多點控制水力壓裂增透消突方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤層增透快速增產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多點控制水力壓裂增透消突方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，煤層水力壓裂是將注水泵將高壓水注入煤層中，在煤層中形成人工裂縫或擴(kuò)大已有裂縫，使煤體破壞并產(chǎn)生位移，增加煤層透氣性，從而取得良好的瓦斯抽采效果。但是，目前的水力壓裂方法主要采用的是單孔壓裂，增透方向不確定，易引起應(yīng)力集中，同時需要壓裂泵水壓高，設(shè)備要求高，且無法充分有效利用煤層中的抽放孔，造成工程中的浪費。
[0003]在我國，煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)中重要的瓦斯災(zāi)害事故，對煤層瓦斯進(jìn)行抽放是一項有效的措施，隨著煤礦開采深度的增加，煤層透氣性低成為影響瓦斯抽放效率的重要因素，在單一低透氣性煤層中采用水力壓裂可以有效的擴(kuò)大泄壓范圍，增大煤層透氣性，但是傳統(tǒng)的水力壓裂由于裂隙傳播的方向無法得到控制，造成泄壓不均勻，易引起局部應(yīng)力集中。已有的定向水力壓裂技術(shù)水力射孔輔助壓裂技術(shù)工藝、操作比較繁瑣，特別是對于下向孔排渣也沒得到很好地解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，為了避免實施水力壓裂措施后造成煤層局部應(yīng)力集中，達(dá)到整體卸壓的壓裂效果，同時有效的利用煤層瓦斯抽放鉆孔，減少工程量，本發(fā)明提供一種多點控制水力壓裂增透消突方法，該方法可有效改善壓裂后應(yīng)力集中問題，形成較大的泄壓增透范圍。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:多點控制水力壓裂增透消突方法，包括以下步驟，
O在底板巖巷通過穿層鉆孔的方式在煤層每間隔一定距離施工數(shù)排抽采孔，在每兩排抽采孔的中間布置一組水力壓裂孔，抽采孔即為控制孔，控制孔均勻環(huán)繞于水力壓裂孔四周；
2)使用自封式封孔器放入水力壓裂孔和控制孔內(nèi)，進(jìn)行有效的封孔；
3)用高壓水泵向水力壓裂孔內(nèi)注入高壓水，觀察注水泵壓的變化，并做好記錄，采用動壓注水，逐步加壓，觀察壓力穩(wěn)定性；
4)持續(xù)加壓30-60min，當(dāng)煤體壓裂、水泵壓力突然下降后，壓力持續(xù)到下降幅度達(dá)30%時，或發(fā)現(xiàn)控制孔有出水現(xiàn)象，停止壓裂，關(guān)閉泄壓閥，壓裂工序結(jié)束；
5)對每個水力壓裂孔均對比壓裂前、后抽采瓦斯?jié)舛燃俺椴杉兞康臄?shù)值并加以計算，判斷壓裂效果；
6)壓裂后連續(xù)抽采并跟蹤監(jiān)測10d，考察其抽采效果。
[0006]對于松軟低透氣性煤層，采用穿層鉆孔的方式，從底板巖巷向煤層打水力壓裂孔和抽采孔，水力壓裂孔和抽采孔的布置方式，布置數(shù)目，孔徑大小，依據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果確定；根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)數(shù)據(jù)，模擬出水力壓裂從破裂到裂縫擴(kuò)展所需要的水壓，結(jié)合現(xiàn)場選取注水高壓水泵。
[0007]步驟5)中根據(jù)壓裂前、后抽采瓦斯?jié)舛龋椴杉兞康淖兓瘉砼袛喽帱c控制水力壓裂的實踐效果。
[0008]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用以下原理:在每兩排抽采孔中間布置一組水力壓裂孔，抽采孔作為控制孔，其均勻地布置于水力壓裂孔四周，對水力壓裂孔和控制孔分別進(jìn)行有效的封孔，封孔后用注水泵向水力壓裂孔中注水進(jìn)行壓裂，觀察注水泵的水壓變化，當(dāng)壓力突然下降或者控制孔有出水現(xiàn)象時，關(guān)閉泄壓閥，壓裂程序結(jié)束。壓裂結(jié)束后連接抽采管路進(jìn)行抽采。在壓裂過程中，由于抽采孔的輔助自由面作用，對水力壓裂孔產(chǎn)生的裂紋具有導(dǎo)向和加速擴(kuò)展的作用，并誘導(dǎo)裂隙從水力壓裂孔向四周的控制孔方向發(fā)展，達(dá)到均勻壓裂的目的。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，在對低透氣性煤層進(jìn)行水力壓裂時，實現(xiàn)定向控制煤層增透方向，有效地擴(kuò)大煤層泄壓范圍，降低對水力壓裂注水泵的設(shè)備要求，有效利用煤層抽采鉆孔，實現(xiàn)快速消突的目的。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明中底板巖巷外段水力壓裂孔和控制孔的立面布置示意圖；
圖2是圖1中煤層中水力壓裂孔和控制孔的平面布置示意圖；
圖3是壓裂前、后鉆孔瓦斯抽放濃度分析圖；
圖4是壓裂前、后鉆孔瓦斯流量分析圖。
[0011]圖1和圖2中的附圖標(biāo)記分別為:1_下順槽，2-控制孔(抽采孔)，3-水力壓裂孔，4-煤層，5-標(biāo)高，6-底板巖巷。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明的多點控制水力壓裂增透消突方法，包括以下步驟:
O在底板巖巷通過穿層鉆孔的方式在煤層每間隔一定距離施工數(shù)排抽采孔，在每兩排抽采孔的中間布置一組水力壓裂孔，抽采孔即為控制孔，控制孔均勻環(huán)繞于水力壓裂孔四周；
2)使用自封式封孔器放入水力壓裂孔和控制孔內(nèi)，進(jìn)行有效的封孔；
3)用高壓水泵向水力壓裂孔內(nèi)注入高壓水，觀察注水泵壓的變化，并做好記錄，采用動壓注水，逐步加壓，觀察壓力穩(wěn)定性；
4)持續(xù)加壓30-60min，當(dāng)煤體壓裂、水泵壓力突然下降后，壓力持續(xù)到下降幅度達(dá)30%時，或發(fā)現(xiàn)控制孔有出水現(xiàn)象，停止壓裂，關(guān)閉泄壓閥，壓裂工序結(jié)束；
5)對每個水力壓裂孔均對比壓裂前、后抽采瓦斯?jié)舛燃俺椴杉兞康臄?shù)值并加以計算，判斷壓裂效果；
6)壓裂后連續(xù)抽采并跟蹤監(jiān)測10d，考察其抽采效果。
[0013]對于松軟低透氣性煤層，采用穿層鉆孔的方式，從底板巖巷向煤層打水力壓裂孔和抽采孔，水力壓裂孔和抽采孔的布置方式，布置數(shù)目，孔徑大小，依據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果確定；根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)數(shù)據(jù)，模擬出水力壓裂從破裂到裂縫擴(kuò)展所需要的水壓，結(jié)合現(xiàn)場選取注水高壓水泵。
[0014]步驟5)中根據(jù)壓裂前、后抽采瓦斯?jié)舛?，抽采純量的變化來判斷多點控制水力壓裂的實踐效果。
[0015]本發(fā)明在每兩排抽采孔中間布置一組水力壓裂孔，抽采孔作為控制孔，其均勻地布置于水力壓裂孔四周，對水力壓裂孔和控制孔分別進(jìn)行有效的封孔，封孔后用注水泵向水力壓裂孔中注水進(jìn)行壓裂，觀察注水泵的水壓變化，當(dāng)壓力突然下降或者控制孔有出水現(xiàn)象時，關(guān)閉泄壓閥，壓裂程序結(jié)束。壓裂結(jié)束后連接抽采管路進(jìn)行抽采。在壓裂過程中，由于抽采孔的輔助自由面作用，對水力壓裂孔產(chǎn)生的裂紋具有導(dǎo)向和加速擴(kuò)展的作用，并誘導(dǎo)裂隙從水力壓裂孔向四周的控制孔方向發(fā)展，達(dá)到均勻壓裂的目的。
[0016]在低透氣性煤層中采用本發(fā)明的技術(shù)方案。下面以某礦采用多點控制水力壓裂技術(shù)試驗為例進(jìn)行說明。
[0017]在圖1和圖2所示的實施例中，在底板巖巷6外段每兩排抽采孔中間布置一組水力壓裂孔3，壓裂的對象為煤層4中的抽采鉆孔為控制孔2，水力壓裂孔3直徑為75_，控制孔2的孔徑不小于75mm，控制孔2均勻位于水力壓裂孔3的四周，在注水前對控制孔2和水力壓裂孔3進(jìn)行有效的封孔，之后用高壓水泵向水力壓裂孔3內(nèi)注入高壓水。之后觀測高壓水泵上的水壓示數(shù)，當(dāng)壓力突然下降或者控制孔2出水時，壓裂工序結(jié)束。
[0018]如圖3和圖4所示，圖中I號孔和2號孔均是控制孔，對多點控制水力壓裂的效果進(jìn)行驗證，根據(jù)觀察壓裂前、后抽采瓦斯?jié)舛龋椴杉兞縼砼袛鄩毫研Ч?。壓力后連續(xù)跟蹤監(jiān)測10d，考察其抽采效果。壓裂前對抽采孔進(jìn)行取樣分析，鉆孔抽采瓦斯?jié)舛绕毡楸容^低，最高濃度7 %，最低為4 %，平均為5 % ;抽采純量最高為0.007 m3/min,最低純量為0.0Olm3/min，平均為0.004m3/min。壓裂后對在抽壓裂孔、觀測孔取樣分析。壓裂孔抽采濃度最高為100 %，最低為75 %，平均為87 %，抽采純量最高為0.186m3/min,最低為0.106m3/min,平均為0.146m3/min?？刂瓶壮椴蓾舛茸罡邽?0%，最低為25%，平均為32% ;抽采純量最高為0.lm3/min，最低為0.035m3/min,平均為0.06m3/min。壓裂孔抽采瓦斯?jié)舛雀撸髁看?，效果好，其次為受壓裂影響控制孔。壓裂孔抽采瓦斯?jié)舛葹榭刂瓶椎?.5倍，為壓裂前的17倍；壓裂孔抽采瓦斯純量為控制孔孔的2.4倍，為壓裂前的20倍。其抽采效果良好，在消除煤與瓦斯突出危險性的同時，帶來很大的經(jīng)濟(jì)利益。
[0019]以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.多點控制水力壓裂增透消突方法，其特征在于:包括以下步驟， 1)在底板巖巷通過穿層鉆孔的方式在煤層每間隔一定距離施工數(shù)排抽采孔，在每兩排抽采孔的中間布置一組水力壓裂孔，抽采孔即為控制孔，抽采孔內(nèi)具有輔助自由面，控制孔均勻環(huán)繞于水力壓裂孔四周； 2)使用自封式封孔器放入水力壓裂孔和控制孔內(nèi)，進(jìn)行有效的封孔； 3)用高壓水泵向水力壓裂孔內(nèi)注入高壓水，觀察注水泵壓的變化，并做好記錄，采用動壓注水，逐步加壓，觀察壓力穩(wěn)定性； 4)持續(xù)加壓30-60min，當(dāng)煤體壓裂、水泵壓力突然下降后，壓力持續(xù)到下降幅度達(dá)30%時，或發(fā)現(xiàn)控制孔有出水現(xiàn)象，停止壓裂，關(guān)閉泄壓閥，壓裂工序結(jié)束； 5)對每個水力壓裂孔均對比壓裂前、后抽采瓦斯?jié)舛燃俺椴杉兞康臄?shù)值并加以計算，判斷壓裂效果； 6)壓裂后連續(xù)抽采并跟蹤監(jiān)測10d，考察其抽采效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點控制水力壓裂增透消突方法，其特征在于:對于松軟低透氣性煤層，采用穿層鉆孔的方式，從底板巖巷向煤層打水力壓裂孔和抽采孔，水力壓裂孔和抽采孔的布置方式，布置數(shù)目，孔徑大小，依據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果確定；根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)數(shù)據(jù)，模擬出水力壓裂從破裂到裂縫擴(kuò)展所需要的水壓，結(jié)合現(xiàn)場選取注水高壓水泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多點控制水力壓裂增透消突方法，其特征在于:步驟5)中根據(jù)壓裂前、后抽采瓦斯?jié)舛?，抽采純量的變化來判斷多點控制水力壓裂的實踐效果。
【專利摘要】多點控制水力壓裂增透消突方法，包括以下步驟：在每兩排抽采孔中間布置一組水力壓裂孔，抽采孔作為控制孔，其均勻地布置于水力壓裂孔四周，對水力壓裂孔和控制孔分別進(jìn)行有效的封孔，封孔后用注水泵向水力壓裂孔中注水進(jìn)行壓裂，觀察注水泵的水壓變化，當(dāng)壓力突然下降或者控制孔有出水現(xiàn)象時，關(guān)閉泄壓閥，壓裂程序結(jié)束。壓裂結(jié)束后連接抽采管路進(jìn)行抽采。本發(fā)明的有益效果是，在對低透氣性煤層進(jìn)行水力壓裂時，實現(xiàn)定向控制煤層增透方向，有效地擴(kuò)大煤層泄壓范圍，降低對水力壓裂注水泵的設(shè)備要求，有效利用煤層抽采鉆孔，實現(xiàn)快速消突的目的。
【IPC分類】E21B43-26
【公開號】CN104594868
【申請?zhí)枴緾N201510045815
【發(fā)明人】張明杰, 李永生, 譚志宏, 段亞超, 張冠軍, 楊坤, 張大千
【申請人】河南理工大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月29日