一種水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法
2023-04-29 22:41:51
專利名稱：一種水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法
技術領域：
本發明涉及一種煤礦防治水方法，特別是一種水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法。
背景技術：
煤層底板突水是一種複雜的地質及採動影響現象，是煤層下覆承壓水衝破底板隔水層的阻隔，以突發、緩發或滯發的形式進入採空區或工作面，造成礦井湧水量增加甚至淹沒礦井的自然災害。淮南礦區位於華北型煤田邊緣、淮河南岸。礦區主要發育上元古界震旦系、下古生界寒武系、奧陶系、上古生界石炭系、二疊系地層，其中寒武系、奧陶系與石炭系太原組碳酸鹽巖是礦區的主要巖溶地層，富含巖溶水。礦區開採煤層屬二迭系山西組和石盒子組，自下而上分A、B、C組，A組煤含1、2、3煤三層，1、3兩層都可採，總厚IOm左右，A組煤資源17億噸，全區賦存穩定，煤質優良。其中1煤平均厚度為6. 99m，底板隔水層厚度平均17. 67m ；受構造影響地段，平均厚度僅為5. 72m，灰巖水頭壓力6. 25 6. IMpa,向深部增大，具有開採煤層厚度大、底板隔水層厚度小、灰巖水頭壓力大的特點，而奧陶系灰巖含水層與石炭系太原組灰巖含水層是A組煤開採的主要突水含水層。因此為實現A組煤安全開採，必須對煤層底板巖溶水害進行有效防治，同時也以實現A、B、C組同採，減緩礦井延深速度，減輕深部高瓦斯、高地壓、高地溼的治理壓力，其防治效果也直接關係到高產高效礦井建設和礦井安全。
發明內容
本發明的目的在於提供一種水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，該方法通過在灰巖層段採用裸眼完井的方式，增加了灰巖層段的裸露面積，減少了灰巖巖溶水流入井筒的阻力，另外由於礦區巖溶地層碳酸鹽巖主要由碳酸鹽類礦物組成，徑向鑽孔作業採用鹽酸溶液作為射流流體，可進一步提供徑向孔眼的導滲能力，增強灰巖巖溶水的排水效果。本發明的目的是這樣實現的，本發明提供了一種水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，包括以下步驟(1)在灰巖頂板上部鑽直井並下入金屬套管固井，再鑽開灰巖層段裸眼完井；(2)利用修井機下入導鞋和陀螺測斜儀；(3)利用連續油管徑向鑽孔設備下入射流噴頭在灰巖層段進行水力噴射徑向鑽孔，由連續油管徑向鑽孔設備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭的前向噴嘴所產生的水力能量衝蝕切割地層，同時在射流噴頭的後向噴嘴產生的「自牽引力」作用下，射流噴頭自動前進，從而建立起地層與井筒間溝通通道。(4)起出導鞋和陀螺測斜儀，下入螺杆泵抽排灰巖巖溶水。優選地，所述步驟(1)中，包括由表土層至基巖面以下30米的深度下入第一層金屬套管固井，之後，穿過第一層金屬套管再下入第二層金屬套管至灰巖頂板上部固井。優選地，所述步驟(1)中，包括穿過第二層套管鑽開灰巖層段至灰巖底板以下100 米，裸眼完井。優選地，所述步驟O)中，包括導鞋出口方位的確定及作業深度的校定；測井電纜通電啟動陀螺測斜儀後，利用修井機將連接在作業油管下端的導鞋和陀螺測斜儀下入到目標深度，測量出導鞋出口方位及校定作業深度，可通過在地面上旋轉作業油管以及配接油管短接對導鞋出口方位和作業深度進行調整。優選地，所述步驟(3)中，利用連續油管徑向鑽孔設備從作業油管內下入連續油管，在連續油管前端依序連接有由噴射軟管和射流噴頭組成的噴射管串，噴射管串在導鞋內通道的引導下由垂直轉向水平，由連續油管徑向鑽孔設備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭的前向噴嘴所產生的水力能量衝蝕切割地層，當射流噴頭進入地層後，在射流噴頭的後向噴嘴產生的「自牽引力」作用下，噴射管串自動前進，待徑向孔眼鑽進長度達到設計長度後，緩慢回收噴射管串，以使射流噴頭後向噴嘴產生的水力能量切割地層擴孔，從而形成一個具有一定直徑，且達到一定鑽進長度的徑向孔眼，從而建立起地層與井筒間溝通通道。優選地，所述步驟(3)中，射流流體為濃度9% -15%的鹽酸溶液。優選地，所述步驟中，徑向水力噴射鑽孔結束後，起出導鞋和陀螺測斜儀，再下入洗井管柱洗井，清除井筒內的巖屑直至井筒內清潔，然後下入螺杆泵抽排灰巖巖溶水。本發明的有益效果 1.本發明由於灰巖層段採用裸眼完井方式，使得灰巖層段裸露面積大，灰巖巖溶水流入井筒內的阻力小。2.本發明所採用的射流流體為酸液，由於礦區巖溶地層碳酸鹽巖主要由方解石 (CaCO3)、白雲石(MgCa(CO3)2)等碳酸鹽類礦物組成，採用鹽酸溶液進行噴射作業，可增大徑向孔眼的導滲能力，同時增強灰巖巖溶水的抽排效果。3.本發明通過在灰巖層段可進行多層次多方位的噴射作業，從而增加灰巖巖溶水的有效供給範圍。
圖1為本發明煤層底板灰巖層段水力噴射徑向鑽孔示意中標號1第一層金屬套管；2基巖面；3第二層金屬套管；4煤層底板灰巖層段； 5徑向孔眼；6作業油管；7連續油管；8噴射軟管；9導鞋；10射流噴頭；11測井電纜；12陀螺測斜儀。圖2為本發明煤層底板灰巖層段徑向孔眼平面示意3為本發明煤層底板灰巖巖溶水抽排示意中標號13螺杆泵。
具體實施例方式為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照
本發明的具體實施方式
。本發明提供一種水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水方法，該方法至少包括以下步驟步驟一在灰巖頂板上部鑽直井並下入金屬套管固井，再鑽開灰巖層段4裸眼完井；如圖1所示，在該步驟一中包括由表土層至基巖面2以下30米的深度下入第一層金屬套管1固井，再穿過第一層金屬套管1下入第二層金屬套管3至灰巖頂板上部固井，然
4後鑽開灰巖層段4，裸眼完井，所述第二層金屬套管3的外徑小於第一層金屬套管1的內徑， 所述灰巖層段4裸眼孔徑小於第二層金屬套管3內徑。步驟二 利用修井機下入導鞋9和陀螺測斜儀12 ；如圖1所示，將陀螺測斜儀12連接在導鞋9下端，測井電纜11通電啟動陀螺測斜儀12後，利用修井機將連接在作業油管6下端的導鞋9和陀螺測斜儀12下入到目標深度， 測量出導鞋9出口方位以確定徑向鑽孔的方位角，同時校定導鞋9的下入深度，通過在地面井口旋轉作業油管6及配接油管短接來調整導鞋9出口方位角以及作業深度，所述導鞋9 外徑略小於灰巖層段4裸眼孔徑，所述陀螺測斜儀12採用動調試陀螺。步驟三利用連續油管徑向鑽孔設備下入射流噴頭10在灰巖層段4進行水力噴射徑向鑽孔，由連續油管徑向鑽孔設備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭10的前向噴嘴所產生的水力能量衝蝕切割地層，同時在射流噴頭10的後向噴嘴產生的「自牽引力」作用下，射流噴頭10自動前進，從而建立起地層與井筒間溝通通道；如圖1、圖2所示，利用連續油管徑向鑽孔設備從作業油管6內下入連續油管7，在連續油管7前端依序連接有由噴射軟管8和射流噴頭10組成的噴射管串，噴射管串在導鞋 9內通道的引導下由垂直轉向水平，由連續油管徑向鑽孔設備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭10的前向噴嘴所產生的水力能量衝蝕切割地層，當射流噴頭10進入地層後，在射流噴頭10的後向噴嘴的「自牽引力」作用下，噴射管串自動前進，待徑向孔眼5鑽進長度達到設計長度後，緩慢回收噴射管串，以使射流噴頭10的後向噴嘴產生的水力能量切割地層擴孔，從而形成一個具有一定直徑，且達到一定鑽進長度的徑向孔眼5，所述射流流體為濃度9% -15%的鹽酸溶液。步驟四起出導鞋9和陀螺測斜儀12，下入螺杆泵13抽排灰巖巖溶水；如圖3所示，徑向水力噴射鑽孔結束後，起出導鞋9和陀螺測斜儀12，再下入洗井管柱洗井，清除井筒內的巖屑直至井筒內清潔，然後下入螺杆泵13抽排灰巖巖溶水。由上所述，本發明通過在灰巖頂板上部鑽直井並下入金屬套管固井，再鑽開灰巖層段4裸眼完井的方式，增加了灰巖層段4的裸露面積，減少了巖溶水流入井筒內的阻力； 由於礦區巖溶地層碳酸鹽巖主要由方解石(CaCO3)、白雲石(MgCa(CO3)2)等碳酸鹽類礦物組成，徑向鑽孔作業採用鹽酸溶液作為射流流體，可進一步提供徑向孔眼5的導滲能力，增強灰巖巖溶水的排水效果。下面提供一個本發明水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板灰巖巖溶水的方法的具體實例，以對該方法的實施及效果作出進一步說明。西二 1井使用12 1/4英寸鑽頭一開鑽表土層至基巖面以下30米深，用95/8英寸石油套管固井；使用8 1/2英寸鑽頭二開至灰巖頂板以上5米，用5 1/2英寸石油套管 (Φ139. 7mmX7. 72mm)固井；使用Φ 122mmPDC鑽頭三開鑽井至灰巖底板以下100米，裸眼完井。利用連續油管徑向鑽孔設備下入依次連接有1/2英寸的不鏽鋼連續油管，1/2英寸的噴射軟管和1/2英寸的射流噴頭組成的噴射管串對目標灰巖層段進行多層次、多方位的噴射作業，該井總計施工14個徑向水平孔眼，累計進尺1400米。
權利要求
1.一種水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，包括以下步驟(1)在灰巖頂板上部鑽直井並下入金屬套管固井，再鑽開灰巖層段裸眼完井；(2)利用修井機下入導鞋和陀螺測斜儀；(3)利用連續油管徑向鑽孔設備下入射流噴頭在灰巖層段進行水力噴射徑向鑽孔，由連續油管徑向鑽孔設備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭的前向噴嘴所產生的水力能量衝蝕切割地層，同時在射流噴頭的後向噴嘴產生的「自牽引力」作用下，射流噴頭自動前進，從而建立起地層與井筒間溝通通道；(4)起出導鞋和陀螺測斜儀，下入螺杆泵抽排灰巖巖溶水。
2.如權利要求1所述的水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特徵在於 所述步驟(1)中，包括由表土層至基巖面以下30米的深度下入第一層金屬套管固井，再穿過第一層金屬套管下入第二層金屬套管至灰巖頂板上部固井，然後鑽開灰巖層段，裸眼完井，所述第二層金屬套管的外徑小於第一層金屬套管的內徑，所述灰巖層段裸眼孔徑小於第二層金屬套管內徑。
3.如權利要求1所述的水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特徵在於 所述步驟O)中，包括導鞋出口方位的確定及作業深度的校定，測井電纜通電啟動陀螺測斜儀後，利用修井機將連接在作業油管下端的導鞋和陀螺測斜儀下入到目標深度，測量出導鞋出口方位及校定作業深度，可通過在地面上旋轉作業油管以及配接油管短接對導鞋出口方位和作業深度進行調整，所述導鞋外徑略小於灰巖層段裸眼孔徑，所述陀螺測斜儀採用動調試陀螺。
4.如權利要求1所述的水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特徵在於 所述步驟(3)中，利用連續油管徑向鑽孔設備從作業油管內下入連續油管，在連續油管前端依序連接有由噴射軟管和射流噴頭組成的噴射管串，噴射管串在導鞋內通道的引導下由垂直轉向水平，由連續油管徑向鑽孔設備上的高壓泵提供高壓射流流體，利用射流噴頭的前向噴嘴所產生的水力能量衝蝕切割地層，當射流噴頭進入地層後，在射流噴頭的後向噴嘴的「自牽引力」作用下，噴射管串自動前進，待徑向孔眼鑽進長度達到設計長度後，緩慢回收噴射管串，以使射流噴頭後向噴嘴產生的水力能量切割地層擴孔，從而形成一個具有一定直徑，且達到一定鑽進長度的徑向孔眼，以建立起地層與井筒間溝通通道。
5.如權利要求1所述的水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特徵在於 所述步驟(3)中，所述射流流體為濃度9%-15%的鹽酸溶液。
6.如權利要求1所述的水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，其特徵在於 所述步驟中，包括徑向水力噴射鑽孔結束後，起出導鞋和陀螺測斜儀，再下入洗井管柱洗井，清除井筒內的巖屑直至井筒內清潔，然後下入螺杆泵抽排灰巖巖溶水。
全文摘要
本發明為一種水力噴射徑向鑽孔治理煤層底板巖溶水的方法，該方法至少包括以下步驟(1)在灰巖頂板上部鑽直井並下入金屬套管固井，再鑽開灰巖層段裸眼完井；(2)利用修井機下入導鞋和陀螺測斜儀；(3)利用連續油管徑向鑽孔設備下入射流噴頭在灰巖層段進行水力噴射徑向鑽孔，從而建立起地層與井筒間溝通通道。(4)起出導鞋和陀螺測斜儀，下入螺杆泵抽排灰巖巖溶水。本發明在灰巖層段採用裸眼完井的方式，增加了灰巖層段的裸露面積，減少了灰巖巖溶水流入井筒的阻力；另外由於礦區巖溶地層碳酸鹽巖主要由碳酸鹽類礦物組成，徑向鑽孔作業採用的射流流體為鹽酸溶液，可進一步提供徑向孔眼的導滲能力，增強灰巖巖溶水的排水效果。
文檔編號E21B47/04GK102155187SQ20111006866
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月22日 優先權日2011年3月22日
發明者吳剛, 王道串, 謝志雙 申請人:上海宏睿油氣田徑向井技術服務有限公司