煤矿井田内废弃油井风险分类及治理方案的选择_马智.pdf

第 46 卷 增刊 1煤田地质与勘探Vol. 46 Supp.1 2018 年 7 月COALGEOLOGY abandoned oil well; three-dimensional plugging; plugging scheme 如何安全、环保、高效地开发煤炭、石油、天 然气等资源，一直是各国专家学者致力于研究的问 题之一。一些地区存在着这些资源共存的现象，由 此引发的资源重叠区域的多种资源安全、经济、协 调开发问题已逐步受到关注[1]。神华宁夏煤业集团 公司有 5 个矿井井田内分布有石油系统施工的各种 油气井，这些油气井对煤矿的安全开采造成重大影 响。经过查找资料发现，目前国内外尚未提出煤炭 开采中有关早期施工的废弃油井的安全处理措施。 1煤矿井田内废弃油井的分类 1.1废弃油井对煤矿开采的影响 废弃油井对煤矿开采的主要影响因素为废弃油井 内有害气体的含量；含煤地层与强含水层之间的间距； 含油地层与含煤地层之间的间距；含油地层的水头高 度与压力[2]；含煤地层与含油地层层间干扰情况[3]；废 弃油井井内有无套管或者套管破损情况等。这些影响 因素中，含煤地层与强含水层的距离、含油地层与含 煤地层之间的距离、含油地层水头高度及压力一般为 确定值，需要根据这些确定因素并结合其他因素，对 废弃油井影响煤矿安全开采的程度进行评价。 1.2废弃油井风险等级划分 根据废弃油井对煤矿的影响因素划分油井的风 险等级。单井评价时，有任何一项指标达到较高等 级，则全井按照较高的等级确定风险。 1.2.1通井压力计算 通井压力计算主要根据含油地层的深度，废弃 油井井筒内的压力主要为有害气体、水、原油产生 的压力。主要参考承压水水头及压力和煤层气井水 力压裂计算方法进行计算[4-5]。 1.2.2含油地层与强含水层的距离确定 根据废弃油井附近勘探地质钻孔或水文钻孔确 定含油地层与强含水层的距离以及强含水层的富水 性、充水通道等。 1.2.3含油地层与含煤地层的距离确定 ChaoXing 98煤田地质与勘探第 46 卷 根据废弃油井附近勘探地质钻孔或水文钻孔以 及石油系统在区域内施工的废弃油井完井资料分析 含油地层层位以及与含煤地层的关系[6]。 1.2.4硫化氢气体涌出量 根据采掘工作面内硫化氢气体含量监测数据， 工作面内配备的风量情况，确定涌出量大小。 1.2.5层间干扰情况 根据废弃油井附近地质钻孔，通过分析各个地 层间的层间距、地层岩性、地层间的相互影响等因 素，确定各个层间干扰情况。 1.2.6套管破损情况 根据石油测井技术对废弃油井破损情况及破损 位置进行检测，再结合废弃油井附近地质钻孔情况分 析废弃油井套管破损位置与含煤地层之间的距离。 综合以上 6 个因素，对井田内的废弃油井进行 风险等级评价和归类，根据不同类型的废弃油井采 取不同治理方案表 1。 表 1风险分类表 Table 1Risk classification 风险类别 评价准则 通井压 力/MPa H2S 涌出 量/10–6 与强含水层的距离/m 含油地层与含煤 地层的距离 h/m 层间干扰情况套管破损情况 一类00无强含水层h≥100 层间不沟通， 不存在 油气水窜 无破损，或破损点在含煤 地层100 m 以下 二类5 6.6≤涌出量 ≤176 大于导水裂隙带高度或底 板承压水水头高度 10≤h100 层间存在沟通， 但油 气水窜影响较小 有破损，但在含煤地层以 下100 m 范围内 三类≥7≥176 距离不大于导水裂隙带高 度或底板承压水水头高度 h10 层间存在沟通， 存在 严重油气水窜 有破损，在含煤地层中 2煤矿中废弃油井治理方案的选择 2.1一类井治理方案 一类井属于安全状态，虽然采掘工作面内有废 弃油井，但是根据分类风险该井对工作面正常采掘 影响不大。这类油井不需要进行地面封堵处理，只 需在井下采区进行必要的安全技术措施， 正常通风、 施工即可[7]。 2.2二类井治理方案 二类井防治硫化氢气体超标，，还需采用以下特 殊措施[8-10]。 2.2.1增加风量，稀释工作面硫化氢浓度 a. 增加采掘工作面迎头供风量， 有效稀释硫化氢 浓度。 b. 局部通风机必须实现“双风机、双电源”自动 切换功能和“三专两闭锁”功能，保证“甲烷电、风 电”闭锁功能有效。 c. 掘进工作面风筒距迎头距离必须符合规程 要求，不得超过 10 m，风筒吊挂必须做到平、直， 严禁花接，对破口、漏风要及时处理。 d. 若采掘工作面硫化氢气体超过 6.610–6， 必 须立即停止掘进施工，只有当采取措施掘进工作面 硫化氢气体低于 6.610–6时方可作业[11]。 2.2.2增加设备，捕捉风流中硫化氢 a. 掘进回采工作面回风巷工作面迎头 20 m 处 安设一组全断面净化水幕，必须在掘进作业期间保持 净化水幕开启。 b. 采掘保证综掘机、采煤机内外喷雾装置完好， 掘进过程中设备必须开启内外喷雾，进行稀释硫化氢 气体浓度。 c. 在采煤机、掘进机上安装高压喷雾装置，利用 其喷出的中、高压吸收液水雾包围圈，实现对割煤生 产时产生硫化氢拦截捕捉及净化吸收，达到从硫化氢 产生源头处有效治理的目的。 d. 在掘进回采工作面回风巷工作面迎头 30 m 处安装 KCS-400D 矿用湿式除尘风机， 通过在 除尘风机喷雾系统中添加硫化氢吸收液，把割煤涌 出的硫化氢进行集中抽取，实现对抽取硫化氢的净 化处理。 2.2.3喷洒硫化氢吸收液，降低风流中硫化氢浓度 a. 在采掘工作面储备 3 t 硫化氢吸收剂，加工存 放一个容量为 4 m3的铁制水箱装满水， 准备 2 台 5.5 kW 潜水泵[12]。 b. 在采掘工作面正常作业时， 若出现硫化氢超限 情况时，施工人员必须停止作业，利用潜水泵配合高 压胶管向工作面迎头、底板落煤、两帮煤体喷洒硫化 氢吸收液，以降低巷道中的硫化氢浓度，只有工作面 硫化氢气体浓度降到安全质量分数6.610–6以下 时，方可作业。 二类井防止水害等安全事故发生时采用以下 措施 a. 按照 煤矿防治水规定 要求， 进行边探边掘， 当掘进工作面距废弃油井 100 m 时执行“边探边掘” ， 每次施工 3 个钻孔， 其中中间钻孔针对废弃油井位置， 两边钻孔分别与中间钻孔夹角为 45，每个钻孔施工 长度为 60 m。当掘进 40 m 后继续按以上钻孔布置方 式继续施工钻孔，直至探到废弃油井具体位置或过废 弃油井 60 m 后结束。 b. 做好防排水系统，确保钻孔打通废弃油井后， 工作面涌水量增大，能够正常排出。 2.3三类井治理方案 三类井属于对煤矿采掘影响较大的井，这类废 弃油井必须采取立体封堵治理方案，消除隐患，确 保矿井安全生产。 ChaoXing 增刊 1马智等 煤矿井田内废弃油井风险分类及治理方案的选择99 2.3.1地面封堵治理 所有废弃油井地面封堵治理时必须采用全钻孔 水泥浆封堵方法，通过井口查找、开挖、透孔、水 泥封堵、加压验封等工程措施，完成废弃油井地面 封堵治理工程。但是在施工过程中必须制定相应安 全技术措施，防止发生井喷[13]。 2.3.2井下揭露治理 井下废弃油井通过依次采取“探、揭、切、截、 堵”方法进行处理，确保井下安全通过废弃油井。即 ①首先采取边探边掘，确定废弃油井的具体位置；② 掘进巷道或综采工作面直接揭露废弃油井；③对揭露 的废弃油井进行切割，放出套管内的有害气体或积水 等；④排出废弃油井套管内的有害气体或积水后，沿 巷道顶底板切割掉套管；⑤对巷道顶底板切割后的废 弃油井进行封堵措施。 3结 论 a. 根据废弃油井对煤矿安全开采的影响因素将 废弃油井分为 3 大类，再根据废弃油井不同的类型， 煤矿可以制定不同的废弃油井治理方案。 b. 根据不同类型的废弃油井对煤矿开采的影响 因素，分别制定了相应的处理措施，减少废弃油井对 煤矿安全开采的影响，确保矿井的安全生产。 c. 对废弃油井的归类和治理方案的选择为以后 双马煤矿对废弃油井的处置提供了主要的依据，也为 神华宁夏煤业集团其他矿井提供参考依据。 参考文献 [1] 王金国， 李慧平， 陈盼. 煤矿井田内废弃油井治理的探索与实 践[J]. 煤炭技术，2014，334262–264. WANG Jinguo， LI Huiping， CHEN Pan. Exploration and practice of abandoned oil well management in coal mine field[J]. Coal Technology，2014，334262–264. [2] 国家安全生产监管总局， 国家煤矿安全监察局. 煤矿防治水规 定[M]. 北京煤炭工业出版社，2009. [3] 中国石油化工集团公司科技部. 废弃井封井处置规QSH 06532015[S]. 北京中国石油化工集团公司，2015. [4] 郑世书，陈江中，刘汉湖. 专门水文地质学[M]. 徐州中国 矿业大学出版社，1999. [5] 乌效鸣. 煤层气井水力压裂计算原理及应用[M]. 武汉中国 地质大学出版社，1997. [6] 神华宁夏煤业集团. 神华宁夏煤业集团双马煤矿地质勘探报 告[R]. 银川神华宁夏煤业集团，2005. [7] 国家安全生产监督管理总局. 煤矿安全规程[S]. 北京 煤炭工 业出版社，2016. [8] 神华宁夏煤业集团. 神华宁夏煤业集团双马煤矿井下硫化氢 气体防治方案[R]. 银川神华宁夏煤业集团，2015. [9] 孟庆安. 煤层注碱治理硫化氢工艺参数研究[J]. 煤矿安全， 2017，481117–25. MENG Qing’an. Study on parameters of hydrogen Sulfide treatment in tiexin coal mine by injecting alkali[J]. Safety in Coal Mines，481117–25. [10] 张天祥. 煤矿硫化氢治理技术及实践[J]. 山西焦煤科技， 2012937–40. ZHANG Tianxiang. Hydrogen sulfide control technology and practice in coal mine[J]. Shanxi Coking Coal Science＆ Technology，2012937–40. [11] 崔涛，王艳艳. 阿曼 Lekhwair 油田钻井过程中硫化氢的监控 与应急救援[J]. 中国安全生产科学技术， 2009， 53 177–180. CUI Tao，WANG Yanyan. Monitoring and emergency rescue of hydrogen sulfide during drilling in Lekhwair oil field， Oman[J]. Journal of Safety Science and Technology， 2009， 5 3 177–180. [12] 王文娟， 刘剑锋. 危险性气体泄漏扩散数学模拟研究[J]. 工业 安全与环保，2006，321123–24. WANG Wenjuan，LIU Jianfeng. Mathematical simulation study of dangerous gas leakage diffusion[J]. Industrial Safety and Environmental Protection，2006，321123–24. [13] 席学军， 邓云峰. 井喷硫化氢扩散分析[J]. 中国安全生产科学 技术，2007，3420–24. XI Xuejun ， DENG Yunfeng. Analysis on the diffusion of hydrogen sulfide by blowout[J]. Journal of Safety Science and Technology，2007，3420–24. ChaoXing