地面钻井压裂与井下水平钻孔联合瓦斯抽采研究

发布时间：2017-05-13 05:00

  本文关键词：地面钻井压裂与井下水平钻孔联合瓦斯抽采研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着近些年煤矿综合机械化生产的迅速普及推广和煤层开采深度的不断增加，与开采相关的煤矿瓦斯灾害问题也日益严重起来。屯留矿区属于低渗透性、高瓦斯矿井，以往的井下煤层瓦斯抽采技术方法很难在短时期内使其煤层瓦斯含量降低，这样不仅阻碍了工作面开采速度，更对井下人员生命安全造成影响。 本文以屯留矿区N2105工作面回风顺槽作为试验区域，开展地面竖井水力压裂煤层后井下顺煤层瓦斯预抽工程，综合运用实验研究、理论分析、以及工程实践等手段，对煤层压裂过程中裂缝扩展特征以及井下瓦斯预抽效果进行对比研究。主要工作和研究成果如下： 分析了煤（岩）层基本力学特性和煤分层的渗透率特征；对水力压裂过程中竖井围岩特征、水力压裂起裂机理、裂缝扩展延伸特性以及类型进行理论分析，得到了简单的注水煤层塑性区域弹性解和煤层起裂最小水压。 研究制订了本次水力压裂技术方案，确定了水力压裂过程相关参数的用量，在理论层面上对垂直裂缝空间扩展延伸理论进行分析，建立了煤层水力压裂裂缝扩展延伸数学模型，对压裂过程中裂缝几何参数进行预测。并对压裂井施工过程泵压和泵注排量进行观测分析。 提出了井下顺层钻孔的布置方案以及瓦斯监测系统的抽采方法，结合现场施工采集的瓦斯参数，分析水力压裂现场实际效果。并对在压裂施工过程中注液压力参数、合理的压裂井布井间距以及井下顺层钻孔施工间距进行指导与优化。通过本次煤层水力压裂试验的结果表明：进行地面钻井压裂煤层的技术方法，，可以有效的降低煤层的瓦斯含量，是一种积极主动的瓦斯抽采技术。
【关键词】：水力压裂 区域预抽 瓦斯抽放速率 抽采半径
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 选题背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 水力压裂技术研究现状11-13
• 1.2.2 水力压裂地质方面研究现状13-14
• 1.2.3 煤层瓦斯渗流、采动区运移理论研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第二章 煤（岩）层特性和水力压裂理论17-33
• 2.1 煤层地质特征17-20
• 2.1.1 煤层层理17
• 2.1.2 煤层的孔隙结构17-20
• 2.2 煤层物理力学特征20-25
• 2.2.1 煤分层力学性质和渗透率特点20-22
• 2.2.2 煤层力学性质和渗透率特点22-25
• 2.3 水力压裂机理25-32
• 2.3.1 竖井围岩特征25
• 2.3.2 水力压裂起裂机理25-28
• 2.3.3 水力压裂裂缝扩展延伸特性28-30
• 2.3.4 水力压裂裂缝类型30-32
• 2.4 本章总结32-33
• 第三章 地面钻井煤层水力压裂技术研究33-51
• 3.1 试验区域概况33-34
• 3.1.1 煤层赋存条件33
• 3.1.2 地质构造33-34
• 3.1.3 顶底板岩性特征34
• 3.2 压裂施工技术原理34
• 3.3 压裂井基础数据34-36
• 3.4 水力压裂方案设计研究36-39
• 3.5 水力压裂三维模型研究39-45
• 3.6 现场压裂施工试验及数据分析45-49
• 3.6.1 施工过程45-46
• 3.6.2 现场数据分析46-49
• 3.7 本章总结49-51
• 第四章 井下瓦斯抽放系统工艺研究51-63
• 4.1 井下顺层钻孔瓦斯预抽方法51-52
• 4.2 井下顺层钻孔方案设计52-56
• 4.2.1 风钻钻机钻孔排渣原理52-54
• 4.2.2 钻机与钻具选择54
• 4.2.3 顺层钻孔基本参数54-56
• 4.3 瓦斯监测系统方案56
• 4.3.1 测点位置布局56
• 4.3.2 测试设备56
• 4.4 井下顺层钻孔瓦斯预抽施工及设备安装56-61
• 4.4.1 钻孔施工流程及现场打钻情况56-57
• 4.4.2 井下顺层钻孔单孔参数特征57-58
• 4.4.3 瓦斯监测设施安装58-61
• 4.5 本章总结61-63
• 第五章 井下观测瓦斯抽采效果研究63-75
• 5.1 压裂后瓦斯浓度分析63-67
• 5.1.1 压裂井 1-78#区域瓦斯浓度分析63-65
• 5.1.2 压裂井 1-80#区域瓦斯浓度分析65-67
• 5.2 压裂后瓦斯流量分析67-72
• 5.2.1 压裂井 1-78#区域瓦斯抽采量分析67-69
• 5.2.2 压裂井 1-80#区域瓦斯抽采量分析69-72
• 5.3 水力压裂抽采半径影响范围分析72-73
• 5.4 本章总结73-75
• 第六章 结论与总结75-79
• 6.1 结论75-76
• 6.2 不足与展望76-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读学位期间发表的学术论文目录85

【参考文献】

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本文编号：361580