水力压裂论文

1、煤层水力压裂增透技术应用刘延超何忠信曹承斌郑学斌摘要:针对较难抽放煤层、采用水利压裂增透技术后透气性增加,抽放浓度增大,消除了瓦斯超限隐患,保证了安全生产。关键词:水利压裂、煤层增透道清煤矿北斜井经沈阳煤科院测定煤的破坏类型为类,煤的瓦斯放散初速度指标P介于5.4115.28之间,煤的坚固性系数f值介于0.180.75之间。属于较难抽放类型,施工的顺层钻孔、穿层钻孔往往单孔抽采浓度达不到20%,抽采效果差,煤层开的采往往伴随着大量瓦斯涌出,瓦斯报警和瓦斯超限的威胁越来越严重.随着开采深度的增加及地质构造复杂化、煤层透气性差、瓦斯抽采效率低、当前瓦斯治理技术与装备不能满足需要,严重影响了采煤接续

2、及安全生产。为解决低透气性带来的瓦斯抽采困难的问题,提出了水力压裂增透技术,通过实施水力压裂措施,增大煤体透气性,扩大钻孔影响半径,提高钻孔瓦斯抽采效率,消除局部应力集中,最终达到消除瓦斯超限保证安全生产的目的。1、水力压裂增透机理分析井下水力压裂增透技术是利用高压注水迫使煤体深部裂隙扩张,空隙增大,从而提高煤层的透气性,使得游离态的瓦斯量增多,大大提高了瓦斯抽放效率,试验表明,裂缝起裂取决于注入时间、注水压力、通过连续的高压水力渗透使煤层内部组织不断受到破坏,煤层裂隙扩大,增多,达到增强煤层透气性能的效果,从而提高瓦斯抽采效果。2、水力压裂现场实施2.1钻孔设计此次水力压裂在道清煤矿北斜井-

3、505轨道下延实施3个穿层钻孔,其中2号孔为水力压裂钻孔、1号孔、3号孔为观测孔。通过水力压裂,增大钻机控制-520m顶高线的煤体透气性,提高瓦斯抽采效果。水力压裂孔与瓦斯抽采孔之间间距为1Om。2.2钻孔密封钻孔密封是顺利完成水力压裂的保证。根据井下实际施工的情况2号水力压裂穿层钻孔前27米为岩石,施工时未出现塌孔现象,为保证顺利完成水力压裂,经研究确定水力压裂钻孔密封长度30m,钻孔密封后48h后开始压裂。封孔材料为马丽散或黄泥+木楔等。其余孔段采用机械方式进行封孔,封孔材料为425#普通硅酸盐水泥与白水泥(比例=3.5:1进行封孔,封孔长度应根据压裂钻孔的长度进行确定,具体为钻孔封孔至5

4、#煤层顶板钙质页岩与灰岩交界面或直接封至煤岩交接面,详见图1。 图1 压裂钻孔封孔示意图2.3现场压裂压裂实施前,需要对注水压力、流量、注水时间以及压裂结束条件等主要参数进行估算。1压裂过程中注水压力的变化是压裂进行程度的直观反映。注水压力的主要影响因素包括煤层埋深、邻侧抽采孔布置间距两个因素。根据煤层埋深及道清矿压裂经验,在4层煤进行水力压裂,抽采孔与压裂孔间距为lOm时,注水压力应控制在15MPa左右。2压裂时间与注水压力、流量等参数密切相关圈。注水过程中,煤体被逐渐压裂破坏,各种孔裂隙不断沟通,高压水在已沟通的裂隙间流动,注水压力及流量等参数不断发生着变化,注水时间根据注水过程中压力及流

5、量的变化来确定,水力压裂全过程一般需要3一8h左右。3压裂实施过程中,需连续记录注水压力和时间,根据现场实际情况,适时调整压裂孔注水压力。根据钻孔设计,此次压裂孔与邻侧抽采孔间距为lOm.当压裂孔邻侧抽采孔出现高浓度瓦斯或出水,或者持续注水泵压不再上升,或者出现泵压大栩回落时,立即停泵,压裂结束。而在压裂孔与邻侧抽采孔之间的区域既可以认定为水力压裂影响区。在煤体深部,水力压裂过后裂隙发育完成,瓦斯通道形成,在抽采负压的作用下瓦斯陆续由吸附状态变成游离状态。随着水的逐渐排出和渗透,瓦斯的抽采浓度和抽采量曲线呈现“高一低一高”的轨迹。而对于水力压裂孔影响区,煤体内瓦斯由于受到高压水的驱赶,高浓度瓦斯会积聚在钻孔内,进行抽采时会出现大流量、高浓度瓦斯。3 对比与分析1水力压裂后,由于煤体裂缝的贯通,透气性增加,抽放浓度明显增大,单孔最高抽放浓度为37.5%,非压裂区的单孔抽放浓度最高为19%,因此,压裂区的单孔最高抽放浓度是非压裂区单孔最高抽放浓度的2倍。2普通孔瓦斯抽采时,衰减速度快,衰减程度严重,在抽采7天后浓度、流最迅速下降,而水力压裂孔在对比观测的15天内均保持较高水平,且水力压裂孔多次出现浓度回升。4结论通过对水力压裂前后抽放浓度的对比分