【视频回放】卢义玉教授：水力化网格碎裂煤层增透理论与实践

【能源人都在看，点击右上角加'关注'】

为方便大家学习交流，编辑部整理了【煤炭学报大讲堂】第9期：卢义玉教授——“水力化网格碎裂煤层增透理论与实践”的视频回放，同时就观众在互动环节提出的问题进行了统一解答！具体如下：

视频回放

问题解答

1问：树状钻孔装备研发是否已经研发出来？在现场应用效果如何？

答：装备已经基本研发成功，目前处于中试的阶段，可以实现钻孔自动化。依据在河南平顶山的使用效果来看，应用效果相当不错。

2

问：导向压裂技术对软煤是否适用？

答：水力压裂在软煤中应用是一大难题。煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室胡千庭教授在这方面做了许多工作，从现场实验来看，水力压裂在软煤中的应用主要存在两方面的问题，制约了这项技术在软煤中的应用。第一个是起裂裂缝的大小，这关系到支撑剂能否进入裂缝，若裂缝太小，支撑剂是无法进入的。如在山西晋城，使用了水力压裂之后，发现支撑剂推挤在压裂空周围，没有展布到裂缝中，很大一部分原因就是因为软煤中起裂裂缝太小。第二个原因是软煤过于软弱，甚至有些地方像黑色的面粉，支撑剂在这样如此软的煤层中是无法支撑的，并且压裂裂缝在张开后迅速闭合，导致煤层气开采在前期取得一定的效果，而到后期迅速衰减。

3

问：树状钻孔里的软管的工作机制是什么，软管是否会发生损坏？

答：钻孔时钻杆与软管并无关系，钻孔完成之后，再从钻杆尾部将软管和高压水射流喷嘴送进指定位置，其中转向器与钻杆在一起，设计之初就充分考虑了转向器的强度问题，不会在钻孔过程中发生损坏。

4

问：提到钻孔布置在顶板中，那么水射流破碎岩体与煤体有什么区别？

答：以前在实验研究时，钻孔钻了三四十米时就会损坏钻杆，所以选择尽量避开软煤层，先沿着顶板和煤层交接面钻孔，之后再进行割缝，这时候较低的压力能够切割煤体，但无法切割岩体。所以我们就需要选择另外的射流方式，就是磨料射流，这个甚至可以切割钢板。所以在切割煤体是选择纯水射流，切割岩体时选择磨料射流，当然也可以选择改变压力。团队成员曾做过很多实验，对许多材料进行切割并建立数据库，什么材料最适合什么射流方式都有对应的数据支撑。

5

问：后置喷头的作用，您刚才介绍了有两个：动力和排渣，在现场应用中排渣也是很重要的，在现场试验时有没有出现卡钻的现象呢？

答：现场试验时的确出现过几次卡钻，但卡钻并不是主要问题，主要问题是卡钻后钻头能不能拔出来，所以设计的时候，钻头的直径要比软管小，当出现卡钻时就可以利用绞盘把钻头拔出来。尽量控制钻头的钻进速度和排渣量实现实时控制，排渣顺畅时，钻进速度可以快一点，当排渣不顺畅时，钻进速度可以慢一点，利用这样的控制方式来减少卡钻的发生。

6

问：通过水射流转弯自进钻进如何控制方向？

答：这正是我们目前研究的主要内容。其实控制方向比较简单，总的来说可以分为两类，一种是人为定方向，一种是控制其钻进方向。人为定方向是通过钻杆转动来改变钻孔的方向，确定其方位。钻进以后若不加控制的话，就不清楚实际钻进的方向，就像预计的水平钻进，但实际方向可能就不清楚了，是比较难的研究内容，我们试着用简单的方法解决，但并未完全得到解决。目前解决这个问题的第一种方法就是控制张力，通过绞盘拉住喷头后面的软管，就像拉住马车的缰绳一样，尽量保持钻头处于中孔位置，这种方式取得一定的效果，这也是在绞盘上面加两个气动马达的原因，就是给软管一定的阻力。第二种方法就是我们目前正在研制的结合火箭控制原理的控制装置，因为火箭发射后也有多个喷嘴控制方向，我们的钻头上布置有6~8个喷嘴，在尺寸较小的情况下如何实现控制某个喷嘴的开合状态来控制方向，是我们团队目前正在研究的重点。

7

问：水射流技术在煤层气开发中的应用与石油系统相比，有什么区别？

答：总结罗平亚院士会议，结合查阅了相关资料，均显示，目前煤层气开发往往是借助于油气理论，钻的井主要是斜井，或者水平井，要么就是对储层进行压裂，大多采用这些技术。当然也有用二氧化碳增透或者其他的技术，但是效果都不太好，还在适应阶段，还没有完全公开使用，真正公开使用的还是水力压裂技术。刚才提到的水力压裂在煤层气和石油天然气的应用，在砂岩中使用时问题不太大，包括在页岩气开发也取得一些突破，重庆的页岩气方面，中石化和中石油，在长宁、威远一带都取得了一些成果，但是都有一些特性，就是储层厚度的问题。页岩和煤既有相同的地方也有不同的地方，相同地方是陆相页岩气吸附性比较高，不同的地方是页岩和硬煤比较接近，和软煤差别非常大，所以水力压裂技术应用在深部中，如何构建比较大的裂缝网络，这个是煤层气开发可能遇到的最大问题。

卢义玉教授团队近年相关成果

1. 卢义玉,李瑞,鲜学福,葛兆龙,夏彬伟.地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气探讨[J].煤炭学报,2021,46(3):876-884. 2.卢义玉,彭子烨,夏彬伟,喻鹏,欧昌楠.深部煤岩工程多功能物理模拟实验系统——煤与瓦斯突出模拟实验[J].煤炭学报,2020,45(S1):272-283. 3.汤积仁,张靖,卢义玉,王相成,陈侠宇,周建坤,陆朝晖.页岩对CO2的绝对吸附量及其影响因素试验研究[J].煤炭学报,2020,45(8):2838-2845. 4.汤积仁,王相成,卢义玉,敖翔,韩帅彬.页岩-煤吸附CO2时间效应及变形各向异性试验研究[J].煤炭学报,2018,43(8):2288-2295. 5.卢义玉,廖引,汤积仁,张欣玮,韩帅彬,凌远非.页岩超临界CO2压裂起裂压力与裂缝形态试验研究[J].煤炭学报,2018,43(1):175-180. 6.章文峰,卢义玉,汤积仁.磨料射流喷嘴外流场磨料速度模型及分析[J].煤炭学报,2017,42(S2):576-584. 7.夏彬伟,刘承伟,卢义玉,刘勇,葛兆龙,汤积仁.缝槽水压爆破导向裂缝扩展实验研究[J].煤炭学报,2016,41(2):432-438. 8.敖翔,卢义玉,汤积仁,黄飞,廖引,贾云中.页岩吸附二氧化碳变形特性试验研究[J].煤炭学报,2015,40(12):2893-2899. 9.卢义玉,杨枫,葛兆龙,周哲,林晓东.清洁压裂液与水对煤层渗透率影响对比试验研究[J].煤炭学报,2015,40(1):93-97.

编辑整理：郭晓炜
审核：常 琛

End

联系人：郭晓炜 电话：010-87986411-811 邮箱：guoxiaowei@chinacs.org.cn 网址：www.mtxb.com.cn版权声明：
本平台刊登的《煤炭学报》所有稿件均按照国家版权局有关规定支付了相应稿酬，《煤炭学报》享有稿件的信息网络传播权。未经授权，不得匿名转载。本平台所使用的图片属于相关权利人所有，因客观原因，部分作品如存在不当使用的情况，请相关权利人随时与我们联系。

免责声明：以上内容转载自煤炭学报，所发内容不代表本平台立场。
全国能源信息平台联系电话：010-65367702，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社