1、第 9 期 山 西 焦 煤 科 技 No.92023 年 9 月Shanxi Coking Coal Science&TechnologySep.2023技术经验收稿日期:2023-05-23作者简介:彦鹏(1987),男,宁夏西吉人,2021 年毕业于辽宁工程技术大学,工程师,主要从事矿井“一通三防”管理工作(E-mail)393491240 废弃油井影响范围内治理瓦斯和硫化氢的探索彦鹏1,王晓琪2(1.国家能源集团 宁夏煤业有限责任公司双马煤矿,宁夏灵武750408;2.辽宁工程技术大学 安全科学与工程学院,辽宁兴城125105)摘要针对双马煤矿井下废弃油井影响区域煤层 H2S、CH4治理
2、问题,以马探 23 废弃油井为研究对象,根据前期双马煤矿井下揭露油井情况、采掘工作面硫化氢涌出来源分析及气体参数测试结果,并结合废弃油井的井身结构、破坏形式等,对废弃油井影响区域煤层瓦斯、硫化氢等来源以及废弃油井内瓦斯和硫化氢等气体向煤层运移机制进行了分析。以废弃油井影响范围内油井立体封堵、预注碱性吸收液、喷洒吸收液治理采动涌出硫化氢等关键工艺技术为支撑,通过现场试验应用,实现废弃油井影响范围内瓦斯和硫化氢的高效治理,确保了矿井安全生产。关键词废弃油井;瓦斯治理;硫化氢;立体封堵;碱性吸收液中图分类号:TD711文献标识码:B文章编号:1672-0652(2023)09-0049-04在我国一
3、些矿区,尤其是西北地区,存在着煤炭、石油、天然气等资源共存的现象。由于石油、天然气等资源的早期开发,资源重叠区域中存在相当多的废弃油气井,这些废弃油气井给煤矿区的开采设计带来了较大困难,不仅造成资源浪费,而且在煤炭开采过程中,存在水、气、油等涌入工作面的重大安全隐患,严重制约着煤矿的安全高效生产。随着煤 炭 资 源 的 开 采,废 弃 油 井 影 响 区 域 瓦斯、硫化氢等有毒有害气体的防治已经成为煤矿灾害治理的又一重大难题。王金国等1通过煤矿井田内废弃油井治理的探索与实践研究,提出禾草沟煤矿采区范围内废弃油气井的地面治理方法;马智等2-3提出废弃油井风险分类及治理方案,针对废弃油井的封堵提出
4、立体封堵技术方案;靳华等4-5针对废弃石油井对煤矿采掘活动的危害及现场初步的治理技术提出研究方案;胡全宏等6-8针对废弃油井影响区域煤层瓦斯和硫化氢分布规律、来源分析和治理技术等研究,提出适用现场治理技术措施;索永录等9-10针对废弃石油井周围煤层中油层气扩散渗流规律进行研究,得出煤层气随压力、时间与扩散半径的规律,有效指导现场划定废弃石油井内有毒有害气体影响范围。以上研究为矿区资源重叠区域废弃油井影响范围内瓦斯和硫化氢等有毒有害气体的高效治理提供了示范。但是具体矿井地质条件不同,在废弃油井影响范围内治理瓦斯和硫化氢仍需要展开研究。1马探 23 废弃油井地面封堵情况1.1马探 23 废弃油井概
5、况马探 23 废弃油井位于宁夏盐池冯记沟乡岔岱村,处于双马煤矿 I0104106 工作面内,距离该工作面切眼 956 m,距离工作面回风巷 154 m,距离运输巷127 m,距离马探 29 废弃油井 905 m.马探 23 废弃油井揭露地层情况见表 1.1.2马探 23 废弃油井地面封堵方案马探 23 油井为有套管油井(有资料),经调查发现该油井有偷采情况,所以认定为无封堵水泥,归为II 类油井,油井中可能含有水、油、气,可能在揭露时涌出,导致人员伤害。根据该废弃油井治理方案,先进行井上地面封堵治理再进行井下处理,因为油井正在偷采,所以油井封堵前不需要透井。马探 23 废弃油井地面封堵治理参数
6、见表 2.表 1马探 23 废弃油井揭露地层情况表油井编号第四系/m古近系/m侏罗系/m三叠系/m安定组直罗组延安组至长 10累深/m位置马探 2313.676.76467.22906661 177.506 工作面表 2马探 23 废弃油井地面封堵治理参数表井号坐标参数XY地面标高/m18-2 煤底板标高/m封堵深度/m备注马探 234 181 093.36398 323.88+1 382.5+886601无资料1.3马探 23 废弃油井地面封堵情况马探 23 废弃油井地面有抽采设备,2019 年 3 月18 日开始进行地面封堵工程,并严格按照地面封堵程序进行。3 月 20 日,进行洗井作业,
7、确定井内无油管及其他异物,在井口向下 600 m 处施工人工井底,候凝 24 h 后,对井底进行了耐压试验。3 月 24 日,地面封堵治理工作完毕,施工设备进行搬迁,施工地面封堵标示牌、恢复植被。废弃油井井深结构示意图见图 1.图 1废弃油井井身结构示意图2瓦斯和硫化氢超前探测及分布规律为了掌握 23 废弃油井影响区域气体原始浓度分布规律,利用在该废弃油井影响区域施工的注硫化氢吸收液钻孔进行了气体成分测定。该废弃油井距离I0104106 综 采 工 作 面 切 眼 956 m,其 中 油 井 前 后200 m 范围内,在 I0104106 回风巷、运输巷分别设计施工 41 个钻孔,实际初期在
8、I0104106 回风巷施工 30个钻孔(F14 F44),后期补充施工完成 10 个钻孔。I0104106 工作面该废弃油井影响区域硫化氢浓度测试钻孔布置见图 2.I0104106 工作面马探 23 废弃油井影响区域注碱性吸收液钻孔施工期间,在油井地面封堵前后通过取样分析对钻孔内气体成分进行了测试(主要分析成分:CH4、CO2、H2S、CO、O2等)。根据测定结果统计,初期在该废弃油井影响区域沿 I0104106 工作面走向在回风巷共施工钻孔 27 个,测定钻孔内硫化氢浓度最高 为 2600 10-6(F38 钻 孔,距 废 弃 油 井 中 心170 m),另外 F35 钻孔(距废弃油井中心
9、 140 m)硫化氢浓度 为 2400 10-6,其 他 钻 孔 硫 化 氢 浓 度 均 在100010-6以下。预注碱性吸收液钻孔施工完成后再次测定,F38 钻孔实测硫化氢浓度 130010-6,F35钻孔实测硫化氢浓度 6810-6,其他钻孔除 F26(19110-6)、F30(12410-6)以外硫化氢浓度均在 10010-6以下(约 2/3 钻孔硫化氢浓度在 1010-6以下)。马探 23 废弃油井影响域内钻孔硫化氢浓度测定结果分类统计见表 3,表 4.为进一步分析废弃油井影响范围内瓦斯、硫化氢气体浓度的分布规律,以马探 23 废弃油井中心为基准,I0104106 工作面马探 23 废
10、弃油井地面钻孔封堵前后钻孔甲烷、硫化氢浓度分布规律见图 36.由图36 可知:05山 西 焦 煤 科 技2023 年第 9 期图 2硫化氢浓度测试钻孔布置图表 3钻孔初期硫化氢浓度分类统计表序号硫化氢浓度/10-6对应钻孔编号钻孔个数1100 以下F27、F28、F29、F31、F32、F33、F34721001000F26、F30、F36、F37、F39、F40、F41731000 以上F35、F382表 4钻孔后期硫化氢浓度分类统计表序号硫化氢浓度/10-6对应钻孔编号钻孔个数110 以下F15F20、F22F25、F27F29、F31、F33、F34、F37、F4018210100F21
11、、F32、F35、F36、F39、F41631001000F26、F30241000 以上F381图 3初期钻孔硫化氢浓度分布规律图1)由于煤层瓦斯含量较小,钻孔测定甲烷浓度均比较小,大部分钻孔无甲烷。2)马探 23 废弃油井地面封堵前测定硫化氢浓度相对较高,地面封堵后钻孔测定硫化氢浓度均比较小(与钻孔瓦斯浓度分布规律一致),并且在远离废弃油井 130 200 m 局部区域有增大的趋势,其分布图 4初期钻孔甲烷浓度分布规律图图 5后期钻孔硫化氢浓度分布规律图图 6后期钻孔甲烷浓度分布规律图具有不均衡性特征。3马探 23 废弃油井影响区域瓦斯和硫化氢治理根据废弃油井地面封堵及井下揭露情况,马探2
12、3 废弃油井有双层套管并且套管完好。但该废弃油152023 年第 9 期彦鹏等:废弃油井影响范围内治理瓦斯和硫化氢的探索井影响区域的瓦斯含量和硫化氢气体浓度测定结果显示,废弃油井对采煤工作面的安全影响较大。1)瓦斯治理效果。通过增加风量稀释瓦斯,并且利用预注碱性吸收液钻孔进行瓦斯超前排放,I0104106 工作面回采过马探 23 废弃油井期间瓦斯治理效果较好。工作面进入废弃 油 井 影 响 区 域 后,初 期 风 量 增 大 至 1900 2100 m3/min,工作面、上隅角、回风瓦斯浓度基本保持在 0.1%0.2%,最大为 0.25%;在工作面距马探23 废弃油井中心位置 200 m 以后
13、直至揭露油井期间,工作面风量增加至 2600 2700 m3/min,工作面、回风流瓦斯浓度下降较为明显,基本控制在 0.1%以下,上隅角瓦斯浓度在局部区域有所增大,最大达到0.68%,但是 在 接 近 油 井 中 心 位 置 时 逐 渐 下 降 至0.2%以下。I0104106 工作面过马探 23 废弃油井期间工作面、上隅角、回风瓦斯涌出变化规律见图 7.图 7废弃油井影响区域瓦斯涌出变化规律图2)硫化氢涌出治理效果。根据现场考察,I0104106 工作面马探 23 废弃油井影响区域硫化氢治理采取地面封堵治理为主、井下治理为辅综合防治措施,取得了较好的效果。通过持续开展煤层注碱性吸收液工业性
14、试验,累计向马探 23 废弃油井超前钻孔控制区域注碱性吸收液 50.7 t,有效降低了采动硫化氢涌出浓度。根据现场考察,采取预注碱性吸收液后,工作面倾向 20#110#支架有大量淋水,煤体湿润效果较好,该区域采煤机割煤期间硫化氢涌出浓度明显下降。I0104106 工作面回采期间,采取采煤机中高压喷雾、架间喷雾以及回风巷中高压喷雾等措施,喷雾系统雾 化 效 果 较 好,有 效 降 低 了 采 动 硫 化 氢 浓 度。I0104106 工作面距马探 23 废弃油井不同距离下工作面瓦斯和硫化氢绝对涌出量的变化规律见图 8.图 8I0104106 工作面瓦斯和硫化氢涌出量变化规律图根据图 8 分析可知
15、,I0104106 工作面在马探 23废弃油井影响区域,从距马探 23 废弃油井 500 m 至揭露油井范围内,瓦斯和硫化氢涌出量变化总体上呈现先增大后减小的趋势。I0104106 工作面瓦斯和硫化氢涌出量在距废弃油井 150 380 m 较大,瓦斯涌出量最大达到 5.08 m3/min(距废弃油井 173.4 m 位置),硫化氢涌出量最大达到 0.510-6m3/min(距废弃油 井 167.5 m 位 置)。在 距 马 探 23 废 弃 油 井150 m 至揭露油井期间,瓦斯涌出量特别小,硫化氢涌出量则呈逐渐下降的趋势。根据废弃油井影响区域瓦斯和硫化氢超前探测钻孔实测结果可知,在远离废弃油
16、井 130 200 m 钻孔瓦斯和硫化氢浓度局部区域有增大的趋势,钻孔测定瓦斯浓度在距废弃油井 180 m 位置最大,钻孔测定硫化氢浓度在距废弃油井 170 m 位置最大,这与图 8所示瓦斯和硫化氢涌出量最大值的位置完全吻合。4结语1)由于煤层瓦斯含量较小,钻孔测定甲烷浓度均比较小,大部分钻孔无甲烷。马探 23 废弃油井地面封堵前测定硫化氢浓度相对较高,地面封堵后钻孔测定硫化氢浓度均比较小(与钻孔瓦斯浓度分布规律一致),并且在远离废弃油井 130200 m 局部区域有增大的趋势,其分布具有不均衡性特征。2)通过从地面封堵到井下治理、从主动控制到被动防治,最终将硫化氢涌出浓度降低至 6.610-
17、6以下。3)针对双马煤矿井下废弃油井影响区域煤层H2S、CH4治理问题,采用废弃油井影响区域油井立体封堵、预注碱性吸收液、喷洒吸收液治理采动涌出硫化氢等关键技术,实现了废弃油井影响范围内瓦斯和硫化氢的高效治理,确保了矿井安全生产,具有较好的经济及社会效益。(下转第 56 页)25山 西 焦 煤 科 技2023 年第 9 期4结语保持较低的介质消耗不仅是选煤厂经营需要,也是保持分选密度控制系统稳定,保证精煤产品质量的需要。辛置选煤厂的降耗探索表明,介质中强磁性物质含量的高低是介耗高低的先决条件,只有使用原矿生产的磁铁矿粉,才可以使介耗大幅降低。同时合理的介质添加工艺和回收工艺也是必不可少的,并加
18、强对脱介环节的动态巡查控制。参考文献1辛得祥,石绍辉,岳广礼,等.赵楼选煤厂降低介质消耗的实践J.选煤技术,2013(1):64-66.2丁怀显,刘朋,陈帆,等.大武口洗煤厂本部不脱泥重介工艺降低介耗的实践J.选煤技术,2013(2):42-44.3刘艳萍.赵各庄矿选煤厂降低介质消耗的实践J.选煤技术,2012(4):30-32.(上接第 26 页)参考文献1刘俊杰.亭南煤矿二盘区开采地表移动变形研究D.西安:西安科技大学,2016.2何万龙,康建荣.山区地表移动与变形规律的研究J.煤炭学报,1992,17(4):1-15.3蓝航,张华兴,姚建国,等.山区地表采动沉陷预计的数值模拟J.煤炭学报
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