我国煤层气资源丰富，但煤层的渗透率低，煤层孔隙压力也较低，难以用常规方法抽采，而如何增加煤层的渗透率已经成为制约瓦斯抽采的瓶颈[1-4]。长钻孔直井水力压裂技术和水平羽状井技术是目前煤层气开采中较常用的增产措施[5-6]。但由于煤储层与常规碎屑岩储层有较大差异，常规水力压裂技术裂缝在煤层中很难形成稳定长裂隙，沟通能力有限[7-10]；传统的水平羽状井增透措施受限于钻孔技术复杂，工程量大，成本高，难以在煤矿井下推广[11-13]。

在研究煤矿井下梳状孔成孔技术及装备的基础上，对水射流自进式钻头进行了优化，设计了煤矿井下脉冲射流钻头，提高了水射流小曲率拐弯钻机破岩效率；将水射流小曲率拐弯钻机和分段压裂技术相结合，构建了难抽煤层钻、压、抽三位一体的瓦斯增透技术体系和工艺流程，并进行了现场验证和推广。

1 井下梳状孔成孔技术及装备

目前，煤矿井下梳状孔施工装备一般由定向钻机、孔底马达、测斜仪器、通缆钻杆等设备组成，其基本的原理时泥浆泵产生的高压水经钻杆后驱动螺杆马达旋转，螺杆马达带动钻头回转破岩成孔，并利用测斜仪器采集钻孔轨迹信息[12]。这种方法存在着技术及设备复杂，钻孔工程量大，成本高等缺陷。

小曲率拐弯钻机示意图如图1。

水射流小曲率拐弯钻机由泥浆泵、盘管器、送管器、高压软管、导斜器及自进式钻头组成，，钻机驱动掘进钻头钻到预定位置后停钻，送管器将装有自进式钻头的高压软管经钻杆尾辩送入钻杆内部，同时开动泥浆泵提供高压水，在自进式钻头射流喷嘴产生的自牵引力作用下，高压软管经导斜器后实现90°转向，并自动进入煤层，调节盘管器的转速以适应钻头的自进速度；并利用高压水射流冲蚀切割煤层，从而在目标煤层中形成具有一定直径，且达到一定深度的井眼。利用该技术可以在垂直井眼内沿径向钻出辐射状分布的1口或多口水平分支井眼，多分支径向孔如图2。

脉冲生成装置由止推环、开在止推环上的脉冲腔、滑套、弹簧、主轴和壳体组成。高压液体经软管进入主轴，从主轴顶端的出口流出，进入到滑套和止推环形成的腔体中，由于滑套下端为密封装置，流体在腔体中开始蹩压，形成高压，使滑套上下端之间产生压差，并在滑套的前端面产生推力，推动滑套后行，同时压缩弹簧，当滑套阶梯面后行位置超过脉冲腔时，高压液体经脉冲腔从锥形喷嘴中喷出，滑套前端面腔体压力泄压；由于惯性和压力差作用，滑套还会后行一段距离，当滑套前端压力小于弹簧恢复力时，弹簧开始推动滑套前行，滑套的阶梯面封隔喷嘴，高压液体停止喷出，上述动作的自动重复即可形成脉冲射流，同时通过在孔口调节压力和排量，控制井下脉冲能量产生的大小。

  

图1 小曲率拐弯钻机示意图

  

图2 多分支径向孔

2 水射流自进式钻头结构优化

水力脉冲射孔是一种新的煤层成孔方式，低频率，高能量的脉冲射流具有“水锤效应”强、脉冲能量衰减慢、循环加载等特点，与传统的水力射孔相比，脉冲射流以其非对称、非均匀、不稳定特性，可极大提高水力射孔破岩效率。对传统的水力射孔自进式钻头进行改进，在后端加装脉冲生成装置，水力脉冲射孔钻头如图4。

  

图3 水射流自进式钻头

传统的水射流自进式钻头前部是1个或多个平行于压裂液流动方向的正向喷嘴，尾部对称布置多个与射流轴线成一定角度的反向喷嘴，水射流自进式钻头结构如图3。传统水射流自进式钻头的正向喷嘴将井下高压压裂液转换为稳态的高速流体冲击岩石，利用流体的冲击及水楔作用形成射孔通道，使射孔通道周围产生裂隙，降低射孔压力；反向喷嘴提供钻头自进动力，并辅助洗孔和排渣。这种自进式钻头存在着成孔不均匀，能量利用率低等问题。

  

图4 水力脉冲射孔钻头

加工误差指机床加工过程中刀具实际路径与设计理想位置之间的尺寸偏差。加工误差影响新加工出来的零件特征，用零件特征的局部坐标系相对于机床坐标系的偏差表示。

3 井下分段压裂技术

传统的井下水力压裂是对整个钻孔实施压裂，存在水流渗失量大的问题[14]。另外，煤层起裂后，在纵向上，受围岩遮挡制约，裂缝被限制在一定范围内；在横向上，受煤层结构影响，裂缝沿煤层主裂缝和次裂缝方向同时延伸，受煤层应力和裂缝发育条件影响，主裂缝沿主应力方向延伸较长，此裂缝只在一定范围内延伸，故上压裂影响范围有限[15-16]。而分段压裂将整个钻孔分为数段，在每一段内形成1条主裂隙，减小水流渗失，对于提高压裂效果具有重要意义。

目前，制约煤矿井下分段压裂增透工艺的关键是近煤层顶板梳状孔成孔效率，而通常采用定向钻机打梳状孔技术复杂，施工周期长，不利于该技术的推广。近煤层顶底板梳状孔用于分段压裂的导向孔时，只需要在设定的区域内沿弱面贯通到煤层内部，不需要准确控制方位及轨迹，因此利用小曲率拐弯钻机施钻梳状孔，能避免定向钻机复杂的梳状孔成孔过程。

首先收集研究区工作面地质、采掘和瓦斯资料，进行井下现场勘查，选择合适的压裂地点，编制多分支钻、压、抽三位一体的瓦斯治理技术方案，包括煤岩层物理参数及瓦斯参数测试、钻孔层位优选、钻孔施工参数设计、水力压裂安全措施及施工参数设计等。优选钻探设备进行主孔钻孔现场施工，施工中进行钻孔深度和质量控制，施钻到预定深度后，停钻，下入小曲率拐弯钻机，开动泥浆泵，进行梳状孔施钻，并借助反浆见煤后送管长度控制梳状孔的深度达到设计要求，完成1个梳状孔施工后，撤出小曲率拐弯钻机，将钻杆和掘进钻头撤出一定距离后，重复上述操作，完成设计要求的其他梳状孔的施工。完钻后，撤出小曲率拐弯钻机并下入压裂管柱，进行压裂施工；通过压裂曲线、抽采参数等数据综合分析和现场考察压裂效果。

利用水射流小曲率拐弯钻机施工井下水平梳状孔，结合煤矿井下分段压裂及抽采技术，实现多分支钻、压、抽三位一体瓦斯治理方案，钻、压、抽三位一体的瓦斯治理技术路线如图5。

  

图5 钻、压、抽三位一体的瓦斯治理技术路线

4 现场应用

第三个“1”是指以100万吨工业级、食品级磷酸为基础，做100万吨精细化工产品，包括饲料添加剂、食品和医疗产品、电子材料等，把磷产业链向价值高端延伸。

新景公司保安分区3#煤层平均厚度达2.25 m，坚固性系数f为0.38～0.52，瓦斯含量高，平均瓦斯含量为18.17 m3/t，透气性系数为0.018 8～0.137 7 m2/（MPa·d）；抽采衰减速度快，钻孔百米流量衰减系数为0.068 7～1.594 2 d-1；钻孔抽采浓度低，底抽巷穿层钻孔抽采浓度0.2%～1.8%，属于典型的难抽煤层。基于小曲率拐弯钻机的分段压裂主孔设计孔深200 m，孔径为96 mm，分段压裂3段，梳状孔间隔40 m，孔径25 mm，径向水平梳状孔平均孔深4 m。采用投球分段压裂技术，1#径向梳状孔注水200 m3，2#径向孔注水 150 m3，3#径向梳状孔注水 200 m3。完成注水后，整体保压72 h后放水并开始接抽瓦斯，并对基于小曲率拐弯钻机的分段压裂后的瓦斯抽采效果与矿区目前采用的常规穿层钻孔瓦斯抽采效果进行对比分析，分段压裂效果图如图6。

监测数据表明，与底抽巷穿层抽采钻孔相比，单孔平均瓦斯抽采浓度提高了29.5倍，单孔平均瓦斯抽采纯量提高了27.7倍。基于小曲率拐弯钻机的分段压裂增透技术可显著提高瓦斯抽采效率，大幅缩减同等抽采达标时间条件下预抽钻孔工程量，经济效益显著。

省内陆上天然气资源匮乏，预计2020年、2030年，广东省内天然气供应能力分别为115亿m3和215亿m3。省外天然气主要来源于卡塔尔、澳大利亚、中亚、新疆等地区，天然气供应充足。广东省天然气输送通道主要包括省内LNG接收站、管网通道和少量槽车输送，接收及输送能力强。

  

图6 分段压裂效果图

5 结语

优化水射流自进式钻头结构，研究并设计了用于水射流小曲率拐弯钻机用脉冲钻头，给出了水射流小曲率拐弯钻机用于井下梳状孔钻进的技术及装备，在此基础上，将水射流小曲率拐弯钻机与分段压裂技术相结合，解决了传统分段压裂导向孔钻进技术复杂，周期长、成本高的问题，构建了“钻、压、抽”三位一体的瓦斯防治技术体系。现场应用表明，基于小曲率拐弯钻机的分段压裂增透技术与传统底抽巷穿层抽采钻孔相比，单孔平均瓦斯抽采浓度提高了29.5倍，单孔平均瓦斯抽采纯量提高了27.7倍，增透效果明显。

法律对于每一个人来说都是相当重要的,它可以保证每一个人的合法权益不受侵害。所以对于妇科护理人员来说一定要具备较强的法律意识,因为这既是对自己负责任的表现也是对于患者负责任的表现。所以医院可以让妇科护理人员定期开展法律法规的学习课程,让妇科护理人员具有较强的法律意识,明白自己的职责和重要性,以此达到对于自己和患者的一种保护,学习好各项医院的规章制度,把妇科护理工作当中法律的重要性凸显出来。

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