许疃煤矿地面L型瓦斯采动抽采分支井钻进技术研究

张生存1   ,王潇风2   ,王磊3   

（淮北矿业股份有限公司许疃煤矿 安徽 淮北 235000）

摘要：为解决煤矿工作面回采期间瓦斯溢出影响安全生产问题，提出一种地面L型井，替代地面直井抽采采动瓦斯。通过井身结构优化、井眼轨迹控制技术、套管侧钻开窗技术等关键技术研究，形成地面L型瓦斯抽采井成井技术，提高工作面回采期间采动瓦斯抽采效率。

关键词：地面L型井；井眼轨迹控制；定向钻进；套管侧钻开窗

1引言

煤矿瓦斯治理通常采用井下定向高位钻孔、地面瓦斯采动直井、高抽巷等常规瓦斯抽采技术，但随着开采深度的不断延伸，存在施工空间受限、采掘工序衔接紧张、抽采范围较小、施工周期过长、整体成本较高、抽采效果不佳等问题。为解决矿井安全和煤与瓦斯突出的矛盾，结合井下高位钻孔及地面直井抽采技术，提出在地面施工L型顶板水平井，但地面L型井会受到钻井施工质量的影响，本文通过许疃煤矿3238工作面地面L型瓦斯抽采井钻进工艺进行分析研究，提出一种高效解决煤矿区回采期间瓦斯灾害的方式。

2矿区概况

2.1 矿井概况

许疃煤矿位于淮北煤田宿临矿区南部，采用立井分水平开拓，核定生产能力3.0Mt/a。

1.2 煤层概况

许疃煤矿32煤层属于二叠系上统上石盒子组，工作面的煤层厚度1.70～3.80m，平均2.80m，煤层赋存稳定，结构较简单。3238工作面走向长1700m，倾向宽230m，最大原始瓦斯含量7.0m3/t、最大原始瓦斯压力1.4MPa。

3L型井井位布设

将L型井平面设置在预采3238工作面“O”型圈范围内，开孔位置位于3238工作面收作线向外270m处。

因主支着陆段距目标煤层间距过大，为增加水平段井眼轨迹与裂隙带的接触面积，使水平井的生产影响范围最大化，故在三开主支下部布置一个短分支，L型井设计为双分支梯形结构形式，如图1所示。

主眼、分支眼水平段平面位置均位于3238风巷向下65m，终孔点放在32煤冒落带，主分支均以筛管完井，待3238工作面回采后有利于主孔向采空区排水。地面L型分支井平面布置。

图1 地面L型井井位剖面示意图

4关键技术优化

4.1 井眼轨迹控制

造斜段井眼轨迹设计狗腿度≤6˚/30m，保证着二开套管下入顺畅。将L型井水平段置于32煤层顶板平均厚度3.2m的灰色细砂岩中。主井眼着陆点后前半部分距离32煤顶板以上约30～50m，后半部垂距32煤顶约15～30m，主井眼着陆后下倾，末端进入3238工作面采空区附近冒落带；分支井眼旨在弥补主井眼水平段前部距离32煤顶板较远的缺陷，使其垂距32煤顶板约15～30m。

4.2 井身结构设计

地面L型井采用三开井身结构，一开采用Φ425mm钻头，钻进至基岩面以下40m，下Φ339.7mm表层套管，注水泥浆固井；二开采用Φ311.15mm钻头，钻进至井深806m进入顶板岩层，下Ф244.5mm技术套管，注水泥浆固井；三开采用Φ215.9mm钻头施工主支M，钻进至井深约1836m，下入Ф168.3mm钢筛管洗井；起钻至约646m处下入可回收斜向器，进行套管开窗作业，后采用Φ215.9mm钻头进行L分支施工，钻进至井深约1260m后，下入Ф168.3mm钢筛管，分支洗井完井，起出可回收斜向器，保证主分支畅通。

4.3 侧钻开窗工艺

为补偿主井眼抽采盲区，扩大井眼影响范围，采用套管开窗侧钻技术。本项目采用可回收式斜向器，在分支施工完毕后可将斜向器及附件打从座封位置打捞出来，保证分支井眼与主支连通。斜向器采用液压胶塞座封方式，斜面采用弧面并进行超硬化处理。斜向器套管开窗工艺采用两趟钻开窗工艺，即第一趟钻完成座封可回收式斜向器作业，第二趟钻下入铣锥完成磨铣套管开窗及修窗作业。

二开套管Φ244.5mm×8.94mm×J55，开窗作业避过套管接箍并结合地层条件，优选开窗侧钻点为625m，为确保侧钻开窗成功率，使用刮管器着重清理二开套管侧窗点处，后再次采用通径规循环通井，确保斜向器座封处无杂物。开窗作业时，下入斜向器至设计位置，调整工具面并完全座封；后下入铣锥控时钻进，确定开窗成功后，进行修窗作业。

4.4 井眼轨迹控制技术

选择“螺杆马达+MWD”钻具组合进行定向钻进施工。一开轻压吊打，防斜打直，井斜≤2°；二开钻进至井斜60°～70°后稳斜施工大井斜导眼钻穿目的煤层；三开钻井通过随钻测量系统实时监测钻进轨迹参数，做好轨迹预判工作并及时调整，井斜不得≤90°，使井眼轨迹始终保持下倾，确保水平段排水坡度，避免轨迹起伏。

4.5完井技术

本研究L型井一开、二开采用全井固井，三开筛管采用尾管悬挂完井的形式，筛管与二开套管重叠部分长度为50m左右，通过机械丢手功能完成筛管与下入钻具的脱离。

5施工效果分析

该井充分利用煤层卸压增透效应，比常规直井瓦斯采动井抽采效果好，抽采瓦斯浓度最高可达60%，纯量最高达4m3/min。采煤工作面推过地面井50m后，地面井抽采瓦斯量约为5760 m

3/ d，抽采瓦斯浓度约为50%，上隅角及采空区内瓦斯保持再在0.4 %以下，保障了工作面安全高效回采。

6结论

（1）针对许疃矿区地层条件，通过井位层位优化选择、井身结构设计、套管侧钻开窗技术、井眼轨迹控制技术、筛管悬挂完井技术等钻井关键技术优化，形成地面L型瓦斯抽采分支井高效钻进技术，为解决工作面瓦斯涌出问题提供技术支持及解决方案。

（2）通过地面L型瓦斯采动井高效成井技术，充分利用煤层采动卸压作用，使用负压抽采工艺，使井筒抽采周期覆盖工作面回采全过程，覆盖面积大，显著降低了回采工作面瓦斯涌出量及瓦斯浓度。该技术有效缓解瓦斯制约安全回采的矛盾，更易于在淮北矿区应用及推广。

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