煤层瓦斯抽采水平定向钻孔工艺与稳定孔壁冲洗液技术运用

刘昆鹏+++李新亮

摘 要：煤炭是我国的主要能源，占据能源消费结构的较大比例，在我国煤矿开采深度逐渐增大的过程中，我们要充分关注矿井中的瓦斯，这是制约矿井安全、高效生产的主导因素。为此，我们目前主要采用保护层开采和区域预抽的方式，减少瓦斯对矿井开采作业的安全威胁和影响。文章重点探讨煤层瓦斯抽采的水平定向钻孔工艺，以更好地实现对瓦斯的治理。并且，在复杂煤层的地质钻探过程中，还需要采用稳定孔壁冲洗液技术，我们要研究冲洗液在复杂地层中应用的性能及要求，并采用有效的措施对其加以应用。

关键词：煤层；瓦斯；抽采；水平定向钻孔工艺；冲洗液技术

我国对于煤矿资源的开采逐步深入，随着煤炭资源开采力度的加大，对煤层瓦斯的治理成为了重要的研究课题和内容，对煤层瓦斯的有效治理是矿井安全生产的重要前提。为此，需要通过井下煤层瓦斯抽采水平定向钻孔工艺，来实现对瓦斯的治理。同时，在复杂煤层之中还要运用稳定孔壁的冲洗液技术，以保障钻进效率和钻井施工的正常进行。

1 煤層瓦斯抽采水平定向钻孔工艺的难点

1.1 复杂的地质环境

在煤层瓦斯抽采水平定向钻孔的工艺运用之中，其地质区域相对复杂，难免存在褶皱、断层、陷落柱等复杂的地质构造带；煤层的高吸附性、低渗透性特征，还会导致钻孔孔壁稳定性较差的问题；煤层中的瓦斯成分较高，存在瓦斯超限、喷孔等危险。

1.2 难于控制钻孔轨迹

在煤层瓦斯抽采水平定向钻孔工艺应用过程中，钻孔在煤层中的延伸状态，需要加大对钻孔轨迹的精准控制，然而由于存在较为复杂的地质构造，容易出现煤层坍塌卡钻等问题，导致对钻孔轨迹的方位角的控制难度加大。

2 煤层瓦斯抽采水平定向钻孔工艺应用

2.1 钻具组合应用

在煤层瓦斯抽采水平定向钻孔工艺之中，需要依据钻孔开孔设计的相关参数，如：倾角、方位角，采用回转钻井的工艺和方式，实现开孔。钻具主要采用Φ96mmPDC平底钻头+Φ73mm钻杆，并与孔口管、孔口气液分离器相联结。

2.2 瓦斯抽采水平定向钻孔工艺流程

煤层瓦斯抽采水平定向钻孔施工中的成孔工艺步骤及流程，主要有以下几个方面的内容：

（1）首先钻主孔，用清水洗净，清理孔内的岩屑，并使煤层的井壁保持稳定。

（2）提升钻具，使之到达分支孔的设计孔深位置，测量出钻孔的轨迹相关数据，分析和计算出最佳的分支点，调整钻具到最佳面向角，运用控时钻进的方式，侧钻出一个水平分支孔。继而再将钻孔清洗之后，进入到下一个开分支孔位置，裸眼侧钻下一个水平分支孔。

（3）全部的分支孔钻进完毕之后，裸眼封孔，然后再对煤层瓦斯实施负压抽采。

2.3 控制钻孔的轨迹

由于煤层的倾斜角度具有较大的起伏变化，具有相对复杂的地质构造特征。为此，需要钻孔的轨迹进行精准的控制，以避免出现卡钻和埋钻的现象。具体措施主要有：

（1）判别地层的结构变化。要以煤层采掘工程面图为依据和参考，对煤层的水平定向钻孔轨迹，进行分析，根据钻进轨迹中的偏差、返渣岩性的变化情况，判定出钻头所在的煤层准确位置。

（2）躲避异常的钻进区域。如果出现煤层松散、易于破碎、煤层裂隙发育钻井液漏失的现象，则要将钻具提起，躲避异常的钻进区域，进入到安全的煤层区域开分支孔。

2.4 注意要点

在采用煤层瓦斯抽采水平定向钻孔工艺的过程中，它相较于传统的回转钻进技术而言，具有更高的钻进效率和钻孔深度。在应用这项工艺的过程中，要注意减少对煤层的扰动。在对钻孔轨迹控制的过程中，要尽量使钻孔的转变设计远离复杂、不稳定的地层构造，以避免出现卡钻等事故。同时，还要尽量联通煤层气储层的通道，以增加煤层气的抽采效果。

3 稳定孔壁冲洗液技术的运用

3.1 冲洗液的种类

（1）清水。这是对于孔壁较为稳定、低转速的浅孔施工技术而言，可以快速对钻具加以冷却，然而对于孔壁没有过多的保护作用，润滑性也较差。

（2）润滑冲洗液。这是一种适宜应用于高速钻进和深孔钻进的冲洗液，它通过添加皂化油脚和癸脂酸钠的方法，增加了冲洗液的润滑性。

（3）泥浆。这是一种应用极其普遍的冲洗液，适宜应用于孔壁不稳定的钻孔之中和钻速较快的钻孔之中，它具体可以分为水基泥浆和油基泥浆，具有黏度大、相对密度大、悬浮能力强的性能，可以在孔壁形成有一定厚度的泥皮，可以较好地保护孔壁，避免井喷现象。

（4）无固相聚合物冲洗液。这种冲洗液可以较好地保护孔壁，成本相对较低，有助于提升钻机的钻速；同时，它还可以有效地防止绳钻钻杆内壁的结垢问题。然而，由于复杂地层中存在大量松散、破碎、漏失等现象，这种冲洗液的泥浆滤失量较大，而无法实现对孔壁的稳定，因而要采用低固相泥浆。

（5）低密度流体。对于缺水和钻孔冲洗液滤失量大的地层之中，通常采用低密度流体，它具有钻进效率高的性能优势，然而对岩屑的携带能力较弱，需要消耗更多的能量。

3.2 稳定孔壁的技术运用

在煤层钻探技术不断拓展的形势下，钻探的速度、深度、广度都在不断扩大，清水冲洗液显然无法满足钻进安全需求。传统的固相冲洗液在煤层钻进时，可以在一定的程度上稳定孔壁，然而也容易对煤层造成伤害，如：煤层会对冲洗液产生吸附；冲洗液中的固相颗粒会堵塞煤层中的瓦斯通道等，导致煤层瓦斯的抽采量下降。传统的以清水作为冲洗液介质的方法，在一定程度上制约了定向长钻孔的适用范畴，对于近水平钻孔的效率和成孔深度都有影响。为此，需要加强冲洗液的胶结性能，可以采用高效油包水反相微乳液型钻井冲洗液，它通过高分子水相扩散到油相之中，生成以水为分散相、油为连续相的乳状液，并以水相为内相、油相为外相。它可以较好地减少对煤层的伤害，防范井漏事故，稳定井壁，具有良好的控制性能。在对孔壁进行稳定的措施中，主要是依据孔壁岩层的性质和应力状态，建构孔壁内部的压力平衡状态，使钻孔可以实现平衡钻进。

4 结束语

综上所述，煤层瓦斯抽采水平定向钻孔工艺是一项新型的技术和工艺，应用于煤层井下瓦斯治理和抽采领域之中，具有较好的应用效果。并且在对煤层钻进过程中的稳定孔壁的施工过程中，还要选取适宜的冲洗液技术，以实现对煤层钻进孔壁的稳定和保护，避免出现冲洗液对孔壁的破坏现象。

参考文献

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