【摘 要】
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煤层底板突水制约着华北型煤田煤炭资源的安全高效开采,多分支水平注浆井钻进技术的研究应用对于解决该类型矿井水害治理问题具有重要意义。面对当前不同矿区复杂多变的地层条件及水文地质特征,针对赵固一矿在复杂构造的影响下,导致多分支水平井设计和施工难度增大,成井困难等问题,为满足注浆防治水要求,本文从多分支注浆井特征入手,以多分支水平井轨迹设计、断层带钻进技术、井眼轨迹精确控制为研究对象,确定将地面水平定向
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煤层底板突水制约着华北型煤田煤炭资源的安全高效开采,多分支水平注浆井钻进技术的研究应用对于解决该类型矿井水害治理问题具有重要意义。面对当前不同矿区复杂多变的地层条件及水文地质特征,针对赵固一矿在复杂构造的影响下,导致多分支水平井设计和施工难度增大,成井困难等问题,为满足注浆防治水要求,本文从多分支注浆井特征入手,以多分支水平井轨迹设计、断层带钻进技术、井眼轨迹精确控制为研究对象,确定将地面水平定向分支井作为注浆通道,实施井眼注浆改造含水层,封堵导水裂隙的治理方案,以解决治理区域注浆效果不理想的难题。通过充分整理调研国内外相关研究现状,结合地面水平定向分支井实际应用情况,运用理论分析、数值模拟和现场钻井试验等方法,以多分支水平注浆井设计和井眼轨迹控制为主线,主要进行了以下几个方面的研究:(1)研究轨迹类型和设计模型,总结适合煤层底板注浆多分支水平井的设计原则,选择合理的二维轨迹剖面及分支井眼三维轨迹设计方法。(2)合理简化裂隙的结构特征,运用COMSOL Multiphysics软件模拟浆液在裂隙地层中的流动规律,通过选取地层及注浆参数,研究在不同裂隙特征情况下的注浆过程,得到浆液有效扩散范围,为分支井眼合理布设提供理论依据。(3)研究在断层构造影响下,解决主井眼在钻井过程中所出现的井壁失稳、坍塌掉块,容易卡钻等现象,以及在破碎地带易漏失而造成固井效果较差的钻进安全和固井措施问题;分析不同类型断层对钻井的影响,研究井眼轨迹穿过断层后寻找目标灰岩含水层的技术方法。(4)研究适用的分支井侧钻开分支工艺技术,在保证各分支井眼顺利进入灰岩含水层后,研究基于地质导向技术的顺层轨迹控制方法,考虑主客观影响因素,结合录井信息及随钻伽马测井曲线变化特征,为精确控制井眼轨迹提供指导。通过本文研究及现场试验应用,形成了适合于煤层底板注浆加固改造的多分支水平井高效钻进技术。该技术可有效减少或避免煤矿区复杂地质条件下,钻井过程中所遇到的相关困难与问题,提高钻进效率,同时为同类型多分支井施工提供借鉴参考,具有显著的应用价值,推广前景广阔。
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