地面垂直采空區(qū)抽采鉆井井口連接裝置故障處理及改進(jìn)

沈忠武

(鐵法能源有限責(zé)任公司,遼寧 112700)

1 引言

鐵法礦區(qū)煤層屬于低透氣性、高瓦斯含量復(fù)合煤層,煤層透氣性系數(shù)介于1.10×10-5～3.49×10-2m2/MPa2·d之間,煤層瓦斯壓力介于0.85～3.92MPa之間。為解決采煤工作面回采期間瓦斯超限的問(wèn)題及提高瓦斯抽采率,基于對(duì)低透氣性煤層頂板受采動(dòng)影響下的移動(dòng)規(guī)律的研究,鐵法礦區(qū)于1995年通過(guò)聯(lián)合國(guó)UNDP項(xiàng)目率先在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地面垂直采空區(qū)鉆井進(jìn)行了地面瓦斯抽采技術(shù)的示范。通過(guò)16年的實(shí)踐,證明這項(xiàng)技術(shù)在鐵法礦區(qū)瓦斯抽采和利用中應(yīng)用非常成功,產(chǎn)氣效果較好,單井抽采量在15m3/min左右,抽采濃度40%～70%。到目前為止,全礦區(qū)共有100口此類鉆井,均布置在高瓦斯含量區(qū)。圖1為該種結(jié)構(gòu)鉆井的設(shè)計(jì)圖。

但是,這種結(jié)構(gòu)的鉆井初期井口連接裝置,如圖2所示,當(dāng)厚煤層的采煤工作面采過(guò)后,由于地層的下沉,鉆井中的技術(shù)套管下沉量超過(guò)地層的下沉量,將井口連接裝置損壞,使井下瓦斯抽采量和濃度降低,嚴(yán)重的影響瓦斯利用。如大興礦S5-711采場(chǎng)3#鉆井的技術(shù)套管在一個(gè)多月內(nèi)下沉三次,下沉量達(dá)500mm,將井口連接裝置嚴(yán)重?fù)p壞,瓦斯?jié)舛扔?0%降到20%。

針對(duì)鉆井初期井口連接裝置易損壞的現(xiàn)象,通過(guò)對(duì)損壞的井口連接裝置的故障處理,對(duì)鉆井井口連接裝置按薄、厚煤層鉆井進(jìn)行了改進(jìn),取得了明顯的效果。

2 抽采鉆井井口連接裝置的故障處理方法

鉆井井口連接裝置的故障處理方法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)損壞程度及部位的不同處理方法也不同,本文列舉兩種典型的故障處理方法來(lái)說(shuō)明。

圖1 地面垂直采空區(qū)抽采鉆井設(shè)計(jì)示意圖

圖2 地面垂直采空區(qū)抽采鉆井初期井口連接裝置示意圖

2.1 膠管連接火電焊處理法

在處理大興礦S5-711采場(chǎng)3#抽采鉆井井口連接裝置故障時(shí)采用了此方法。施工過(guò)程如下：

①用鋼鋸將技術(shù)套管上的壞彎頭鋸掉;

②將導(dǎo)氣裝置下入技術(shù)套管內(nèi) (如圖3所示),導(dǎo)氣裝置的上部灌入一定量的水,讓鉆井立孔內(nèi)的瓦斯通過(guò)導(dǎo)氣裝置的導(dǎo)管排至作業(yè)坑外,使導(dǎo)氣裝置的上部及作業(yè)坑的瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)0.5%,滿足施火焊的條件;

③用一長(zhǎng)800mm的短管與技術(shù)套管的鋸口進(jìn)行焊接,焊完后抽出導(dǎo)氣裝置,再用φ200mm的膠管與橫管的彎頭相連接 (如圖4所示)。

處理前,抽采鉆井井口連接裝置為硬連接,地面管路與立孔技術(shù)套管間的連接由伸縮節(jié)、閥門和彎頭連接。此連接在垂直方向上沒(méi)有伸縮量,如技術(shù)套管下沉將損壞伸縮節(jié)或彎頭。

圖3 鉆井井口連接裝置故障處理時(shí)導(dǎo)氣示意圖

處理后,抽采鉆井井口連接裝置為軟連接,地面管路與立孔技術(shù)套管間的連接由彎頭、閥門和膠管連接。由于膠管留出足夠量,在垂直方向上有一定的伸縮量,如技術(shù)套管下沉不會(huì)損壞抽采鉆井井口連接裝置。

圖4 抽采鉆井井口連接裝置故障處理后示意圖

施工整個(gè)過(guò)程除動(dòng)火焊期間作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)流中無(wú)瓦斯外,其他施工過(guò)程作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)流中存在一定濃度的瓦斯,存在安全隱患。

2.2 不動(dòng)火電焊插接處理法

在處理曉明礦N2-403抽采鉆井井口連接裝置故障時(shí)采用了此方法。其方法是 (如圖5所示)：鉆井技術(shù)套管外管徑為 φ177.8mm,內(nèi)管徑為φ163mm,重新制作井口連接裝置,與技術(shù)套管連接的管采用φ159mm的管路,采用插接法,重疊部分為800mm。修復(fù)時(shí),將損壞三通連接裝置取下,用導(dǎo)氣裝置將鉆井內(nèi)的瓦斯先引到工作現(xiàn)場(chǎng)以外,新井口連接裝置φ159mm的管路底部用防水膠帶纏好,纏繞三段,圈數(shù)由下至上逐段增加,最大圈的直徑不超過(guò)立孔管φ177mm的內(nèi)徑 (φ163mm),然后將纏好膠帶的φ159mm的管路插入鉆井技術(shù)套管φ177mm內(nèi)800mm深,最后在兩管路縫隙間灌入大量冷補(bǔ)膠,將管路縫隙封嚴(yán)。

圖5 抽采鉆井井口連接裝置采用插接式故障處理后示意圖

在施工現(xiàn)場(chǎng)不需要?jiǎng)佑没痣姾负附訑嗫?杜絕了作業(yè)時(shí)引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn),確保工作現(xiàn)場(chǎng)的安全,保證了人身安全。

3 抽采鉆井井口連接裝置的改進(jìn)

針對(duì)鉆井初期設(shè)計(jì)的井口連接裝置易損壞的弊端,我們對(duì)地面垂直采空區(qū)抽采鉆井井口連接裝置進(jìn)行了改進(jìn)。對(duì)于施工在厚煤層的地面垂直采空區(qū)抽采鉆井,考慮到鉆井中的技術(shù)套管下沉量大,采用了如圖5的井口連接方式。鉆井完孔后,鉆孔沒(méi)有受到采動(dòng)影響,鉆井內(nèi)還沒(méi)有瓦斯涌出,在鉆井技術(shù)套管上端焊一法蘭,再接一個(gè)帶取樣閥的三通,三通與地面管路間的連接由膠管和閥門連接,由于膠管留出足夠量,在垂直方向上有一定的伸縮量,既防止了技術(shù)套管下沉不會(huì)損壞抽采鉆井井口連接裝置,又解決了修復(fù)損壞鉆井井口連接裝置過(guò)程中火焊引起瓦斯燃燒或爆炸及人員窒息的危險(xiǎn)。

圖6 地面垂直采空區(qū)抽采厚煤層鉆井井口連接裝置示意圖

圖7 地面垂直采空區(qū)抽采薄煤層鉆井井口連接裝置示意圖

對(duì)于施工在薄煤層的地面垂直采空區(qū)抽采鉆井,如小青礦W2采區(qū)各采場(chǎng),采高為1.4m左右,考慮到鉆井中的技術(shù)套管下沉量很小,采用了如圖6的井口連接方式。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)地面垂直采空區(qū)抽采鉆井井口連接裝置進(jìn)行改進(jìn)后,近一年沒(méi)有發(fā)生抽采鉆井井口連接裝置損壞現(xiàn)象。改進(jìn)后的井口連接裝置大大提高了安全可靠性,但是,我們不能忽視地面垂直采空區(qū)抽采鉆井的檢查,發(fā)現(xiàn)抽采濃度降低、負(fù)壓降低和泵站抽采量突然增大,要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)抽采鉆井井口連接裝置及管路進(jìn)行仔細(xì)檢查。另外,在進(jìn)入抽采鉆井的閥門井檢查井口連接裝置或取樣前,必須由外到里逐步檢查井內(nèi)的瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)0.5%,方可進(jìn)入閥門井內(nèi)進(jìn)行檢查。

[1] 李國(guó)君,劉正國(guó).鐵法礦區(qū)煤層氣甲烷資源開發(fā)的理論基礎(chǔ) [J].鐵法科技,2011,1：3-5.

[2] 沈忠武.原始煤層壓裂井采氣中的技術(shù)管理 [J].中國(guó)煤層氣,2010,7(1)：26-29.

[3] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.城鎮(zhèn)燃?xì)膺\(yùn)行.維護(hù)和搶修安全技術(shù)規(guī)程 (CJJ51-2006)[Z].2006-11-29.

[4] 國(guó)家安全生產(chǎn)管理總局,國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程 [Z].2011-1-25.