【正文】 編號：（ ）字 號本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）煤層氣空氣鉆井工藝技術(shù)設(shè)計 題目： 姓名： 楊文軍 學(xué)號：21070435 班級：地質(zhì)工程2007級2班 二〇一一年六月中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計姓 名：（ 楊 文 軍 ） 學(xué) 號： 21070435學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 地質(zhì)工程 　 設(shè)計題目：煤層氣空氣鉆井工藝技術(shù)設(shè)計 專 題：WLG01煤層氣參數(shù)井空氣鉆井工藝技術(shù)設(shè)計 指導(dǎo)教師： 李巨龍 職 稱： 副教授 2011年 6月 徐州 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書學(xué)院 專業(yè)年級 學(xué)生姓名 任務(wù)下達(dá)日期：2010年 12月30日畢業(yè)設(shè)計日期： 2011 年 2 月 25日至2011年 6月10 日畢業(yè)設(shè)計題目：煤層氣空氣鉆井工藝技術(shù)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計專題題目：WLG01煤層氣參數(shù)井空氣鉆井工藝技術(shù)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書評閱教師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大?。虎苋〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要煤層氣在早期的煤炭開采利用過程中，作為一種威脅煤礦安全生產(chǎn)有害氣體，通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)被全部直接排入大氣之中，然而隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異和能源資源瀕臨短缺，煤層氣開始變廢為寶，成為一種環(huán)保、高效和潔凈的能源物質(zhì)；然而煤層氣的開發(fā)手段卻是現(xiàn)階段主要解決問題。由于煤層氣自身的性質(zhì)特征和其相對應(yīng)的地質(zhì)條件，加之目前還不甚發(fā)達(dá)的科技，煤層氣的開發(fā)利用無疑受到很大的局限。目前，煤層氣的開采主要方法有地面鉆孔開采和地下瓦斯抽發(fā)系統(tǒng)抽出，本文主要對煤層氣的地面鉆進(jìn)開采作了一定的探討，主要從空氣鉆進(jìn)入手，對煤層氣空氣鉆井作了一番膚淺的研究。在進(jìn)行空氣鉆井設(shè)計時，采用了修正后的Angel模型建立了井筒環(huán)空內(nèi)任意井深處的空氣壓力計算方程，同時采用了最小動能法和最小速度法對攜帶巖屑最小注氣量的確定作了較為深入的介紹。關(guān)鍵詞：煤層氣； 空氣鉆井； 工藝技術(shù)； 設(shè)計 AbstractIn the early process of coal mining, as a harmful gas to safety production of coal mines, coalbed methane was all directly set into the atmosphere by the ventilation system . However, with the development of the science and technology change and energy resources to the brink of a shortage of the situation, but 變廢為寶 coalbed methane, an environmental protection, efficient and clean source of material ； coalbed methane, however, the development of the means are at present the main solve 。coalbed methane itself as the nature of the characteristics and the corresponding to the geological condition, is still not very advanced technology, coalbed methane of development and utilization, is restricted. currently, the chief method is accessible coalbed methane the mining and drilling in the gas off the system, this article mainly on the ground into coalbed methane mining has been made, mainly from the air into the air, coalbed methane drill made a superficial study. Drilling in the air in the design for the angel of the revised model established izutsu the empty wells in any depth of the equation of air pressure, used to the kinetic energy and smallest of the speed with the smallest note with the determination of a more indepth presentation.Key words: Coalbed methane；Air drilling；Technology；Design 目 錄 一般設(shè)計部分 11 緒論 2 2 3 3 42 工程概況 5 5 5 5 5 6 63 鉆井一般性設(shè)計 7 7 8 8 8 9 9專體設(shè)計部分 114 空氣鉆井設(shè)計 12 12 12 12 13 13 13 13 14 14 15 17 17 17 19 19 19 20 21 21 225 鉆井事故預(yù)防措施 24 24 24 24 25 25 26 H2S事故的預(yù)防 26 2失火、傷亡應(yīng)急預(yù)案 27 28 28 28 29 296 結(jié)論 31 31 31 31 31 31 31參考文獻(xiàn) 32附錄 33翻譯部分 34英文原文 35中文譯文 39致 謝 42 中國礦業(yè)大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)論文 第 42 頁 一般設(shè)計部分1 緒論 煤炭行業(yè)是一個特殊的行業(yè),作業(yè)人員地點在井下，時刻都受到礦塵、瓦斯、頂板、火災(zāi)、透水等自然災(zāi)害的威脅。其中礦塵、瓦斯、火災(zāi)“三大害”不僅危害后果特別嚴(yán)重，而且難以治理。特大瓦斯爆炸案例近年來就發(fā)生在山西焦煤，龍煤鶴崗等大型國有企業(yè)。煤炭開采前抽放瓦斯，不僅能大大降低重大安全事故發(fā)生的可能性，更是關(guān)系到社會和諧、穩(wěn)定的重大民生問題。 煤層氣俗稱“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷),與煤炭伴生、以吸附狀態(tài)儲存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣。、其熱值與天然氣相當(dāng)[1]，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是優(yōu)質(zhì)的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。煤層氣空氣濃度達(dá)到5%16%時，遇明火就會爆炸[2]，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤層氣直接排放到大氣中，其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍[1]，對生態(tài)環(huán)境破壞性極強(qiáng)。在采煤之前如果先開采煤層氣，煤礦瓦斯爆炸率將降低70%到85%。煤層氣的開發(fā)利用具有一舉多得的功效：降低瓦斯含量，具有安全效應(yīng)；有效減排溫室氣體，產(chǎn)生良好的環(huán)保效應(yīng)；作為一種高效、潔凈能源，商業(yè)化能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。煤層氣的開采一般有兩種方式：一是地面鉆井開采；二是井下瓦斯抽放系統(tǒng)抽出[3]。地面鉆井開采的煤層氣和抽放瓦斯都是可以利用的，通過地面開采和抽放可以大大減少風(fēng)排瓦斯的數(shù)量，降低了煤礦對通風(fēng)的要求，改善了礦工的安全生產(chǎn)條件。地面鉆井開采方式，國外已經(jīng)使用。我國有些礦區(qū)煤層透氣性較差，地面開采有一定困難。煤層氣過去除了供暖外沒有找到合理的利用手段，一直未能充分利用，因而抽放瓦斯絕大部分仍然排入大氣，花掉了資金，浪費了資源，污染了環(huán)境。 　　我國煤層氣資源豐富，居世界第三。1010m3以上，109m3左右，除去現(xiàn)已利用部分，109m3左右的剩余量，109m3，109m3，約折合標(biāo)煤1107噸。如用于發(fā)電，每年可發(fā)電近31010千瓦時[1]。 我國煤層氣分布極不均衡，井產(chǎn)普遍較低，故如何提高煤層氣的開采成為當(dāng)今煤炭行業(yè)亟待解決的技術(shù)難題。 晉西地區(qū)是我國進(jìn)行煤層氣資源開發(fā)的重要目標(biāo)區(qū)域之一，八十年代末至九十年代初，地礦部華北石油局選擇了安徽淮南、河南安陽和山西柳林三個地區(qū)專項建立了煤層氣的開放實驗區(qū)。其中效果最為理想的是山西柳林地區(qū)，103m3。 兩淮礦區(qū)煤層氣含量巨大，但由于開采技術(shù)不成熟，經(jīng)常導(dǎo)致瓦斯爆炸等重大安全事故。為借鑒山西在煤層氣開采方面的成功經(jīng)驗，有效的“變廢為寶”，國家在兩淮煤炭基地投資建設(shè)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”之“兩淮礦區(qū)煤層群開采條件下煤層氣抽采示范工程” 任務(wù)二（未采區(qū)、采動區(qū)和采空區(qū)煤層氣抽出技術(shù)）的研究內(nèi)容，淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司蘆嶺煤礦“一井三用”地面煤層氣壓裂井示范工程是其中一部分。 本文以淮南礦區(qū)蘆嶺煤礦WLG01井為例，根據(jù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，對此口井相關(guān)段進(jìn)行了煤層氣空氣鉆井工藝設(shè)計，并討論了國內(nèi)煤層氣空氣鉆進(jìn)工藝技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 空氣鉆井是目前鉆速最快、最經(jīng)濟(jì)的欠平衡鉆井作業(yè)方式之一，是低壓、低滲漏、特別是惡性井漏鉆井最實用的技術(shù)?？諝忏@進(jìn)是以壓縮空氣代替沖洗液作為循環(huán)介質(zhì)，吹洗鉆井，冷卻鉆頭和攜帶巖粉至井外的一種先進(jìn)、高效的鉆井方法?？諝忏@進(jìn)可以是正循環(huán)鉆進(jìn)，也可以是反循環(huán)鉆進(jìn)[4]。 空氣鉆進(jìn)是欠平衡鉆進(jìn)的一種。常規(guī)的鉆井屬于過平衡鉆井，鉆井液壓力大于地層流體壓力，小于地層破裂壓力。欠平衡鉆井時，鉆井液壓力略小于地層流體壓力，仍大于地層破裂壓力。這樣能及早發(fā)現(xiàn)油氣藏，有利于防止井噴。 空氣鉆進(jìn)按照在空氣中加注的物質(zhì)，可以分為干空氣鉆進(jìn)、霧化鉆進(jìn)、泡沫鉆進(jìn)、泡沫泥漿鉆進(jìn)等。 空氣鉆井液相對于普通泥漿有如下優(yōu)點[5]： ①相對密度小，粘度低。相對密度是指空氣鉆井液與同體積水的質(zhì)量之比。相對密度決定著巖層的壓力。粘度是泥漿流動難易程度的指標(biāo)。它反映泥漿流動時，其內(nèi)部摩擦阻力的大小。相對密度小，有利于煤層氣的析出；粘度小，使井底凈化程度高，避免了重復(fù)碎巖，也有利于降低鉆桿柱的磨損，減少動力設(shè)備的負(fù)荷[6]。②沖洗效果好，鉆效高，減少井漏問題。試驗數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實踐證明，空氣作為循環(huán)液冷卻、清洗孔底效果要好于普通泥漿。固相含量大大降低，鉆效大幅度提升。主要原因是井底巖石沒有井孔內(nèi)液柱的壓力，而空氣柱的壓力僅為水柱壓力的1/800左右，這就使鉆頭下的巖石在地層壓力的“反壓差”作用下最大