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煤炭学报 2020年第7期45卷 2523-2530页

作者：孙四清张群郑凯歌龙威成中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054

煤层气含量是表征煤储层特征的重要参数,是煤层气资源勘探开发和煤矿瓦斯防治的重要依据。针对地面井常规取心方法获取的煤层气含量比煤储层实际气量明显偏低(碎软煤层尤其突出)的现实问题,提出了适合于碎软煤储层特征的煤层气含量精准... 详细信息

煤层气含量是表征煤储层特征的重要参数,是煤层气资源勘探开发和煤矿瓦斯防治的重要依据。针对地面井常规取心方法获取的煤层气含量比煤储层实际气量明显偏低(碎软煤层尤其突出)的现实问题,提出了适合于碎软煤储层特征的煤层气含量精准测试密闭取心方法。根据煤储层特征(与油气储层相比,埋藏较浅、压力较小、温度较低、煤体强度低)和煤层气含量精准测试要求,设计并试制了适用于地面井煤层气含量测定的“三筒单动、球阀关闭、取心筒与解吸罐一体化”的密闭取心器和“前端小径钻心、后端大径钻井”的碎软煤层双径PDC密闭取心钻头。密闭取心器外筒直径120 mm,采取煤(岩)芯直径可达38 mm,密闭保压能力达10 MPa以上,适用于煤层埋深1000 m的地面井密闭取心;双径PDC密闭取心钻头减少了取心钻进过程中钻井液对煤芯的冲洗旋流作用,提高碎软煤层的煤芯采取率。利用密闭取心设备在我国的淮南潘三煤矿和淮北芦岭煤矿碎软煤层中开展了2口地面井煤层气含量测定密闭取心工程应用对比试验,共采得密闭取心煤样5组,常规取心煤样3组;8组煤层气含量测试结果表明,由密闭取心法获得的煤层气含量比常规取心法获得的煤层气含量高20.23%~40.34%,均值27.22%;研究结果表明采用密闭取心技术能够提高煤层气含量测试精度。地面井密闭取心设备研制成功及推广应用将为碎软煤层煤层气资源勘探开发、煤矿瓦斯灾害预测及治理提供更为准确的煤层气含量参数。

关键词：地面井煤层气含量碎软煤层精准测试密闭取心

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地面井分区式瓦斯抽采技术体系及工程实践

煤炭科学技术 2023年第3期51卷 100-108页

作者：李延河平顶山天安煤业股份有限公司河南平顶山467000 中国平煤神马控股集团有限公司河南平顶山467000

为有效减少煤层瓦斯含量,实现瓦斯资源的高效利用并降低井下瓦斯治理难度,结合首山一矿现场地质特征,构建了地面井分区式瓦斯抽采技术,旨在实现矿区瓦斯治理体系化。基于采矿活动的时空分布特征,将井田划分为未采区、采动区和采空区,分... 详细信息

为有效减少煤层瓦斯含量,实现瓦斯资源的高效利用并降低井下瓦斯治理难度,结合首山一矿现场地质特征,构建了地面井分区式瓦斯抽采技术,旨在实现矿区瓦斯治理体系化。基于采矿活动的时空分布特征,将井田划分为未采区、采动区和采空区,分区建立不同地面井进行瓦斯抽采,实现瓦斯治理向瓦斯利用并重转变。体系化瓦斯治理技术包括地面井井位科学布置、井身结构及施工设计、未采区储层压裂增透和排采与集输工程4部分。综合考虑空间层位、煤层特征、地面位置、煤层回采和瓦斯赋存条件进行地面井井位选取。在采动区,基于煤层回采后垮落带和裂隙带高度,设计采动区直井和L型井井底层位分别位于裂隙带中上部,借助本煤层回采的卸压效果,实现区域内多煤层瓦斯高效抽采。设计了未采区L型井井身、采动区直井井身、采动区L型井井身和采空区直井井身。对未采区煤层进行水力压裂实现煤层增透,选用定向射孔+泵送桥塞式光套管压裂的复合压裂工艺进行煤层压裂,采用深穿透加强弹进行射孔作业,支撑剂采用0.841/0.42 mm石英砂。在首山一矿进行地面井分区式瓦斯抽采技术工程实践,统计了矿区内不同类型地面井瓦斯抽采情况,结果显示:采动区地面井单井瓦斯日产量最高可超过4万m^(3),单井累计瓦斯抽采量高达259.7万m^(3),井田区域内目前在抽钻井11口,累计抽采量高达1425.2万m^(3)。现场效果检验表明实施地面井分区式瓦斯抽采技术可实现瓦斯的高效抽采,形成了“采一层治多层”的瓦斯治理模式。

关键词：瓦斯抽采地面井分区式抽采钻井压裂

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煤矿采动区地面井逐级优化设计方法

煤炭学报 2014年第9期39卷 1907-1913页

作者：胡千庭孙海涛中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯分院重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

为进一步优化煤矿采动区地面井设计方法,对地面井的类型及特点进行了深入分析,将煤矿采动区地面井抽采技术细分为邻近层采动发展区地面井抽采、本煤层采动发展区地面井抽采和采动稳定区地面井抽采3种类型;确定了抽采资源评估、布井位置... 详细信息

为进一步优化煤矿采动区地面井设计方法,对地面井的类型及特点进行了深入分析,将煤矿采动区地面井抽采技术细分为邻近层采动发展区地面井抽采、本煤层采动发展区地面井抽采和采动稳定区地面井抽采3种类型;确定了抽采资源评估、布井位置优选、井型结构优化、高危位置防护、地面安全抽采等5项核心技术,提出了不同类型采动区地面井的逐级优化设计方法。将系统化的技术方法应用在了山西晋煤集团成庄煤矿5310工作面采动区CD-01井的优化设计和抽采工程中,获得了连续抽采、抽采体积分数50%以上的良好抽采效果,证明了逐级优化设计方法及技术的适用性。

关键词：采动区地面井逐级优化设计协调开发

多重采动下大倾角上覆煤岩移动及地面井变形规律

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煤炭科学技术 2023年第4期51卷 47-55页

作者：王智民梁运培邹全乐张碧川冉启灿重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

地面井在煤层开采引起的采动作用下极易发生变形直至失稳破坏,这也是制约采动卸压区地面井瓦斯抽采技术应用的关键性问题。以新疆1930煤矿大倾角煤层群开采为背景,开展了大倾角煤层群开采下地面井变形的相似模拟试验,通过监测覆岩移动... 详细信息

地面井在煤层开采引起的采动作用下极易发生变形直至失稳破坏,这也是制约采动卸压区地面井瓦斯抽采技术应用的关键性问题。以新疆1930煤矿大倾角煤层群开采为背景,开展了大倾角煤层群开采下地面井变形的相似模拟试验,通过监测覆岩移动、煤层应力变化、地面井管道不同位置的轴向与环向变形,揭示了大倾角煤层群采动下地面井变形规律,研究表明:首先地面井在采动过程中处于剪切、挤压、拉伸的复合应力状态,但由于煤岩层倾角的存在,环向的剪切变形大多时间大于轴向的拉伸变形,即地面井受到的剪切作用占主导地位,同时采动过程中,地面井环向的剪切变形与轴向伸缩变形存在一定的负相关关系,在一定程度上说明地面井所受的剪切作用和拉压作用存在相互制约的关系;其次地面井轴向变形规律整体呈现增大趋势,但过程中出现拉缩交替的现象,与近水平煤层重复采动时的一直增大存在较大差异,而环向的剪切变形的变化趋势则与近水平煤层重复采动时较为相似,出现了反复错动的特点,但最终剪切位移的方向始终为煤层的倾斜方向;最后研究也发现在主关键层上部地面井变形规律整体呈现“增大—减小”反复三次交替,在主关键层及下部呈现“增大—减小”反复四次交替。研究成果可以为大倾角多重采动区地面井的工程应用提供一定的理论支持。

关键词：大倾角煤层多重采动覆岩移动地面井井筒变形

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煤层地面井保压取心控制器闭合轨迹模型

煤田地质与勘探 2023年第8期51卷 98-106页

作者：郭达张益玮王鼎铭方欣杨本高郭利花侯乐乐赵祥四川大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室四川成都610065 四川大学机械工程学院四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都610065 金石钻探股份有限公司河北唐山063004

传统煤层勘探方式采用开放式取心工具获取煤样,并通过理论估算的方式计算损失气。导致所测得的煤样含气量普遍偏低,严重制约煤层气开发利用,影响煤矿安全开采。为满足深部煤层勘探需要,创新设计了一款煤层地面井保压取心工具,工具总长6.... 详细信息

传统煤层勘探方式采用开放式取心工具获取煤样,并通过理论估算的方式计算损失气。导致所测得的煤样含气量普遍偏低,严重制约煤层气开发利用,影响煤矿安全开采。为满足深部煤层勘探需要,创新设计了一款煤层地面井保压取心工具,工具总长6.7 m,单次可取保压煤心样品3 m。为提高深部煤层保压取心可靠性和成功率,构建了孔底液体环境下保压控制器闭合轨迹模型,并通过实验测试和理论推导获取了控制器触发弹片弹力转矩的变化曲线。为验证闭合轨迹模型的准确性,了解保压控制阀盖在钻井液环境下的翻转闭合过程,进行了保压控制器触发闭合室内实验。结果显示,实验所测得阀盖运行轨迹与理论计算结果的偏差小于5%,验证了模型的准确性。在此基础上,优化了煤层地面井保压取心工具内保压控制器触发系统,并在深度为30 m的试验井下,密度1.1 g/cm^(3)、黏度60 s的膨润土基泥浆环境中进行了8次孔底抽拉触发实验,保压控制器均能稳定闭合,成功率为100%,并能保证压力在14 MPa时连续工作至少350 min无泄漏,证实了保压控制器触发系统的可靠性。本文所建立模型可以实现井下保压控制器运行轨迹预测,进而可以针对不同钻井液体系设计、优化触发系统,从而提高深部煤层保压取心成功率。

关键词：煤层气保压取心保压控制器钻井液地面井

地面井抽采卸压瓦斯技术在新疆大倾角多煤组矿区的应用

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矿业安全与环保 2021年第6期48卷 82-85页

作者：王广宏中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对新疆艾维尔沟矿区大倾角多煤组地表岩层移动与覆岩破坏特征,分析了大倾角多煤组地面井失稳机制,合理选择了地面井位置,优化了钻固井工艺及井身结构,并进行了适用性试验考察。试验工作面推过后井身结构稳定,套管基本未发生异常变形破... 详细信息

针对新疆艾维尔沟矿区大倾角多煤组地表岩层移动与覆岩破坏特征,分析了大倾角多煤组地面井失稳机制,合理选择了地面井位置,优化了钻固井工艺及井身结构,并进行了适用性试验考察。试验工作面推过后井身结构稳定,套管基本未发生异常变形破坏,地面井抽采瓦斯持续稳定,可为新疆矿区大倾角多煤组地面井高效抽采瓦斯提供技术支撑及示范作用。

关键词：地面井大倾角多煤组采动区卸压瓦斯瓦斯抽采

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采动区瓦斯地面井抽采影响范围及流量变化规律研究

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矿业安全与环保 2021年第2期48卷 23-27,32页

作者：胡君杜子健孙海涛付军辉刘延保煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

为解决煤矿采动区地面井布置间距目前大多依靠工程经验获得而缺乏科学理论根据的问题,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立了计算采动区地面井抽采瓦斯纯流量和瓦斯压力分布的三维数值模型。以岳城煤矿相关物性参数计算出符合实际... 详细信息

为解决煤矿采动区地面井布置间距目前大多依靠工程经验获得而缺乏科学理论根据的问题,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立了计算采动区地面井抽采瓦斯纯流量和瓦斯压力分布的三维数值模型。以岳城煤矿相关物性参数计算出符合实际情况的煤岩渗透率、孔隙率及瓦斯质量源项,以此为基础进行数值模拟。模拟分析结果表明,在数值模拟中地面井瓦斯抽采影响半径为65 m,地面井抽采瓦斯纯流量变化规律呈“单峰拖长尾”形态特点。若要实现采动区瓦斯抽采全覆盖,则在实际工程应用中地面井的间距应取130 m以上。研究结果对优化采动区地面井布置具有指导意义。

关键词：地面井瓦斯抽采采动区抽采范围抽采流量

地面井压裂抽采技术在新景矿突出煤层复杂构造带的应用试验

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煤矿安全 2016年第12期47卷 125-128页

作者：赵青云阳泉煤业(集团)有限责任公司山西阳泉045000

针对阳泉矿区突出煤层复杂构造带煤层巷道掘进过程中所面临的构造软煤发育、井下千米长钻孔抽采效果不理想、巷道掘进进尺缓慢的问题,开展了突出煤层复杂构造带地面直井压裂抽采瓦斯试验研究。根据新景煤矿3~#煤层地质特点,提出了煤层... 详细信息

针对阳泉矿区突出煤层复杂构造带煤层巷道掘进过程中所面临的构造软煤发育、井下千米长钻孔抽采效果不理想、巷道掘进进尺缓慢的问题,开展了突出煤层复杂构造带地面直井压裂抽采瓦斯试验研究。根据新景煤矿3~#煤层地质特点,提出了煤层复杂构造带地面直井井位的选择及井身结构设计方法,获得了地面直井的钻井与压裂技术工艺。现场试验表明,地面井连续运行190 d,累计产气21.9万m^3,平均日产气量1 261 m^3/d,平均瓦斯浓度97%,取得了较好的瓦斯抽采效果。

关键词：地面井水力压裂瓦斯治理瓦斯抽采复杂构造带

采动区瓦斯地面井抽采技术在含水地层矿区的应用

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矿业安全与环保 2020年第2期47卷 66-69页

作者：付军辉李日富王然江万刚山东科技大学山东青岛266590 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

山西端氏煤矿在应用采动区地面井抽采煤层气技术时发现钻越地层涌水量较大,地面井受采动影响后地层水从井壁破损处涌入套管内堵塞抽采通道,导致产气效果欠佳。针对这一问题,通过分析井身破坏模式,确定含水地层位置,进一步优化钻固井工... 详细信息

山西端氏煤矿在应用采动区地面井抽采煤层气技术时发现钻越地层涌水量较大,地面井受采动影响后地层水从井壁破损处涌入套管内堵塞抽采通道,导致产气效果欠佳。针对这一问题,通过分析井身破坏模式,确定含水地层位置,进一步优化钻固井工艺及井身结构,改进后地面井抽采效果提升显著:有效运行时间从30 d增加到180 d,抽采瓦斯纯量由15.95万m3增加到172.25万m3,地面井运行后工作面回风巷瓦斯浓度降幅为29.60%,工作面上隅角瓦斯浓度降幅为46.27%,井下工作面涌水量没有增加。现场试验结果表明,采动区地面井抽采技术经过优化改进后可以在含水层赋存矿区成功应用。

关键词：采动区地面井含水地层瓦斯抽采套管堵塞井身结构优化