钻井法凿井气举反循环多相排渣运移规律及其洗井参数优化试验研究

针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣效率低问题,以可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,采用相似模型试验和PIV(粒子图像测速法)测试技术相结合的方法,研究了井底及排渣管内液固气多相耦合运移规律;基于模型试验结果,分析了洗井排渣效果主要影响因素,并提出了高效洗井排渣工艺参数.研究结果表明:自主研发的煤矿立井气举反循环排渣试验装置,可实现钻井法井底及排渣管内流体运移特性的可视化试验研究;岩渣在井底做“积聚—悬浮—吸附—补充—再积聚”动态循环运动,排渣管内液固区段流体呈上下螺旋往复运动,液固气区段呈上下交替的振荡运动,上返速度分布均具有强烈的脉动现象;井底流体的运动主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近,且上返速度与泥浆循环量呈正相关,增大刀盘转速或泥浆循环量可提高井底环流和径向流速;排渣效果影响因素显著性依次为刀盘转速、注气流量、风管沉没比和泥浆黏度;基于工程背景和试验结果,满足井底清洁高效洗井排渣相关钻进参数为刀盘转速11.5 r/min,注气流量3500 m^(3)/h.研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣效率低下技术难题,提供有益的理论参考.