煤矿井下控制水力压裂煤层增透关键技术及应用

发布时间：2019-10-16 21:50

【摘要】：为了减少低透气性煤层瓦斯抽采钻孔工程量和提高瓦斯抽采效率,对低透气性煤层增透理论及技术应用进行了研究,基于煤层控制水力压裂概念,开发了煤矿井下水力压裂数值模拟与优化设计软件,提出了高承压上向孔和近水平孔的封堵方法,形成了压裂水分布范围探测关键技术,并进行现场应用。结果表明,通过定点定向定区域压裂实现了目标区域煤层的增透,控制水力压裂前后相比单孔瓦斯抽采量提高了5倍以上,部分工作面瓦斯抽采钻孔工程量减少了1/3,采掘工作面单产单进大幅提高,煤矿井下控制水力压裂是对常规水力压裂技术的改进和创新,能有效促进目标区域煤层增透、提高瓦斯治理效果。
【图文】：

混合水泥,封堵,压裂

蛲咚?抽采量为优化目标，优化施工时间、施工排量、施工液量、压裂半径等参数，引入神经网络模型算法，遵循以数据为中心、可视化操作为主体的原则，参照国际流行软件的设计风格和操作规范，模块化设计，包括统一管理和数据录入、处理、输出等模块。2.2水力压裂孔封堵技术煤层水力压裂与常规油气压裂井不同，一般为上向孔和近水平孔，要求封堵质量高、封堵成功率高、可操作性强，压裂孔的有效封堵是煤矿井下控制水力压裂的关键环节。1)上向压裂孔的混合水泥浆封孔结构及方法。上向高承压钻孔的混合水泥浆封堵结构如图1所示。封堵方法包括在煤岩体上钻封堵孔，并在封堵孔内继续用略小钻头钻进形成压裂孔，成孔后将如图1所示的封堵结构送入孔中，使压裂管的出水孔深入压裂孔中，在压裂管上紧套木质锥套并封堵在压裂孔孔口。在封堵孔的孔口1m段内用聚氨酯封孔并固结30min，再由注浆管向封堵孔内通过注浆泵灌注525标号以上的混合水泥浆(水泥+石膏，灰水质量比2.5∶1.0)，直至返浆管返浆，停止注浆并关闭截止阀，并固结48h，即完成压裂孔封堵。这种封堵结构简单、操作方便，封堵成功率高、效果好，适用于仰角大于5°，特别是大仰角压裂孔的封堵。2)近水平压裂孔封孔结构及方法。近水平压裂孔封孔结构如图2所示。包括在压裂孔孔口形成扩大孔孔径约1.5m，扩大孔与压裂孔内切封堵时将注浆管和压裂管送入压裂孔中和将返浆管送入扩大孔中，使三者的管口位于扩大孔孔口外部，返浆管图1高承压钻孔混合水泥浆封堵结构的管口高于扩大孔的上母线。用聚氨酯在扩大孔的孔口部1m内形成一封孔段，由注浆管向高承压钻孔内灌注膨胀水泥浆并固结48h。封孔结构由内封孔段和外封孔段组成，外封孔段直径大于内封孔段，上母线高于内封孔段上母线，外

封堵,压裂,封孔

钻头钻进形成压裂孔，成孔后将如图1所示的封堵结构送入孔中，使压裂管的出水孔深入压裂孔中，在压裂管上紧套木质锥套并封堵在压裂孔孔口。在封堵孔的孔口1m段内用聚氨酯封孔并固结30min，再由注浆管向封堵孔内通过注浆泵灌注525标号以上的混合水泥浆(水泥+石膏，灰水质量比2.5∶1.0)，，直至返浆管返浆，停止注浆并关闭截止阀，并固结48h，即完成压裂孔封堵。这种封堵结构简单、操作方便，封堵成功率高、效果好，适用于仰角大于5°，特别是大仰角压裂孔的封堵。2)近水平压裂孔封孔结构及方法。近水平压裂孔封孔结构如图2所示。包括在压裂孔孔口形成扩大孔孔径约1.5m，扩大孔与压裂孔内切封堵时将注浆管和压裂管送入压裂孔中和将返浆管送入扩大孔中，使三者的管口位于扩大孔孔口外部，返浆管图1高承压钻孔混合水泥浆封堵结构的管口高于扩大孔的上母线。用聚氨酯在扩大孔的孔口部1m内形成一封孔段，由注浆管向高承压钻孔内灌注膨胀水泥浆并固结48h。封孔结构由内封孔段和外封孔段组成，外封孔段直径大于内封孔段，上母线高于内封孔段上母线，外封孔段上一部分与内封孔段同步灌注水泥浆形成。该封孔方法简单，封孔效率高、效果好，可有效消除收缩缝对封孔密封效果的影响，承压能力高，适用于仰角小于5°的近水平压裂孔封堵。图2近水平高承压钻孔封堵结构2.3水力压裂影响范围探测由于煤矿井下对水力压裂影响范围准确识别的需求，需要对压裂水分布范围进行有效探测，为瓦斯抽采孔的安全施工提供保障。油气开采行业已形成了较为完善的压裂范围诊断技术，如微地震技术直接近井筒监测和分布式声传感测控技术(DAS)等［11－12］，由于煤层赋存的地质特征和精确控制的需要，上述监测方法并不适用于煤矿。根据瞬变电磁对水体、金?
【作者单位】：中国矿业大学(北京);重庆市能源投资集团科技有限责任公司;重庆科技学院;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室;
【基金】：国家科技重大专项资助项目(2008ZX05015) 重庆市科技攻关资助项目(cstc2012gg-yyjs90001)
【分类号】：TD712.6

【参考文献】