豫西构造软煤穿层钻孔水力压裂增透技术研究

发布时间：2017-09-05 22:27

  本文关键词：豫西构造软煤穿层钻孔水力压裂增透技术研究

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【摘要】：豫西煤田是高瓦斯矿区,主采煤层二1煤煤质松软,透气性系数小,瓦斯抽采率低,煤与瓦斯突出等瓦斯灾害成为制约矿井安全高效生产的瓶颈问题,迫切需要一定的技术能较好的改善煤层的透气性。水力压裂作为近年来广泛使用的增透技术,具有较好的应用效果。但不同矿井由于地质、构造等条件的差异,所需的压裂工艺参数也不尽相同。论文对研究区的瓦斯地质条件特别是影响水力压裂裂缝展布形态、瓦斯抽采率等的煤层煤质特征、地应力(大小、方向)、瓦斯含量进行了分析,在此基础上,依据水力压裂基本原理,以弹性力学理论为基础,对水力压裂所需泵压(破裂压力、摩擦阻力)进行了分析计算;运用基于滤失效应的水力压裂形态预测模型对水力压裂后裂缝的几何尺寸进行了分析计算;运用数理统计的方法对压裂前后煤层的透气性、瓦斯抽采浓度、抽采流量、影响半径、衰减周期等进行了对比分析,取得了如下成果:研究区(埋深500m)煤体破裂压力在13MPa~15MPa之间,所需最大泵压在20MPa~25MPa之间;清水压裂液在研究区具有一定的压裂效果;压裂后产生的裂缝为垂直缝,缝长在50m~60m,缝宽在0.0015m~0.002m,缝高为10m;本次压裂的影响半径约为60m,压裂后,瓦斯抽采浓度提高50%~200%,抽采流量提高60%~300%;基于AHP的数学方法得出水力压裂的综合防突效果好于水力冲孔。因此,水力压裂在大平矿具有良好的卸压增透效果,在豫西矿区具有良好的推广应用价值,在类似瓦斯地质条件的矿井中可以推广应用。
【关键词】：豫西 构造软煤 水力压裂 增透 瓦斯抽采
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD713.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-21
• 1.1 选题依据11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 煤层瓦斯流动理论研究现状13
• 1.2.2 煤层瓦斯抽采方法研究现状13-14
• 1.2.3 水力压裂研究现状14-16
• 1.2.4 水力冲孔研究现状16-17
• 1.2.5 穿层钻孔瓦斯抽放存在的问题17
• 1.3 研究内容及目标17-18
• 1.3.1 研究内容17
• 1.3.2 研究目标17-18
• 1.4 技术路线18
• 1.5 创新点18-21
• 2 研究区瓦斯地质条件21-47
• 2.1 交通位置及隶属关系21
• 2.2 井型、开拓方式及生产能力21
• 2.3 瓦斯地质条件21-44
• 2.3.1 煤层煤质21-30
• 2.3.2 地质构造及地应力30-39
• 2.3.3 煤层瓦斯含量39-41
• 2.3.4 煤层瓦斯流动状态41-44
• 2.4 本章小结44-47
• 3 水力压裂工艺优化设计47-69
• 3.1 水力压裂基本原理47
• 3.2 压裂钻孔参数优化47-50
• 3.2.1 压裂孔方位角设计47-48
• 3.2.2 压裂孔倾角设计48
• 3.2.3 压裂孔实际施工参数48-50
• 3.3 水力压裂泵压的优化设计50-58
• 3.3.1 破裂压力的计算51-55
• 3.3.2 摩阻的计算55-58
• 3.4 压裂液的选取58-60
• 3.4.1 清水压裂的优缺点58-59
• 3.4.2 清水压裂的适用性59-60
• 3.5 压裂孔间距优化60-66
• 3.5.1 水力压裂综合滤失系数的计算61-62
• 3.5.2 水力压裂裂缝几何尺寸的计算62-66
• 3.5.3 压裂孔间距的计算66
• 3.6 压裂孔封孔深度的计算66-67
• 3.7 本章小结67-69
• 4 水力压裂现场效果考察69-101
• 4.1 研究区概况69
• 4.2 21121底抽巷水力压裂效果考察69-79
• 4.2.1 压裂过程69-70
• 4.2.2 压裂效果分析70-79
• 4.3 21141底抽巷水力压裂效果考察79-88
• 4.3.1 压裂过程79
• 4.3.2 压裂效果分析79-87
• 4.3.3 水力压裂施工曲线的应用87-88
• 4.4 研究区水力压裂与水力冲孔效果分析88-99
• 4.4.1 水力冲孔现场效果考察88-95
• 4.4.2 水力压裂与水力冲孔效果对比95-98
• 4.4.3 经济效益对比98-99
• 4.5 本章小结99-101
• 5 结论及展望101-103
• 5.1 结论101
• 5.2 展望101-103
• 参考文献103-107
• 作者简历107-109
• 学位论文数据集109

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本文编号：800564