高压流体疏通煤矿采动区L型井方法研究

任 鸽，李 超

(1.煤与煤层气共采国家重点实验室，山西 晋城 048012； 2.易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司,山西 太原 030000)

采动区地面 L 型井抽采是一种结合高位钻孔抽采与地面直井抽采两种技术特点的新型技术，与传统地面 L 型水平定向井不同[1]，在采煤工作面推至距地面井一定位置时，随着采煤工作面的推进，在采动卸压影响下进行煤层气抽采[2]. 目前该项工艺已在晋城矿区实践成功[3]，解决高瓦斯矿井在回采过程中工作面及上隅角瓦斯超限问题，保障矿井生产安全[4].

但煤层气L型采动井投运一段时间后，随着煤矿工作面回采，地层会有不同程度的沉降，煤层裂隙会被煤粉或其它杂质堵塞，阻碍煤层气解吸和运移，使煤层气采动井产能降低。另外，地层水渗透到煤层裂隙中，不能及时排出，也会造成气井产气量减低。目前气井的解堵方法多采用重复压裂[5]、水力喷射径向钻孔、井下多级强抽泵、爆燃解堵和电爆震解堵等工艺，应用效果也不尽相同[6]，存在一定局限性。重复压裂、水力喷射径向钻孔解堵工艺存在成本高、安全隐患大等问题，爆燃解堵和电爆震解堵不适宜煤层气井，井下多级强抽泵对L型井不适用，因此，需寻找一种简单实用、安全可靠的方法疏通煤层裂隙，提高煤层气井产气量。高压流体疏通工艺是利用高压气体或小规模水力压裂，解决煤层裂隙堵塞问题，成本较小，疏通后的煤层气井产能迅速恢复，具有较高的经济效益。

1 高压流体疏通工艺特点

1.1 高压流体疏通工艺原理

该工艺是利用高压流体疏通堵塞煤层裂隙。目前主要有两种疏通方法：

1) 用清水疏通。随着煤矿的采掘，地层会有不同程度的沉降，煤层裂隙会被煤粉或其它杂质堵塞。采用高压泵车将清水压入煤层气井，将堵塞的煤层裂隙重新疏通，使煤层气采动井恢复生产能力。

2) 用空气疏通。当地层水渗透到煤层裂隙中，位置较低的地方很容易积水，积水排不出去，就会堵塞煤层裂隙，工作面逸散的煤层气不能通过裂隙排出。此时，需要用压缩机将氮气或空气压缩后，经高压管柱进入井筒，将低洼处的积水吹散，重新疏通煤层裂隙，使煤层气采动井恢复生产。高压流体疏通气井工艺流程见图1.

1—采动区 2—采空区 3—套管 4—煤层 5—筛管 6—流体储存罐 7—压缩机 8—高压管柱图1 高压流体疏通气井工艺流程图

1.2 工艺特点

1) 该工艺简单实用，相比传统水力压裂，投资较小。

2) 利用高压流体吹扫能重新疏通堵塞的煤层裂隙，使减产的煤层气井恢复产能。

3) 疏通技术需井上下联合实施，通过井下观测高压流体前进方向，可初步判断疏通效果，并可在井下采煤工作面顶板处通过人为制造来压，达到降低L型井水平段地应力的效果，提高疏通成功几率。

2 工艺实践应用

2.1 试验井概况

试验井位于沁水县胡底乡蒲池村附近，为解决胡底矿工作面瓦斯突出问题布置一口采动区L型地面抽采井。

L型井目的煤层为3#煤层上部20～60 m处，采用三开井身结构[7]，一开采用d444.5 mm的钻头，钻穿基岩下10 m，下入d377.7 mm表层套管，固水泥；二开井采用d311.1 mm的钻头,钻至着陆点后下入d244.5 mm的套管，固水泥；三开采用d215.9 mm的钻头，钻进至靶点完井，水平段约500余米(图2).

图2 L型井井身结构图

该井于2015年4月开钻， 2016年5月，安装水环真空泵抽放设备。曾进行多次试运行，无气量显示。2016年10月，胡底矿井下工作面已回采45 m，地面L型井抽采仍未见效，为此考虑对该井进行小型压裂改造，沟通井下采动裂隙，提高抽放效果。

2016年10月20日进行清水压裂，共使用清水180 m3，压裂时套压始终为0，油压介于2.8～4.4 MPa，油压较为稳定。但压裂后进行试抽采，仍不产气，决定实施高压流体吹扫作业方案。

2.2 试验方案

1) 地面设施、设备。

井口安装250标准井口，安装过程确保密封。地面压缩机达到以下性能要求：压缩介质为氮气或空气，保证吹扫排量大于30 m3/min.

2) 改造工艺。

吹扫完成后，再次安装抽放设备进行试抽，如抽放效果仍未达到预期效果，可考虑对该井实施多次地面吹扫，以达到预期抽采效果。

2.3 施工过程及效果分析

本次试验采用空气进行吹扫疏通，共进行3次：

1) 考虑煤层厚度较大，煤层顶底板为泥岩，该井水平段较长且在煤层上部，为疏通井筒及煤岩层裂隙，降低负压抽采过程中的压裂液水锁效应，根据以往施工经验，在首次吹扫时，采用大于30 m3/min排量注入。2016年10月31日进行空气吹扫，用时1 h，0～40 min采用风量为30 m3/min，40～60 min采用风量为35 m3/min，共输送风量1 900 m3，井口压力在5～15 min时由0.1 MPa升至0.15 MPa后降至0，其后一直维持在0，未出现憋压现象，吹扫后，试抽，气井仍不产气。

2) 因第一次注入效果不明显，需进行二次吹扫。为避免煤粉因风量过大而产生运移积聚，再次堵塞裂隙，此次采用小风量吹扫。2016年12月6日，进行第二次吹扫，用时1.42 h，风量为15 m3/min，共输送风量1 275 m3，10～15 min井口压力由0.1 MPa升至0.17 MPa再降至0，其后一直维持在0，未出现憋压现象。疏通后试抽，日产气量最高达12 000 m3，甲烷浓度也逐渐增高，在50%～86%，但产气量衰减较快， 20天后再次出现不产气的现象(图3).

图3 第二次疏通后产气量与甲烷浓度变化曲线图

3) 在负压抽采一定时间后，煤粉再次堵塞瓦斯运移通道，需采用大风量注入进行疏通。2017年1月11日，进行第三次吹扫， 风量为30 m3/min，用时1.5 h，共输送风量2 700 m3， 45～50 min井口压力由0.05 MPa升至0.12 MPa再降至0.02 MPa，其后一直维持在0.02 MPa. 作业后试抽，日产气量稳定在12 000 m3/d左右，最大可达15 000 m3/d，稳产53天，甲烷浓度逐渐降低，这可能是由于随着工作面的推进，回采工作逐渐接近尾声，L型井抽采气体来源由煤层逐步转向采空区所致(见图4).

图4 第三次疏通后产气量与甲烷浓度变化曲线图

采动区L型井地面抽采技术，降低了工作面特别是上隅角瓦斯浓度，保障了煤矿安全生产。采动区L型井稳定连续生产，对解决矿井采煤过程中瓦斯突出问题具有重要意义，L型井甲烷浓度与上隅角甲烷浓度最大值成负相关关系见图5，随着L型井甲烷浓度的增加，矿井上隅角甲烷浓度最大值逐渐降低。经过三次高压空气吹扫疏通，胡底矿L型井产气量恢复到12 000 m3/d，为井下采煤工作提供了安全保障。

图5 疏通后矿井上隅角与L型井甲烷浓度变化曲线图

3 结 论

1) 煤矿采动区L型井随着井下工作面推进，裂隙会被煤粉或其它杂质堵塞，影响地面抽采效果。高压空气吹扫疏通气井是一种简单实用的新方法。胡底矿L型井经过3次疏通取得了良好效果，产气量恢复到12 000 m3/d，稳产时间为53天。

2) L型井甲烷浓度与上隅角甲烷浓度最大值成负相关关系，随着L型井甲烷浓度的增加，矿井上隅角甲烷浓度最大值逐渐降低。采动区L型井地面抽采技术，降低了工作面特别是上隅角瓦斯浓度，保障了煤矿安全生产。

3) 高压流体疏通L型井成本低、规模较小，单次疏通可能达不到预期效果，需要多次作业， 且疏通后气井稳产时间较短，技术工艺还需进一步实践改进。

参 考 文 献

[1] 李日富. 煤矿采动区地面 L 型顶板水平定向井抽采技术及试验[J]. 矿业安全与环保,2017,44(2):12-20.

[2] 付军辉，林府进，孙海涛，等. 采动区地面煤层气开发悬挂生产套管的研究及实践[J].矿业安全与环保,2014,41(3):82-84.

[3] 柯昌友，温俊三，李海贵. L 型井采空区瓦斯抽采技术的应用[J]. 矿业安全与环保,2016,43(3):64-66.

[4] 赵小山,李国富,孙海涛,等. 寺河矿区地面采动区L型煤层气井抽采技术研究 能源技术与管理[J].2016,41(3):6-9.

[5] 连小华,郭军峰,毛生发,等. 解堵性二次压裂在樊庄煤层气井的应用[J].中国煤层气,2014,11(2):20-22.

[6] 姚 锦. 阜新地区煤层气井解堵工艺研究[J].中国煤层气,2015,12(2):31-33.

[7] 齐治虎.晋煤胡底煤矿 L 型井复杂施工技术探讨[J].中州煤炭,2016,2:69-70.