水力壓裂論文

1、煤層水力壓裂增透技術(shù)應(yīng)用劉延超何忠信曹承斌鄭學(xué)斌摘要:針對(duì)較難抽放煤層、采用水利壓裂增透技術(shù)后透氣性增加,抽放濃度增大,消除了瓦斯超限隱患,保證了安全生產(chǎn)。關(guān)鍵詞:水利壓裂、煤層增透道清煤礦北斜井經(jīng)沈陽煤科院測(cè)定煤的破壞類型為類,煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)P介于5.4115.28之間,煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值介于0.180.75之間。屬于較難抽放類型,施工的順層鉆孔、穿層鉆孔往往單孔抽采濃度達(dá)不到20%,抽采效果差,煤層開的采往往伴隨著大量瓦斯涌出,瓦斯報(bào)警和瓦斯超限的威脅越來越嚴(yán)重.隨著開采深度的增加及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜化、煤層透氣性差、瓦斯抽采效率低、當(dāng)前瓦斯治理技術(shù)與裝備不能滿足需要,嚴(yán)重影響了采煤接續(xù)

2、及安全生產(chǎn)。為解決低透氣性帶來的瓦斯抽采困難的問題,提出了水力壓裂增透技術(shù),通過實(shí)施水力壓裂措施,增大煤體透氣性,擴(kuò)大鉆孔影響半徑,提高鉆孔瓦斯抽采效率,消除局部應(yīng)力集中,最終達(dá)到消除瓦斯超限保證安全生產(chǎn)的目的。1、水力壓裂增透機(jī)理分析井下水力壓裂增透技術(shù)是利用高壓注水迫使煤體深部裂隙擴(kuò)張,空隙增大,從而提高煤層的透氣性,使得游離態(tài)的瓦斯量增多,大大提高了瓦斯抽放效率,試驗(yàn)表明,裂縫起裂取決于注入時(shí)間、注水壓力、通過連續(xù)的高壓水力滲透使煤層內(nèi)部組織不斷受到破壞,煤層裂隙擴(kuò)大,增多,達(dá)到增強(qiáng)煤層透氣性能的效果,從而提高瓦斯抽采效果。2、水力壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施2.1鉆孔設(shè)計(jì)此次水力壓裂在道清煤礦北斜井-

3、505軌道下延實(shí)施3個(gè)穿層鉆孔,其中2號(hào)孔為水力壓裂鉆孔、1號(hào)孔、3號(hào)孔為觀測(cè)孔。通過水力壓裂,增大鉆機(jī)控制-520m頂高線的煤體透氣性,提高瓦斯抽采效果。水力壓裂孔與瓦斯抽采孔之間間距為1Om。2.2鉆孔密封鉆孔密封是順利完成水力壓裂的保證。根據(jù)井下實(shí)際施工的情況2號(hào)水力壓裂穿層鉆孔前27米為巖石,施工時(shí)未出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象,為保證順利完成水力壓裂,經(jīng)研究確定水力壓裂鉆孔密封長(zhǎng)度30m,鉆孔密封后48h后開始?jí)毫?。封孔材料為馬麗散或黃泥+木楔等。其余孔段采用機(jī)械方式進(jìn)行封孔,封孔材料為425#普通硅酸鹽水泥與白水泥(比例=3.5:1進(jìn)行封孔,封孔長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)壓裂鉆孔的長(zhǎng)度進(jìn)行確定,具體為鉆孔封孔至5

4、#煤層頂板鈣質(zhì)頁巖與灰?guī)r交界面或直接封至煤巖交接面,詳見圖1。 圖1 壓裂鉆孔封孔示意圖2.3現(xiàn)場(chǎng)壓裂壓裂實(shí)施前,需要對(duì)注水壓力、流量、注水時(shí)間以及壓裂結(jié)束條件等主要參數(shù)進(jìn)行估算。1壓裂過程中注水壓力的變化是壓裂進(jìn)行程度的直觀反映。注水壓力的主要影響因素包括煤層埋深、鄰側(cè)抽采孔布置間距兩個(gè)因素。根據(jù)煤層埋深及道清礦壓裂經(jīng)驗(yàn),在4層煤進(jìn)行水力壓裂,抽采孔與壓裂孔間距為lOm時(shí),注水壓力應(yīng)控制在15MPa左右。2壓裂時(shí)間與注水壓力、流量等參數(shù)密切相關(guān)圈。注水過程中,煤體被逐漸壓裂破壞,各種孔裂隙不斷溝通,高壓水在已溝通的裂隙間流動(dòng),注水壓力及流量等參數(shù)不斷發(fā)生著變化,注水時(shí)間根據(jù)注水過程中壓力及流

5、量的變化來確定,水力壓裂全過程一般需要3一8h左右。3壓裂實(shí)施過程中,需連續(xù)記錄注水壓力和時(shí)間,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,適時(shí)調(diào)整壓裂孔注水壓力。根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì),此次壓裂孔與鄰側(cè)抽采孔間距為lOm.當(dāng)壓裂孔鄰側(cè)抽采孔出現(xiàn)高濃度瓦斯或出水,或者持續(xù)注水泵壓不再上升,或者出現(xiàn)泵壓大栩回落時(shí),立即停泵,壓裂結(jié)束。而在壓裂孔與鄰側(cè)抽采孔之間的區(qū)域既可以認(rèn)定為水力壓裂影響區(qū)。在煤體深部,水力壓裂過后裂隙發(fā)育完成,瓦斯通道形成,在抽采負(fù)壓的作用下瓦斯陸續(xù)由吸附狀態(tài)變成游離狀態(tài)。隨著水的逐漸排出和滲透,瓦斯的抽采濃度和抽采量曲線呈現(xiàn)“高一低一高”的軌跡。而對(duì)于水力壓裂孔影響區(qū),煤體內(nèi)瓦斯由于受到高壓水的驅(qū)趕,高濃度瓦斯會(huì)積聚在鉆孔內(nèi),進(jìn)行抽采時(shí)會(huì)出現(xiàn)大流量、高濃度瓦斯。3 對(duì)比與分析1水力壓裂后,由于煤體裂縫的貫通,透氣性增加,抽放濃度明顯增大,單孔最高抽放濃度為37.5%,非壓裂區(qū)的單孔抽放濃度最高為19%,因此,壓裂區(qū)的單孔最高抽放濃度是非壓裂區(qū)單孔最高抽放濃度的2倍。2普通孔瓦斯抽采時(shí),衰減速度快,衰減程度嚴(yán)重,在抽采7天后濃度、流最迅速下降,而水力壓裂孔在對(duì)比觀測(cè)的15天內(nèi)均保持較高水平,且水力壓裂孔多次出現(xiàn)濃度回升。4結(jié)論通過對(duì)水力壓裂前后抽放濃度的對(duì)比分