“碎软煤层关键技术与应用”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“碎软煤层关键技术与应用”专题

来源：煤田地质与勘探

碎软煤层在我国煤矿区分布广泛，具有瓦斯含量高、压力大、渗透率低等特征，在碎软煤层中钻进存在喷孔、塌孔、排渣不畅等问题，导致碎软煤层钻进困难、孔内事故频发，进而影响成孔深度和成孔率，造成瓦斯治理盲区；尤其是随着我国煤矿开采深度的增加，碎软煤层瓦斯抽采孔工作量和成孔难度不断增大。针对碎软煤层瓦斯抽采对钻孔施工需求，《煤田地质与勘探》编辑部整理了近年来发表的代表性论文，涵盖碎软煤层定向钻进技术与装备、气动定向钻进技术与装备，完井工艺技术，水力压裂技术与设备等，以促进该研究领域技术进步和同行交流。

行业视野: 地质
类别; 73个
关键词; 74位
专家; 19篇
论文; 7816IP
点击量; 3739次
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煤层顶板分段压裂水平井地质适应性分析与施工参数优化

作者(Author)：姜在炳, 李浩哲, 许耀波, 张群, 李贵红, 范耀, 降文萍, 舒建生, 庞涛, 程斌

摘要：煤层顶板分段压裂水平井是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术。依托“十三五”国家科技重大专项课题，围绕煤层顶板分段压裂水平井煤层气高效抽采技术，采用理论分析、数值模拟等手段，对比不同地应力状态下裂缝的穿层扩展形态，研究水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角对裂缝转向扩展的影响，分析多簇射孔条件下裂缝的竞争扩展现象。结果表明：（1）煤层顶板分段压裂水平井技术应用于碎软低渗煤层煤层气开发具有避免钻井液污染储层、提高水平井钻井施工安全性、提高固井质量、提高压裂改造效果、控制煤粉产出等优势。（2）地应力是裂缝穿层扩展的关键控制因素。为保证裂缝穿层扩展，垂向应力需大于最小水平主应力，顶板最小水平主应力需大于煤层，并且层间应力差为1～3 MPa时，既能够保证裂缝的穿层扩展效果，也能避免裂缝的起裂和延伸压力过高；“上覆岩层–顶板–煤层”应力剖面为“低–高–中”型时，水平井与煤层顶面的距离对于裂缝的穿层扩展效果影响较大；推荐水平井水平段与煤层顶面距离小于2.0 m。（3）水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角越大，裂缝转向半径和转向距离越大，在压裂段间距相同的条件下，夹角为45°时缝间干扰程度比夹角为0°时强，不利于后续压裂段裂缝扩展，建议水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角±15°以内。（4）对于分段多簇压裂，缝间应力干扰、压裂液流动摩阻、射孔孔眼摩阻共同导致各射孔簇裂缝非均匀扩展，可通过限流压裂、裂缝暂堵等手段促进裂缝均匀扩展。（5）工程试验取得了良好的产气效果，裂缝延伸特征与理论研究吻合度高。研究成果可为煤层顶板水平井的施工参数优化设计和推广应用提供借鉴。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

181

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我国煤层气高效开发关键技术研究进展与发展方向

作者(Author)：徐凤银, 闫霞, 林振盘, 李曙光, 熊先钺, 严德天, 王虹雅, 张双源, 徐博瑞, 马信缘, 白楠, 梅永贵

摘要：“十三五”期间，围绕“突破煤层气单井产量低”这一制约我国煤层气高效开发的重大难题，借助国家科技重大专项和其他技术攻关研究，煤层气勘探开发理论认识和工程技术都取得明显进展，表现在4个方面：（1）勘探理念从寻找富集甜点区向高产甜点区转变,开发部署由平铺式到精细化调整转变。（2）围绕高效增产技术方面，在实现由二维地震向三维地震、由直井（丛式井）向水平井实践拓展的同时，创新形成以储层改造为主的系列压裂技术，包括碎软煤间接压裂、方解石填充深部（层）煤层气水平井少段多簇体积酸化压裂、特低渗深部（层）煤层气水平井超大规模极限压裂等技术，初步解决了构造煤煤层气效益开发难题，突破了2 000 m以深部（层）压裂改造技术瓶颈，推动了煤层气开发从中浅层向深部（层）的延伸；（3）围绕排采技术方面，创新形成定量化排采多目标优化设计、煤层气井无杆举升、负压排采等关键技术，推动煤层气排采控制由定性向半定量、定量转变，解决了丛式井组集成化排采和水平井下倾排采难题，有效提高了单井产量和煤层气采收率；（4）围绕稳产增产储备技术方面，创新提出包括大直径水平井应力释放采气、煤层气可控温注氮驱替增产等技术，为实现煤层气二次开发提供了技术储备。针对我国煤层气产业处于“爬坡期”和“战略机遇期”的阶段特点，围绕“碳达峰碳中和”目标背景，在系统梳理目前亟需解决的技术难题基础上，提出我国煤层气产业“两步走”发展战略：到2025年实现理论与技术新突破，达到国家“十四五”规划年产100×108 m3目标，坚定产业发展信心；到2030年形成针对我国不同地质条件的适用性技术，达到年产300×108 m3目标，成为天然气总产量的重要组成部分。相应对策是：从技术和管理2个维度，按照资源、技术、人才、政策和投资等五大要素，遵循“技术突破为核心、五位一体、协同创新”原则，研究制定并落实配套保障措施，并从高效开发和提高单井产量两方面，提出关系煤层气产业未来发展9方面的理论研究及技术攻关方向，以满足实现煤层气产业高质量发展的目标。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

218

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碎软煤层空气泡沫复合定向钻进技术应用研究

作者(Author)：刘建林, 方俊, 褚志伟, 杨伟锋

摘要：针对碎软煤层空气定向钻进存在空气螺杆马达降温润滑，煤尘降尘处理和孔内煤层出水处置技术需求，在分析钻渣运移特性的基础上，通过集成稳定高效发泡、“机械+泡沫”复合排渣和“空气+泡沫”复合钻进等关键技术，配套定向钻机、泡沫发生灌注系统、空气螺杆马达、异形钻杆和随钻测量系统等关键装备，开发了碎软煤层空气泡沫复合定向钻进技术。在安徽省宿州市某矿开展了应用试验，在出水碎软煤层中顺利施工了主孔深度232 m顺煤层定向钻孔，与应用空气定向钻进技术施工的2个钻孔相比，成孔深度分别提高了97%和105%，显著提高了顺煤层定向钻孔成孔深度，增强了碎软煤层瓦斯抽采效果，同时达到了降温润滑空气螺杆马达，降低孔口返出煤尘目的，可为碎软煤层定向钻孔施工提供一种新的技术途径。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

410

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煤矿井下碎软煤层顺层钻完孔技术研究进展

作者(Author)：王力, 姚宁平, 姚亚峰, 王毅, 张杰, 方俊, 魏宏

摘要：我国碎软煤层赋存层位多、分布广，普遍存在构造应力复杂、瓦斯压力高、煤体力学强度低、渗透性差等特点，钻进时易塌孔、喷孔、孔壁失稳，导致钻进困难、孔内事故频发、成孔深度浅、钻孔堵塞、存在抽采盲区等问题。随着煤炭开采深度的不断增加，碎软煤层瓦斯抽采钻完孔就更加困难。因此，碎软煤层高效、深孔、精准钻进技术以及增透、增产、护孔的完孔技术一直是碎软煤层瓦斯治理的重大技术需求和研究热点。从护孔、排渣、轨迹控制、完孔等成孔的关键技术难题方面，总结了碎软煤层顺层钻完孔技术研究现状和应用情况，分析了目前碎软煤层钻进技术存在的问题，提出了改进完善建议，分析了内控导向式旋转定向钻进技术，多孔介质充填式筛管、折叠膨胀管完孔技术等碎软煤层钻完孔技术新进展，为进一步完善现有碎软煤层钻完孔技术提供了思路。

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煤田地质与勘探

2021年第01期

678

400
贵州青龙煤矿碎软煤层区域瓦斯递进式抽采技术

作者(Author)：梁道富, 曹建明, 代茂, 褚志伟, 张垒

摘要：针对碎软煤层瓦斯抽采钻孔存在轨迹不可控、成孔深度浅和瓦斯抽采效果差的问题，分析了现有瓦斯抽采钻孔回转钻进技术瓶颈，集成了基于长距离顺层钻进技术和双动力复合排渣技术的压风定向钻进技术，在此基础上提出了利用压风定向钻进技术，开展碎软煤层区域递进式瓦斯抽采技术。选取黔北煤田中部青龙煤矿21606运输巷道进行现场试验，在坚固性系数为0.37碎软煤层中，施工完成253个顺煤层压风定向钻孔，95%钻孔达到设计孔深，累计进尺超过3万m，单孔瓦斯抽采纯量是普通回转钻孔的10倍以上，单孔瓦斯抽采甲烷体积分数提高约50%以上。试验表明，采用压风定向钻进技术钻进碎软煤层钻孔轨迹可控，成孔率在95%以上，区域递进式瓦斯抽采技术具有无抽采盲区的显著优势，有效缓解了采掘接替紧张局面，提升了矿井瓦斯治理技术水平，为碎软煤层瓦斯治理提供了新的技术途径。

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煤田地质与勘探

2020年第05期

436

180
我国煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备进展

作者(Author)：姚宁平, 王毅, 姚亚峰, 宋海涛, 王力, 彭涛, 孙新胜

摘要：针对我国煤矿井下碎软煤层、坚硬岩层、冲击地压地层、破碎带、水敏性地层等复杂地质条件下钻探技术需求和存在的问题，总结了碎软煤层本煤层钻进与筛管护孔、碎软煤层梳状钻孔定向钻进、复杂顶板高位钻孔定向钻进、全断面硬岩穿层钻进、冲击地压卸压钻进等技术与装备方面的研究和应用情况。提出了碎软煤层双管护孔定向钻进及碎软煤层旋转定向钻进技术与装备的研究思路，有助于提升碎软煤层钻进的钻孔深度、护孔筛管直径和钻进效率等，而碎软煤层定向钻进技术与配套装备的完善也将促进碎软煤层瓦斯抽采模式的变革。防冲防突钻孔机器人的研究是煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备的发展趋势，可为无人化矿井建设奠定基础；除此之外，还应着力解决好局部复杂地层对钻进的影响，更好地促进智能化钻探技术装备的进步，为煤矿安全高效生产提供保障。

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煤田地质与勘探

2020年第02期

1024

538
煤矿井下碎软煤层泡沫钻进技术及应用

作者(Author)：冀前辉, 董萌萌, 刘建林, 石磊

摘要：针对煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采中风压空气钻进施工中排粉能力有限，易造成粉尘污染问题，提出采用煤矿井下泡沫灌注系统及宽翼螺旋钻杆进行高效泡沫钻进的技术方案。通过对钻孔环空间隙流场的数值模拟，研究宽翼螺旋钻杆结构对泡沫钻进高效排粉的影响，确定头数3、槽宽26 mm、螺距110 mm 为宽翼螺旋钻杆的优化结构参数。在淮北某矿3204工作面碎软煤层中进行了深度达195 m的本煤层钻孔试验，结果表明，相对于中风压空气钻进工艺，钻进回转阻力降低了42%~48%，表现出高效的排粉效果，可提高煤矿井下碎软煤层钻孔深度和成孔率。该工艺可为类似煤矿井下深钻孔施工提供借鉴。

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煤田地质与勘探

2020年第02期

797

307
碎软低渗煤层煤层气直井间接压裂技术及应用实践

作者(Author)：周加佳

摘要：为了解决碎软低渗煤层压裂改造过程中煤粉产出和压裂裂缝不易延伸的技术瓶颈，采用地应力和数值模拟分析方法，对煤层气间接压裂适应性及裂缝展布规律进行分析研究，并在湖南洪山殿矿区进行了间接压裂工程实践。结果表明：间接压裂可有效提高碎软低渗煤层的压裂改造效果，增加压裂裂缝长度，当顶底板为脆性砂岩时，更加有利于间接压裂；洪山殿矿区HC01井取得了单井产气量1850m3/d的良好产气效果，表明“大排量、大砂量、高前置液比、中砂比”的活性水间接压裂技术适用于碎软低渗煤层的增产改造；同时，可钻桥塞电缆射孔联作技术的应用可有效缩短煤层气井多煤层段压裂改造的施工周期，提高压裂施工时效性。

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煤田地质与勘探

2019年第04期

337

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