1351底抽巷水力壓裂匯報(bào)材料

1、 1351（3）底抽巷水力壓裂技術(shù) 1351（3）底抽巷水力壓裂匯報(bào)材料二一三年六月三日一、概況1351（3）底抽巷標(biāo)高-670.5-667.1m，距13-1煤底板法距1823m，設(shè)計(jì)全長1118m，斷面3.6m ×3.3m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)。巷道巖性為砂質(zhì)泥巖，頂板至13-1煤層底板巖性依次為砂質(zhì)泥巖（10.1m）、花斑泥巖（3.6m）、砂質(zhì)泥巖（0.6m）、炭質(zhì)泥巖（3.0m）、泥巖、12煤（0.7m）、砂質(zhì)泥巖（4.5m），巷道底板為砂質(zhì)泥巖。在1351（3）底抽巷施工穿層鉆孔掩護(hù)1351（3）下順槽掘進(jìn)，每60m施工一個(gè)鉆場，共19個(gè)。鉆孔終孔間距10m×5m，控制范

2、圍為巷道兩幫輪廓線外15m范圍，總鉆孔量6.5萬m。1351（3）下順槽標(biāo)高-655-651m，處于突出煤層突出危險(xiǎn)區(qū)，平均煤厚5.5m，煤層傾角13.5°，煤層原始瓦斯壓力1.12MPa，瓦斯含量為5.40m3/t，煤層透氣性系數(shù)為0.00136m2/(MPa2·d)。二、壓裂系統(tǒng)組成采用BRW400/31.5型乳化泵（額定壓力31.5MPa，額定流量400L/min）,注水管路為31.5mm高壓膠管。單獨(dú)敷設(shè)一路DN80供水管路，保證水量充足。注水系統(tǒng)及管路連接見圖1。圖1 水力壓裂系統(tǒng)安裝示意圖三、壓裂孔封孔采用直徑113mm鉆頭施工至13-1煤止煤點(diǎn)，過煤段全程壓風(fēng)

3、撤鉆，巖石段壓力水排渣，確保鉆孔暢通，鉆桿撤出后改為153mm鉆頭擴(kuò)孔5m。采用73.5肋骨鉆桿為注水管，過煤段每根鉆孔布置810個(gè)花眼，利用鉆機(jī)下入孔內(nèi)，孔口聚氨酯封堵1.5m，外露鉆桿連接73.5mm變31.5mm高壓快速接頭。封孔注漿至13-1煤見煤點(diǎn)，二次帶壓注漿。第一次注漿水灰比0.9:1,注漿終壓2MPa，第一次注漿水灰比0.7:1,注漿終壓4MPa。四、水力壓裂開展情況第一階段（Y12#鉆場）本次試驗(yàn)壓裂孔布置在Y12#鉆場內(nèi)，Y11#鉆場布置1個(gè)檢驗(yàn)孔，兩孔終孔間距 60m。圖2 Y12#鉆場水力壓裂半徑考察鉆孔設(shè)計(jì)圖表1 Y12#鉆場壓力半徑考察鉆孔施工參數(shù)表孔 號(hào)方位傾角孔

4、深13-1煤見止煤12-40#（壓裂孔）-6343621.6m-31.3m11-40#（檢驗(yàn)孔）-5343825.5m-36.5m 1.水力壓裂過程3月12日中班開始進(jìn)行水力壓裂，設(shè)定初始壓力20MPa,3月22日中班13:00注水泵壓穩(wěn)定在2122MPa，14:11泵壓突然上升至28MPa，持續(xù)時(shí)間約3s，隨后泵壓迅速降至20MPa，跟班人員立即前往11#鉆場,發(fā)現(xiàn)11-40#檢驗(yàn)孔明顯出水，水量2 L/min,水溫34，隨即停止注水。本次試驗(yàn)最大注水壓力31MPa，累計(jì)注水量375m3。具體注水情況統(tǒng)計(jì)表見表2。水力壓裂期間，設(shè)定注水壓力由20MPa24MPa26MPa28MPa逐漸升高，

5、壓力變化曲線圖見3。表2 1351（3）底抽巷12#鉆場水力壓裂注水統(tǒng)計(jì)表日 期班 次最大注水泵壓（MPa）注水量（m3）日 期班 次最大注水泵壓（MPa）注水量（m3）3月12日中197.63月18日夜/3月13日夜1928.3早/早188中2510.8中2627.23月19日夜/3月14日夜2619.8早/早2510.3中264.9中2720.73月20日夜280.33月15日夜2712.5早2824.6早2821.1中3116.1中2723.63月21日夜272.73月16日夜2637.9早2913.4早2629.6中/中2312.43月22日夜/3月17日夜/早2832.8早/中中25

6、10.8累計(jì)375圖3 水力壓裂壓力變化曲線圖2.注水情況分析從上圖可以看出，壓裂過程中注水壓力處于一個(gè)不斷升高降低再升高的往復(fù)震蕩過程，當(dāng)注入的高壓水充滿現(xiàn)有裂隙后，水流受到阻礙，壓力增高而積蓄勢能，當(dāng)能量積蓄到一定程度后煤體再次破裂形成新的裂隙，勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，導(dǎo)致壓力降低，注水量增加； 3.煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定3.1水力壓裂影響半徑（1）在Y12#鉆場內(nèi)施工3個(gè)傾向壓裂考察鉆孔（Y3、Y2、Y1），有遠(yuǎn)至近進(jìn)行施工，考察半徑分別為60m、40m、30m。（2）在Y13#鉆場內(nèi)施工4走向壓裂考察鉆孔（Y3、Y2、Y1），有遠(yuǎn)至近進(jìn)行施工，考察半徑分別為90m、70m、50m。數(shù)據(jù)分析：根據(jù)

7、表2煤層水分測定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，距離壓裂孔30m處煤層水分高達(dá)11%，距離60m處為6.6%，以煤層含水率4%為影響范圍，初步判斷壓裂有效影響半徑為60m。距離壓裂孔越近煤層堅(jiān)固性系數(shù)越低，瓦斯含量越小，說明在壓裂作用下煤層受到擠壓揉碎，同時(shí)瓦斯不斷向外擠壓運(yùn)移。 圖4 水力壓裂影響半徑考察鉆孔平面布置圖表3 壓裂區(qū)域瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定統(tǒng)計(jì)表鉆場取樣孔號(hào)取樣日期送樣時(shí)間水分（%）f值P瓦斯含量（m3/t）備注安理大煤質(zhì)科Y13#Y3#4-2夜4-2中1.962.00.754.24.42走向90mY2#4-2中4-3早2.832.00.766.44.12走向70mY1#4-3夜4-3早6.376.70.

8、707.83.95走向50mY12#Y4#4-6早4-6中3.33.11.13.85.29傾向70mY3#4-4中4-5早8.226.60.965.64.56傾向60mY2#4-4夜4-5早5.136.00.833.64.72傾向40mY1#4-5早4-5中10.4111.00.637.84.11傾向30m3.2水力壓裂鉆孔抽采半徑在壓裂區(qū)域邊緣，Y13#鉆場內(nèi)施工4個(gè)抽采半徑考察孔（C1、C2、C3、C4），考察半徑分別為5m、7m、9m、11m， 采用示蹤法測定鉆孔有效抽采半徑，Y1#鉆孔為SF6注入孔。圖5 壓裂區(qū)域抽采半徑考察鉆孔布置圖距離釋放SF6鉆孔分別為9m和11m的收集孔測得S

9、F6濃度隨時(shí)間的曲線如圖8所示。 圖6 SF6濃度時(shí)間變化曲線圖結(jié)論：通過分析，壓裂區(qū)域鉆孔抽采有效影響半徑達(dá)11m。3.4煤層透氣性系數(shù)及衰減系數(shù)在Y9#鉆場布置2個(gè)鉆孔，測定原始煤層透氣性系數(shù)及衰減系數(shù)，在Y12#鉆場布置2個(gè)鉆孔，測定壓裂區(qū)域煤層透氣性系數(shù)及衰減系數(shù)。具體測定情況如下：圖7 Y9鉆場T1鉆孔鉆孔瓦斯涌出量衰減曲線Y9鉆場T1鉆孔鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.6778 d-1圖8 Y12鉆場T1鉆孔鉆孔瓦斯涌出量衰減曲線Y12鉆場T1鉆孔鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.484d-1表4 煤層透氣性系數(shù)測試原始數(shù)據(jù)記錄表煤層孔號(hào)煤層瓦斯壓力P0/MPa排放孔口壓力P1/Mpa鉆孔半徑r

10、1/m時(shí)間t/d時(shí)間t時(shí)流量q/m3/d煤孔長L/m13-1Y9鉆場T1鉆孔2.170.10.056542.524Y12鉆場T1鉆孔20.10.0565410.3324表5 煤層透氣性系數(shù)計(jì)算表鉆孔/m3/m3·Mpa1/2S/m2q比/ m3/m2·dAB/m2/MPa2·dK/cm2Y9鉆場T1鉆孔7.5521.4191.7760.02132121.61200.065111.41×10-10Y12鉆場T1鉆孔（壓裂區(qū)域）7.3621.4197.2800.10311925.52390.386758.35×10-10結(jié)論：壓裂影響區(qū)域煤層透氣性

11、系數(shù)為壓裂影響區(qū)域附近原始煤體透氣性系數(shù)的5.94倍，水力壓裂后使得原始較難抽放煤層轉(zhuǎn)化為可以抽放煤層。4.抽采效果考察及分析4.1考察單元選擇原始區(qū)域Y8#鉆場作為一個(gè)考察單元，設(shè)計(jì)鉆孔66個(gè)；選擇壓裂區(qū)域Y11#鉆場（鉆孔33個(gè)），Y12#鉆場(鉆孔33個(gè))聯(lián)合作為一個(gè)考察單元。各安裝1套DN150鉆場計(jì)量裝置，1套DN50單孔計(jì)量裝置（串聯(lián)5個(gè)鉆孔），考察單元及單孔抽采濃度、流量。圖9 原始區(qū)域抽采效果考察鉆孔布置圖圖12 壓裂區(qū)域抽采效果考察鉆孔布置圖4.2 鉆孔施工Y8#鉆場于2013年3月17日開始施工，4月20日施工結(jié)束。Y11#鉆場于2013年3月27日開始施工，4月12日施工

12、結(jié)束。Y12#鉆場于2013年3月30日開始施工，4月29日施工結(jié)束。壓裂區(qū)域抽采鉆孔施工期間，鉆孔噴孔嚴(yán)重。特別是靠近壓裂孔附近的鉆孔施工較易噴孔，且較為頻繁，12-64#鉆孔噴出煤量達(dá)40袋；Y11#鉆場11-1#鉆孔噴孔次數(shù)多，噴孔強(qiáng)度大。根據(jù)目前施工鉆孔分析，距離壓裂孔越近，噴孔概率越大，噴孔次數(shù)較多、普遍存在延期噴孔現(xiàn)象，當(dāng)鉆孔出水較大更易發(fā)生噴孔。4.3 抽采效果及分析Y8#鉆場單元平均抽采濃度45.5%，抽采純量0.26 m3/min，單孔抽采純量0.0038 m3/min。11#12#單元抽采濃度67%，抽采純量0.55 m3/min，單孔抽采純量0.0083 m3/min。圖

13、10 單元抽采純量變化曲線圖圖11 單元抽采濃度變化曲線圖從上述曲線可以看出，Y11Y12#鉆場初期瓦斯抽采濃度及抽采純量均相對較低，且波動(dòng)較大，現(xiàn)場實(shí)際觀測為鉆孔出水量大，隨著水量的逐漸減少，鉆孔抽采濃度及純量均開始逐漸上升，并趨于穩(wěn)定。通過與原始區(qū)域同類型Y8#鉆場進(jìn)行比較，壓裂后單孔抽采純量提高約1.2倍。第二階段（Y14#鉆場）在Y14#鉆場施工1個(gè)壓裂孔，在Y13#鉆場、Y15#鉆場各施工1個(gè)檢驗(yàn)孔（安裝壓力表，量程060MPa）,具體鉆孔布置見下圖。圖12 Y14#鉆場水力壓裂鉆孔布置圖表6 Y14#鉆場壓裂及檢驗(yàn)鉆孔施工參數(shù)表孔 號(hào)方位傾角孔深13-1煤見止煤14-1#（壓裂孔）

14、-6343826.4m-34.3m13-1#（檢驗(yàn)孔）-6353623.4m-29.1m 15-1#（檢驗(yàn)孔）-5343525.5m-31.5m 1、壓裂過程注水泵位于14#鉆場向里30m，5月20日早班開始進(jìn)行壓裂，5月24日中班壓裂結(jié)束，累計(jì)注水280m3,最大注水壓力28MPa,累計(jì)注水時(shí)間905min，具體情況見下表：表7 1351（3）底抽巷14#鉆場水力壓裂注水統(tǒng)計(jì)表時(shí) 間班 次設(shè)定泵壓（Mpa）最大注水泵壓（Mpa）注水量（m3）累計(jì)注水量（m3）當(dāng)班累計(jì)注水時(shí)間（min）5月20日早20201.61.635中202011.513.1 1215月21日夜/早2019619.130

15、中/東二供水影響5月22日夜/東二供水影響早/東二供水影響中/東二供水影響5月23日夜252544.7563.9 123早252510.0473.9 51中252572.8146.7 1825月24日夜252537.3184.0 99早252539.9223.9 124中252523.8253.8615月25日早282726.2280792、檢驗(yàn)孔壓力情況分析圖11 檢驗(yàn)孔壓力變化曲線圖從上圖可以看出，壓裂期間檢驗(yàn)孔壓力均呈快速上升趨勢，5月24日中班達(dá)到峰值，其中Y15#鉆場檢驗(yàn)孔14MPa, Y13#鉆場檢驗(yàn)孔11MPa，因Y13#鉆場鉆孔出水較大，因此暫停注水，開展保壓試驗(yàn)。停止壓裂后兩

16、個(gè)檢驗(yàn)孔均開始緩慢下降，截止6月2日早班，Y15#鉆場5MPa, Y13#鉆場3.5MPa。初步分析壓力下降原因?yàn)閅13#鉆場抽采鉆孔卸壓導(dǎo)致。3、煤層瓦斯參數(shù)測定5月29日夜班，在Y14#鉆場施工1#傾向考察孔，距離壓裂孔60m。施工至42m時(shí)改為壓風(fēng)，此時(shí)孔內(nèi)大量出水，47m見煤，水量仍未減小，且出現(xiàn)間歇性噴射（有壓），停鉆2min后變?yōu)榍逅?，鉆孔見煤47.451.3m，孔內(nèi)出水較大，70s接滿一桶水（直徑0.3m、高0.3m,容積21L）,出水量17L/min,水溫35°。5月30日夜班，在Y14#鉆場施工2#傾向考察孔，距離壓裂孔70m。夜班施工結(jié)束，煤粉潮濕，未見明顯出水。

17、早班擴(kuò)孔至3m位置時(shí)，孔內(nèi)出現(xiàn)噴孔，T鉆最大0.94%，噴出煤量4袋，噴孔后鉆孔被煤巖粉堵實(shí)。表8 Y14#鉆場水力壓裂瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定統(tǒng)計(jì)表鉆場取樣孔號(hào)取樣日期水分（%）瓦斯含量（m3/t）備注Y14#1#5-29夜15出水大數(shù)據(jù)無法測定傾向60m2#5-30夜7.33.09傾向70m4、抽采效果考察4.1抽采濃度變化情況13#鉆場壓裂前合茬抽采鉆孔13個(gè)，距離14#鉆場壓裂孔最近距離60m，5月24日夜班，13#鉆場檢驗(yàn)孔壓力開始逐漸上升，由19:30由0.5 MPa增加至2.2MPa,因此判斷注水壓力已經(jīng)傳遞到13#鉆場。24:00發(fā)現(xiàn)13#鉆場抽采濃度由之前的60%突然升高至89%，隨

18、即又迅速降低至30%。流量由0.5m3/min升高至5.5m3/min,隨后出現(xiàn)持續(xù)波動(dòng)。5月25日03:00抽采濃度達(dá)到最低值6%，12:14快速上升至91.8%，隨后下降至38%，并保持平穩(wěn)。圖12 Y13#鉆場抽采濃度變化曲線圖4.2數(shù)據(jù)分析從上述兩個(gè)曲線圖可以看出，當(dāng)注水壓力傳遞至13#鉆場時(shí)，煤體瓦斯在高壓水的擠壓作用下不斷向13#鉆場運(yùn)移，煤層裂隙張開，此時(shí)出現(xiàn)濃度及流量峰值，隨著壓裂的持續(xù)進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間相對較短。在之后的壓裂過程中，再次出現(xiàn)濃度峰值，說明隨著注水壓力的不斷升高，再次形成新的裂隙，形成壓裂滲透再壓裂的典型特征。圖13 Y13#鉆場抽采流量變化曲線圖五.結(jié)論1.通過在1351（3）底抽巷試驗(yàn)表明，壓裂區(qū)域的 Y11#Y12#鉆孔3月27日開始施工，截止5月30日抽采率達(dá)20%，預(yù)計(jì)預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間相比其他采用掏穴增透的鉆場，單元抽采純量平均提高1倍，縮短預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間23個(gè)月。2. 水力壓裂后煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)發(fā)生顯著變化，一是鉆孔抽采半徑擴(kuò)大，由原來的5m增加至11m；二是煤層透氣性提高，由原始較難抽放煤層轉(zhuǎn)化為可以抽放煤層。3. 水力壓裂與