到5.2米,和残留率大约是9.8%。当钻井深度93米,煤和岩石碎片形成钻孔内的气体漩涡是因为碎片处理距离更长。同时,残余的碎片的长度在钻孔达到10.3米下阻碍和粗糙的内壁胶操作。结果,残留率为11.1%,和有效的钻井距离实际上是只有82.7,钻井深度限制作用显著。因此,垃圾处理方法应该被用来使钻孔中提取部分的长度达到一个有效的钻井距离限制下钻井深度。
5。结论
(1)对手方面,包括不满意深钻孔碎片处理,粗糙的钻孔壁的柔软宽松的煤层,在垃圾处理困难,和其他下行煤矿钻探技术存在的局限性,都认为在这个实验研究。此外,垃圾处理技术进行优化,以确保有效的钻井深度可以符合技术要求,从而提高钻孔的有效利用率
(2)磁铁粉常用的选矿和矿物加工被选中作为垃圾处理的悬浮在钻孔。这个选择是基于钻井的基本性质碎片的钻孔煤矿的特点以及现有的悬浮剂的总和
(3)垃圾处置的影响在浅和深钻洞比较天然气开采的影响。结果表明,垃圾处置浅层钻孔gas-extracting环境改善在一定程度上也增加了提取气体浓度和数量的天然气开采。然而,天然气开采效果显著的深洞。因此,垃圾处理方法可以用来减少钻探工作量和干扰钻孔机的速度。此外,考虑到地质条件的限制和钻床,碎片处理可以采取措施提高钻孔的利用率,确保合格的天然气开采长度当钻孔未达到足够的深度
数据可用性
本文包含的所有数据集用于支撑本研究的研究成果报道。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究是为重庆市自然科学基金资助科技(CSTB2022NSCQ-MSX0335),中国国家自然科学基金(51704054和51704054),在重庆市教委科学技术研究项目(批准号KJQN202101529),重庆市重点实验室发生火灾和爆炸的安全(LQ21KFJJ07)和安徽省自然科学基金(1608085 qe114)。