顶板高抽钻孔抽采瓦斯的应用

为了解决青龙煤矿采空区及邻近煤层瓦斯的涌入而造成的工作面上隅角瓦斯超限的问题,提出了运用顶板走向高位钻孔瓦斯技术,对该矿21604采空区及邻近煤层瓦斯进行抽采,进而解决上隅角瓦斯超限的问题。结合矿井具体情况,得出了合理的高位钻孔参数,为该矿在此煤层开采过程中解决瓦斯超限问题积累了经验,同时也为矿井开采其它相邻煤层治理瓦斯提供参考依据。     

瓦斯抽采终止条件最佳钻孔参数的确定

为得到更加精确的预测瓦斯的抽采时间及钻孔孔距,达到最佳抽采效果,采用大同煤矿集团轩岗5#煤层现场及实验室的数据,基于有限元理论,结合热力学与渗流力学,建立了瓦斯抽采的有限元模型.通过Ansys软件分析,并依据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》确定了模拟控制条件,分析了钻孔间距与抽采瓦斯达标所需时间的关系,分析结果表明,当布孔间距为2 m时,抽采时间为105 d,满足生产接续要求.     

大直径抽采钻孔在采空区瓦斯抽采中的应用

为解决"U"型通风存在的上隅角瓦斯积聚及采空区瓦斯涌出等问题,研究利用大直径钻孔(φ550 mm)抽采采空区瓦斯技术,该技术通过低负压、高流量对采空区瓦斯进行抽采,从本质上改变采空区漏风流流场,从而降低上隅角瓦斯浓度及减少采空区瓦斯涌出.分析了大直径钻孔抽采上隅角瓦斯原理,从钻孔及护管参数、护管施工技术及参数、封孔工艺三方面研究了大直径钻孔抽采技术,并在中能矿2201工作面应用以抽采采空区瓦斯,测试确定了瓦斯钻孔抽采浓度随着工作面与钻孔的距离的变化关系,确定了最佳钻孔间距为20 m,开孔高度1.2 m可将上隅角瓦斯体积分数控制在0.28%～0.79%,钻孔交替时上隅角瓦斯体积分数控制在0.8%之内.     

瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型及其应用

建立瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型,基于施工地点的供风压力极值pmax ,求解相应临界堵塞段长度L0,当L＞L0时,钻孔将发生堵塞;研究了钻孔堵塞段退钻阻力的计算方法,分析了堵塞段长度和堵塞段内部气体压力对退钻阻力的影响规律。分析结果表明,在钻孔工程中,钻孔堵塞段内存在较高的气体压力是造成钻孔发生堵塞、难以退钻的主要原因,退钻阻力对堵塞段孔内气体压力变化非常敏感,采取降压退钻是减小退钻阻力的有效方法。应用钻孔堵塞段力学模型,分析了九里山矿钻孔施工现状,提出增大排渣空间、降低排渣阻力、提高钻杆强度技术措施,通过工业性试验,未出现断钻现象,钻进效率提高17％。     

不同地应力条件下平行钻孔抽采瓦斯运移特性实验分析

利用自主研发的"多场耦合煤层气开采物理模拟实验系统",开展了不同地应力水平下平行钻孔瓦斯抽采的物理模拟实验,研究结果表明：1）平行钻孔瓦斯抽采中,抽采前期压降曲线斜率大,中、后期压降曲线斜率相对较小,并且相邻抽采管之间瓦斯解吸速率较边界抽采管快,任意时刻平行或垂直抽采管方向气压变化值均关于抽采管对称,离抽采管抽采段越近,瓦斯解吸速率越快,瓦斯解吸速率与距离抽采管连接段远近无关;2）瓦斯抽采中,随着地应力增加,瓦斯解吸速率减缓,压降漏斗收缩变小,瓦斯有效解吸面积变小,且地应力对消除突出危险区域出现时间影响差异不明显,但随着地应力增加,消突范围渐缩小;3）瓦斯抽采中,瞬时流量随时间演化可分为急速升高、快速衰减和极限抽采三个阶段,并且随着地应力增加,瞬时流量峰值减小,瞬时流量衰减速率减缓,瓦斯累积流量降低,累积流量增长速率减缓,抽采效率降低。     

刘庄矿大直径长钻孔瓦斯抽采技术研究

本文介绍了刘庄煤矿121102综放工作面利用大直径水平长钻孔抽采瓦斯的技术方法和效果。在分析开采煤层瓦斯流动规律的基础上,合理设计钻孔参数,通过现场实际测量数据,发现采用大直径水平长钻孔瓦斯抽采技术具有抽采流量大,抽采效果稳定等优点,能有效解决121102工作面回风流瓦斯超限问题。     

厚煤层顺层长钻孔封孔新工艺瓦斯抽采技术

为解决潘三煤矿顺层钻孔封孔不严造成消突效果差和CO超标的问题,结合矿井煤层实际情况,提出了一种新封孔工艺瓦斯抽采技术,此项技术包括选择初凝时间可调、流动性强的速凝膨胀封孔剂,带压封孔以及增加封孔长度等措施。经1762(3)综采工作面现场实践证明,顺层钻孔抽采浓度大幅增加,CO超标现象明显减少,封孔效果良好。     

瓦斯抽采技术在屯兰矿应用效果分析

通过对屯兰矿实施的瓦斯抽采技术论证及应用效果进行分析，提出了瓦斯抽采系统、抽采钻孔优化及管理，为抽采更好地发展提供了方向。     

基于瓦斯渗透异性的煤层抽采钻孔合理布置

基于煤层瓦斯渗透各向异性特征,在九里山煤矿煤层进行了180d井下瓦斯抽采有效影响半径测试,同时,建立煤层瓦斯各向渗透异性的气-固耦合渗流模型,数值模拟了瓦斯抽采有效半径的时变规律,分析了抽采钻孔的合理布置方式。研究结果表明:煤层平行层理方向的渗透率是垂直层理方向的渗透率的2.6倍左右。煤层钻孔不同方向有效抽采半径均随抽采时间增加而增大,且与预抽时间满足幂指数关系,数值模拟结果与井下现场测量一致。有效抽采距离在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,有效抽采区域为椭圆形。据此确定了不同预抽时间煤层抽采钻孔的合理间距,并针对九里山煤矿二1煤层计算分析了预抽时间与百米钻孔数的关系。     

煤体钻孔瓦斯有效抽采半径判定技术

为研究瓦斯矿井本煤层准确测定瓦斯有效抽采半径问题,提出了利用吨煤瓦斯抽采量计算钻孔瓦斯有效抽采半径的测定方法.基于瓦斯钻孔衰减负指数规律建立钻孔瓦斯抽采模型,解算出吨煤瓦斯抽采量,并与其煤层原始瓦斯含量对比,得出煤层残存瓦斯含量Wc和抽采率η,以此判断钻孔瓦斯有效抽采半径,只有同时满足{Wc≤8m3/t∩η≥30%},才为钻孔瓦斯有效抽采半径.研究结果表明:随着预抽时间延长,钻孔瓦斯有效抽采半径逐渐增大,直至极限抽采半径.通过工程实践,分析了不同时间的有效抽采半径,为瓦斯矿井抽采工作提供了可靠的抽采参数,具有实际应用价值.     

气体钻井上返岩屑对井斜影响的分析

气体钻井井眼环空的气固流动状态给固体岩石颗粒冲击井壁提供了条件。高速气流携带的岩屑与井壁碰撞的频率和剪切应力较大,因而井壁岩石更易破碎,井径扩大更为严重。井径的扩大导致底部钻具组合(BHA)受力状态发生变化,从而造成控制井眼轨迹的难度增加,引起井斜。同时,井壁岩石颗粒碰撞剥落在下井壁形成岩屑垫层,同样影响底部钻具组合力学特性,造成增斜力,从而影响井斜。为分析气体钻井上返岩屑对井斜的影响,根据气体钻井环空流动模型与颗粒碰撞的能量关系,建立了气体钻井条件下的井径扩大判别模型。实例计算表明该模型准确、有效,可以为气体钻井设计和井径分析提供依据。     

基于静电流量计的气体钻井返出岩屑流量监测

气体钻井以其经济、环保,高效等优势已逐步成为油气勘探开发的重要手段。由于地质的复杂性,在钻井过程中容易发生井壁失稳以及井下燃爆等问题,通过井口返出岩屑可以了解井下复杂情况,防止井下事故的发生。本文基于静电积累原理,利用COMSOL软件建立了岩屑监测模型,模拟分析不同质量流量下静电传感器的电势分布,设计了岩屑流量测量装置,以石英砂代替岩屑,测量了输出电压与气体流量以及石英砂颗粒质量流量的关系。研究结果表明,静电传感器电势与带电颗粒质量流量具有较好的线性关系,影响静电传感器信号强度的因素主要为岩屑质量流量,两者之间具有较强的线性关系;静电传感器的信号受风速影响明显,风速越大,灵敏度越高,且线性相关性越好。该方法可为气体钻井岩屑监测提供一种新的方法,对气体钻井现场安全作用具有重要意义。     

瓦斯抽放水平长钻孔定向施工技术

为了解决长钻孔弯曲及塌孔问题,在分析钻孔弯曲的影响因素和弯曲机理的基础上,提出了优化组合钻具的施工方案,设计了套筒式稳定器及锥形刮刀钻头,并在鹤岗南山矿试验应用.结果表明:采用组合式钻具钻孔平均深度较改进前增加了71.92 m,瓦斯抽放稳定.     

钻屑量与矿山压力及瓦斯压力关系现场实验研究

基于在重庆天府矿业有限责任公司三汇一矿2124综采工作面的现场实验,对该矿钻屑量与矿山压力、瓦斯压力的关系进行了研究.表明工作面经过钻孔卸压后的矿山压力分布规律:卸压区宽度约为5 m,5～11 m为塑性区,11～20 m为弹性区,20 m以后为原始应力区.在严格按照操作规程要求施钻的前提下,钻屑量在矿山应力峰值前呈线性增加,峰值后呈线性减少.结合长壁工作面矿山压力、瓦斯压力分布规律理论分析,推导出钻屑量与矿山压力、瓦斯压力之间存在正相关关系;在固定瓦斯压力时,钻屑量随着矿山压力正向变化;在相同矿山压力时,钻屑量随着瓦斯压力正向变化.     

钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标在防突预测的应用

针对井下复杂环境因素对煤与瓦斯突出危险性预测指标确定的影响和预测指标确定的要求,着重研究了钻屑量与钻屑解吸指标在煤与瓦斯防突中的应用及钻屑瓦斯解吸指标之间的关系,分析了突出危险性预测中影响单指标值测定误差的常见因素,并在此基础上提出了一些指标测定中应该注意的事项和减少误差的措施.     

气体钻水平井钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响

气体钻水平井段,由于自身重力,钻杆倾向于下井壁,形成偏心环空,使得下环空岩屑运移困难,通过研究偏心环空正常携岩和岩屑床岩屑的运移规律对气体钻水平井井眼净化具有重要意义。针对钻杆偏心对气体钻水平井环空岩屑运移规律的影响问题,基于气固两相流理论,利用可视化实验并结合计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对其进行了研究。从环空气体速度分布、岩屑速度分布和岩屑相对体积分数分布等方面分析了正常循环和下井壁沉积20 mm岩屑床两种工况,钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响。实验现象和数值模拟结果表明:正常循环时,随着偏心度不断增大,下环空气体和岩屑速度逐渐减小,气体携带岩屑的能力降低;当下井壁沉积20 mm岩屑床时,随着偏心度的增大,气流对岩屑床的扰动能力降低,使得下环空岩屑相对体积分数明显增大,岩屑床的最高剩余厚度逐渐增大。     

高位钻孔瓦斯抽放参数的确定

为防治煤矿瓦斯灾害和有效开采瓦斯资源,基于高位钻孔瓦斯抽放理论,在分析采空区顶板覆岩空间垮落规律及采动裂隙"0"形圈理论基础上,给出了钻孔有效高度范围的理论计算方法及钻孔沿倾向的布置范围,得出了钻场间距应小于实际施工的钻孔长度与钻孔重叠区之差的结论.在现场应用中取得了良好的技术与经济效果.     

钻井岩屑回注诱导裂缝扩展研究及发展趋势

随着油气开采过程中油基钻井液的广泛使用以及各国环保要求的提高,大量油基钻屑堆积,无法处理,已经成为了不可忽视的问题。而岩屑回注被证实是解决该问题经济有效的方法。在过去30年,岩屑回注的应用越来越广泛,但回注液体泄漏事件时有发生。究其原因是由于对于岩屑回注过程中裂缝产生和延伸规律的认识不清,导致岩屑回注施工设计误差大,泄露风险高。因此,研究岩屑回注过程中裂缝扩展和延伸规律是施工设计的基础,可有效降低泄露风险。本文从理论基础、实验研究和数值模拟几个方面简单概括了岩屑回注过程中裂缝产生范围和裂缝几何形态的研究进展,总结了当前研究的局限性,并提出新的研究方向。     

页岩气钻井岩屑运移规律仿真分析

页岩气水平井钻井过程中岩屑在重力作用下极易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床,清洁难度大,进而导致井底高摩阻、高扭矩和阻卡,严重时造成卡钻、钻具断落井下安全事故。基于液固两相流理论,建立了三维井眼环空岩屑运移模型,通过控制变量法分别分析了钻杆转速、排量、岩屑粒径、偏心度、井斜角度等因素变化对环空井筒岩屑体积分数及运移轴向速度的影响规律。研究结果表明：随着转速和钻偏心度增大,岩屑体积分数降低及轴向速度增大;随着岩屑粒径增大,岩屑体积分数增加及轴向速度降低;随着井斜角降低,岩屑体积分数降低及轴向速度增加。可见提高转速、钻井液排量和控制钻头破坏岩屑粒径大小有利于提高井眼清洁,降低井下安全事故。     

页岩气钻水平井段岩屑床破坏及岩屑运移机理研究

针对页岩气开采成本高,以及清水钻井在垂直井段具有成本低和机械钻速快的优点,且页岩气清水钻井岩屑运移规律尚认识不清。基于流体力学基本控制方程和湍流输运方程,建立了三维井眼环空岩屑运移模型。使用全隐式多网格耦合求解技术进行数值计算。利用该模型开展清水钻水平井段岩屑运移可行性研究,以及钻井液排量、岩屑床高度、岩屑粒径、清水黏度和钻柱转速对岩屑运移规律的影响研究。研究表明,在水平井段清水钻井液携岩是可行的,数值计算结果对比,得出钻井液排量、岩屑床高度和岩屑粒径是影响清水携岩能力的敏感参数。建议钻井过程岩屑床厚度不要超过井眼直径的10%,岩屑颗粒直径为5 mm左右,根据钻井需要选用合适的钻井液排量、钻井液黏度和钻柱转速。清水钻井岩屑运移机理研究可为页岩气安全高效开采提供技术支撑,同时将加快页岩气工程的开发进程。